Preconditioning strategies for the numerical solution of convection-diffusion partial differential equations

Il trattamento numerico dell'equazione di convezione-diffusione con le relative condizioni al bordo, comporta la risoluzione di sistemi lineari algebrici di grandi dimensioni in cui la matrice dei coefficienti è non simmetrica. Risolutori iterativi basati sul sottospazio di Krylov sono ampiamente utilizzati per questi sistemi lineari la cui risoluzione risulta particolarmente impegnativa nel caso di convezione dominante. In questa tesi vengono analizzate alcune strategie di precondizionamento, atte ad accelerare la convergenza di questi metodi iterativi. Vengono confrontati sperimentalmente precondizionatori molto noti come ILU e iterazioni di tipo inner-outer flessibile. Nel caso in cui i coefficienti del termine di convezione siano a variabili separabili, proponiamo una nuova strategia di precondizionamento basata sull'approssimazione, mediante equazione matriciale, dell'operatore differenziale di convezione-diffusione. L'azione di questo nuovo precondizionatore sfrutta in modo opportuno recenti risolutori efficienti per equazioni matriciali lineari. Vengono riportati numerosi esperimenti numerici per studiare la dipendenza della performance dei diversi risolutori dalla scelta del termine di convezione, e dai parametri di discretizzazione.

Teoria del consenso e applicazione al problema del coordinamento del moto di robot.

Il sempre crescente numero di applicazioni di reti di sensori, robot cooperanti e formazioni di veicoli, ha fatto sì che le problematiche legate al coordinamento di sistemi multi-agente (MAS) diventassero tra le più studiate nell’ambito della teoria dei controlli. Esistono numerosi approcci per affrontare il problema, spesso profondamente diversi tra loro. La strategia studiata in questa tesi è basata sulla Teoria del Consenso, che ha una natura distribuita e completamente leader-less; inoltre il contenuto informativo scambiato tra gli agenti è ridotto al minimo. I primi 3 capitoli introducono ed analizzano le leggi di interazione (Protocolli di Consenso) che permettono di coordinare un Network di sistemi dinamici. Nel capitolo 4 si pensa all'applicazione della teoria al problema del "loitering" circolare di più robot volanti attorno ad un obiettivo in movimento. Si sviluppa a tale scopo una simulazione in ambiente Matlab/Simulink, che genera le traiettorie di riferimento di raggio e centro impostabili, a partire da qualunque posizione iniziale degli agenti. Tale simulazione è stata utilizzata presso il “Center for Research on Complex Automated Systems” (CASY-DEI Università di Bologna) per implementare il loitering di una rete di quadrirotori "CrazyFlie". I risultati ed il setup di laboratorio sono riportati nel capitolo 5. Sviluppi futuri si concentreranno su algoritmi locali che permettano agli agenti di evitare collisioni durante i transitori: il controllo di collision-avoidance dovrà essere completamente indipendente da quello di consenso, per non snaturare il protocollo di Consenso stesso.

Fragranze terpenoidi della famiglia dell'ambergris. Ottimizzazione della sintesi di Cetalox® e Ambrox®

L'Ambergris (o Ambra grigia) è usata da secoli per creare profumi di qualità. Essendo una sostanza naturale prodotta nell'intestino dei capodogli non è possibile un approvigionamento continuo e stabile di questa materia prima senza uccidere l'animale. La sostanza responsabile del profumo è (-)-Ambrox e dagli anni '50 in poi sono state studiate vie di sintesi che non coinvolgessero lo sfruttamento di animali. In queesta tesi abbiamo cercato una via sintetica alternativa, di questa sostanza, di facile industrializzazione che prende spunto da un recente brevetto. La sequenza sintetica è stata modificata utilizzando sostanze con bassa tossicità. La reazione procede con il mantenimento della stereochimica del substrato, rendendo questa strategia ottimale anche nel caso in cui si utilizzi un substrato già enantiopuro. Si è dimostrato inoltre che questa reazione porta ad un prodotto finale con elevata purezza adatto ad una eventuale commercializzazione.

Approcci innovativi per future simulazioni HPC verso l'exascale computing con applicazioni alla fisica dei materiali

In questo lavoro di tesi sono state evidenziate alcune problematiche relative alle macchine exascale (sistemi che sviluppano un exaflops di Potenza di calcolo) e all'evoluzione dei software che saranno eseguiti su questi sistemi, prendendo in esame principalmente la necessità del loro sviluppo, in quanto indispensabili per lo studio di problemi scientifici e tecnologici di più grandi dimensioni, con particolare attenzione alla Material Science, che è uno dei campi che ha avuto maggiori sviluppi grazie all'utilizzo di supercomputer, ed ad uno dei codici HPC più utilizzati in questo contesto: Quantum ESPRESSO. Dal punto di vista del software sono state presentate le prime misure di efficienza energetica su architettura ibrida grazie al prototipo di cluster EURORA sul software Quantum ESPRESSO. Queste misure sono le prime ad essere state pubblicate nel contesto software per la Material Science e serviranno come baseline per future ottimizzazioni basate sull'efficienza energetica. Nelle macchine exascale infatti uno dei requisiti per l'accesso sarà la capacità di essere energeticamente efficiente, così come oggi è un requisito la scalabilità del codice. Un altro aspetto molto importante, riguardante le macchine exascale, è la riduzione del numero di comunicazioni che riduce il costo energetico dell'algoritmo parallelo, poiché in questi nuovi sistemi costerà di più, da un punto di vista energetico, spostare i dati che calcolarli. Per tale motivo in questo lavoro sono state esposte una strategia, e la relativa implementazione, per aumentare la località dei dati in uno degli algoritmi più dispendiosi, dal punto di vista computazionale, in Quantum ESPRESSO: Fast Fourier Transform (FFT). Per portare i software attuali su una macchina exascale bisogna iniziare a testare la robustezza di tali software e i loro workflow su test case che stressino al massimo le macchine attualmente a disposizione. In questa tesi per testare il flusso di lavoro di Quantum ESPRESSO e WanT, un software per calcolo di trasporto, è stato caratterizzato un sistema scientificamente rilevante costituito da un cristallo di PDI - FCN2 che viene utilizzato per la costruzione di transistor organici OFET. Infine è stato simulato un dispositivo ideale costituito da due elettrodi in oro con al centro una singola molecola organica.

Valutazione dell'interazione tra delfinidi e squalo bianco (Carcharodon carcharias) in Sud Africa

Lo studio dell’utilizzo dell’habitat, sebbene ci dia principalmente informazioni di come gli organismi interagiscono con esso o indirettamente tra di loro, è un aspetto molto importante dell’ecologia sia terrestre che marina in quanto può essere utilizzato per scopi conservativi ma anche per uno sviluppo di quello che può essere un turismo legato alla presenza di tali organismi. Scopo del presente lavoro è verificare come la presenza di un predatore come lo squalo bianco possa modificare la distribuzione dei delfinidi nell’area di Mossel Bay, Sudafrica. A tal fine si sono analizzati i dati relativi alle presenze di squalo bianco e di delfinidi per un periodo di circa un anno e si sono analizzate le distribuzioni delle specie considerate e le eventuali sovrapposizioni, per valutare come le due specie interagiscono e si influenzano a vicenda. Da quanto osservato nella presente ricerca si può concludere che le specie di cetacei considerate adottino una strategia di avoidance dagli squali basata principalmente sull’utilizzo di acque a profondità diversa rispetto a quelle utilizzate dagli elasmobranchi. L’aver considerato la batimetria come parametro di discriminazione tra le specie ha evitato di valutare in maniera non corretta le distribuzioni delle stesse, in quanto ha fornito una sorta di terza dimensione che ha permesso di dettagliare meglio la stratificazione nella colonna d’acqua delle specie considerate. L’analisi effettuata ha interessato i dati relativi ad un solo anno di monitoraggio, e quindi non possono essere presi come riferimento assoluto per valutare la reale distribuzione delle specie considerate. Può però essere ritenuta un primo step per meglio comprendere quali siano le strategie difensive messe in atto dai cetacei nei confronti degli attacchi da squalo e, con ulteriori analisi e monitoraggi, quali invece possono essere le strategie attuate dagli elasmobranchi.

Indagine e valutazione mediante indici di sistemi di trasformazione delle biomasse in bio-prodotti e bio-energia in Europa.

Per poter far fronte al continuo aumento della popolazione mondiale, al rapido esaurimento di molte risorse, alle sempre maggiori pressioni sull’ambiente ed ai cambiamenti climatici, l’Europa deve optare per un approccio radicalmente diverso nei confronti di produzione, consumo, trasformazione, stoccaggio, riciclaggio e smaltimento delle risorse biologiche. Al riguardo la strategia “Europa 2020” auspica lo sviluppo della bioeconomia in quanto elemento chiave per consentire una crescita intelligente e verde in Europa (Commissione Europea, 2012). Tuttavia il successo di questo settore è strettamente legato alla capacità di scegliere la strategia ottimale e le azioni efficienti in modo da creare un ambiente favorevole allo sviluppo di nuove idee ed iniziative imprenditoriali (Fucci, 2014). Questo è proprio uno degli obiettivi della tesi svolta, che descrive il progetto Biohorizons, rivolto non solo a mappare l’attuale panorama europeo nell’ambito della bioeconomia ma anche ad identificare eventuali ostacoli alla crescita e a comprendere le modalità più opportune a sostenere questo settore. Si è deciso inoltre di effettuare alcune interviste al fine di integrare le informazioni ottenute durante la realizzazione del progetto. In aggiunta, un altro obiettivo della tesi consiste nello sviluppo di una serie di indici finalizzati ad aiutare la classificazione delle bioraffinerie sulla base della loro complessità, così da offrire uno strumento utile a sostenere certe scelte dei decisori pubblici e privati.

Prospettive dell'ingegneria tissutale per la produzione di tessuto tendineo e legamentoso

Il presente elaborato riassume un’analisi della letteratura scientifica corrente relativa all’approccio proposto dall’ingegneria tissutale per la sostituzione/rigenerazione del tessuto tendineo e legamentoso e analizza le fasi che conducono alla realizzazione di un costrutto con a bordo cellule specifiche. I tendini e i legamenti sono tessuti fibrosi specializzati che svolgono principalmente una funzione meccanica: i primi permettono la trasmissione delle forze dal muscolo all’osso per generare il movimento, i secondi invece garantiscono la stabilità tra le giunture ossee che collegano. Gravi lesioni di tali strutture sono associate all’insorgere di incombenti problematiche a livello motorio e la caratteristica peculiare di mancata rigenerazione spontanea ha indotto alla ricerca di fonti alternative per la loro ricostruzione. L’esperienza relativa alla preparazione e all’uso di innesti allogenici e xenogenici finalizzati alla rigenerazione tissutale mostrano una difficoltà nella coltura cellulare in vitro, una prolungata risposta infiammatoria in vivo, nonché dei tempi troppo lunghi per l’impianto. L’utilizzo di scaffold, ovvero supporti 3D realizzati con materiale sintetico (p.es. acido poliglicolico) o naturale (p.es. collagene) per ospitare la crescita di cellule adeguate, sembra un approccio alternativo promettente. In particolare, in questo documento sono state riassunte due esperienze di riparazione tissutale, ispirate alla strategia sopra indicata, per il recupero del tendine d’Achille e del legamento crociato anteriore (ACL) del ginocchio, due distretti affetti da lesioni di natura principalmente traumatica e caratterizzati da specifiche proprietà che devono essere soddisfatte in vitro e in vivo.

Cambiamento dei processi gestionali e del sistema informativo aziendale: Un caso di studio nel settore alimentare

L'elaborato di tesi approfondisce il tema dei sistemi ERP all'interno dell'aziende svolgendo una presentazione di questi e del recente sviluppo della Enterprise Mobility secondo la strategia Mobile First. E' stata poi realizzata un'approfondita analisi della letteratura scientifica rispetto alle tecniche utili a scegliere il sistema ERP più adatto alle necessità del business aziendale. Infine è stato presentato il caso di un'implementazione di un sistema ERP all'interno di un'azienda operante nel settore industriale comprendente una presentazione dello stato attuale AS-IS e dello scenario futuro TO-BE.

La biomimetica dello scaffold nell'ingegneria tissutale dell'osso

Ogni giorno nel mondo vengono eseguite migliaia di procedure chirurgiche per sostituire o riparare tessuti che sono stati danneggiati da malattie o traumi. L'ingegneria tissutale rappresenta una strategia alternativa che mira a rigenerare i tessuti danneggiati combinando cellule e biomateriali altamente porosi che fungano da impalcature (scaffolds). In questa tesi compilativa si presenta un approccio recentemente proposto per la rigenerazione del tessuto osseo. Saranno inizialmente descritte caratteristiche e proprietà dell'osso a livello macro e microscopico e il processo riparativo fisiologico. Si illustreranno quindi i principi dell'ingegneria tissutale, evidenziando i biomateriali utilizzabili, le cellule indicate per la rigenerazione e i rapporti funzionali tra di esse e lo scaffold che deve sostenerne la crescita. Successivamente si descriverà il concetto di ‘biomimetica’ dello scaffold e i metodi impiegati per migliorarne la funzionalità, imitando sia l'aspetto meccanico sia quello biologico della reale matrice ossea; verrà trattato infine un caso di scaffold biomimetico realizzato con nanocompositi, che appare un promettente sostitutivo dell'osso.

Fire safety engineering: Confronto tra approccio prescrittivo e prestazionale applicato ad una attivita alberghiera

La complessa materia della prevenzione incendi può essere approcciata secondo due strategie sostanzialmente differenti. Da una parte, l’approccio di tipo deterministico, imperante in Italia, si concretizza nell’emanazione di norme estremamente prescrittive e nel ricorso da parte del progettista a strumenti di calcolo molto semplici. Il pregio maggiore di tale approccio risiede senza dubbio alcuno nella sua estrema semplicità, nella garanzia di una certa omogeneità di applicazione e nella possibilità di erogare in tempi ragionevoli una formazione uniforme ed accettabile ai controllori. Mentre il limite più evidente consiste nella rigidità, talora eccessiva, delle prescrizioni normative e nelle procedure di calcolo da adottare. Dall’altra, un approccio di tipo ingegneristico (Fire Safety Engineering), seguito per lo più nei paesi anglosassoni, si basa sulla predizione della dinamica evolutiva dell’incendio tramite l’applicazione di idonei modelli di calcolo fisicamente basati (physically sound). Punto di forza di questa seconda strategia è la sua estrema flessibilità, che consente la simulazione d’incendi di complessità anche molto elevata. Per contro i limiti più evidenti di tale approccio risiedono nella problematica validazione sperimentale dei modelli in argomento, data la natura distruttiva delle prove che andrebbero condotte, nella spinta preparazione richiesta ai professionisti ed ancor più ai controllori, dato il proliferare negli anni di modelli anche molto diversi tra loro, ed, infine, nel caso di raffinati modelli di campo, in un onere computazionale non sempre sostenibile con i PC di comune diffusione. Allo stato attuale in Italia il ricorso alla Fire Safety Engineering è di fatto circoscritto alle applicazioni per le quali non esiste una specifica norma prescrittiva, su tutte la valutazione del rischio in attività a rischio di incidente rilevante e la Fire Investigation; talora essa è impiegata anche per la valutazione della sicurezza equivalente in occasione di richiesta di deroga a norme prescrittive.

Digital marketing: comunicazione e percezione del nuovo marketing

Il Digital Marketing si occupa di tutto quello che possiamo fare, grazie ad Internet, per far crescere il business aziendale. Le tecnologie informatiche negli ultimi anni stanno producendo degli effetti pervasivi sulle infrastrutture delle imprese, sui prodotti, sui mercati e sui consumatori, con una rilevanza tale all'interno di un periodo di tempo relativamente limitato che non è possibile riscontrare in nessuna epoca passata. Coinvolgono le relazioni tra imprese, i mercati dei consumatori, le relazioni tra gli stessi consumatori, le singole componenti del marketing mix (prodotto, prezzo, comunicazione, distribuzione) e le loro modalità di interazione e di gestione all'interno della strategia di marketing dell'impresa. L'evoluzione del mondo digitale ha portato imprese e consumatori a dover affrontare un cambiamento radicale del paradigma di marketing e comunicazione che vede la relazione e l'interazione al centro di uno scambio di messaggi bilaterali altamente personalizzati e costanti. Il marketing non è un processo lineare ma circolare, in cui ascolto e comprensione dei bisogni e delle forze che agiscono sui mercati, progettazione dei prodotti o servizi in grado di rispondere alle nuove opportunità individuate, si integrano e cambiano continuamente. Quando si parla di Internet e commercio non si pensa solo all'e-commerce, ovvero all'acquisto e al pagamento del prodotto su Internet. La Rete ha acquisito un'influenza basilare in tutte le fasi precedenti all'acquisto infatti sul Web si attuano attività di ricerca e raccolta di informazioni, selezione, comparazione e perfezionamento che precedono la decisione d'acquisto e che specialmente per i beni durevoli e dall'alto valore monetario rappresentano un momento cruciale del processo d'acquisto. Questo fenomeno ha condizionato uno scenario di mercato in cui si sono abbassate le barriere di accesso all'informazione, si sono ridotti i tempi di relazione tra le persone e tra le persone e l'azienda e in alcuni settori sono crollare le barriere all'ingresso permettendo, attraverso la creazione di attività online di raggiungere e instaurare una relazione diretta. Questo elaborato si propone come un'analisi del digital marketing. Suddiviso in sei capitoli vuole dare una soddisfacente panoramica di questo nuovo marketing.

Interazione tra squalo bianco (Carcharadon carcharias) e otaria orsina del Capo (Arctocephalus pusillus pusillus) nell'area di Seal Island a Mossel Bay, Sud Africa.

Gli squali bianchi sono tra i più importanti predatori dei Pinnipedi (Klimley et al., 2001; Kock, 2002). La loro principale strategia di caccia consiste nel pattugliare le acque circostanti ad una colonia di otarie e nell’attaccarle quando queste sono in movimento, mentre si allontanano o avvicinano all’isola (Klimley et al., 2001; Kock, 2002). Tuttavia, la strategia e la dinamica della predazione osservate anche in relazione al ciclo riproduttivo della preda e le tattiche comportamentali messe in atto dalla preda per ridurre la probabilità di predazione, e quindi diminuire la sua mortalità, sono ancora poco conosciute. Con questo studio, effettuato nell’area di Seal Island all’interno della baia di Mossel Bay in Sud Africa, abbiamo cercato di definire proprio questi punti ancora poco conosciuti. Per studiare la strategia e le dinamica di predazione dello squalo bianco abbiamo utilizzato il sistema di monitoraggio acustico, in modo da poter approfondire le conoscenze sui loro movimenti e quindi sulle loro abitudini. Per dare un maggiore supporto ai dati ottenuti con la telemetria acustica abbiamo effettuato anche un monitoraggio visivo attraverso l’attrazione (chumming) e l’identificazione fotografica degli squali bianchi. Per comprendere invece i loro movimenti e le tattiche comportamentali messi in atto dalle otarie orsine del capo per ridurre la probabilità di predazione nella baia di Mossel Bay, abbiamo utilizzato il monitoraggio visivo di 24 ore, effettuato almeno una volta al mese, dalla barca nell’area di Seal Island. Anche se gli squali bianchi sono sempre presenti intorno all’isola i dati ottenuti suggeriscono che la maggior presenza di squali/h si verifica da Maggio a Settembre che coincide con l’ultima fase di svezzamento dei cuccioli delle otarie del capo, cioè quando questi iniziano a foraggiare lontano dall'isola per la prima volta; durante il sunrise (alba) durante il sunset (tramonto) quando il livello di luce ambientale è bassa e soprattutto quando la presenza delle prede in acqua è maggiore. Quindi possiamo affermare che gli squali bianchi a Seal Island prendono delle decisioni che vanno ad ottimizzare la loro probabilità di catturare una preda. I risultati preliminari del nostro studio indicano anche che il numero di gruppi di otarie in partenza dall'isola di notte sono di gran lunga maggiori di quelle che partono durante il giorno, forse questo potrebbe riflettere una diminuzione del rischio di predazione; per beneficiare di una vigilanza condivisa, le otarie tendono in media a formare gruppi di 3-5 o 6-9 individui quando si allontanano dall’isola e questo probabilmente le rende meno vulnerabili e più attente dall’essere predate. Successivamente ritornano all’isola da sole o in piccoli gruppi di 2 o 3 individui. I gruppi più piccoli probabilmente riflettono la difficoltà delle singole otarie a riunirsi in gruppi coordinati all'interno della baia.

Evoluzione di un sistema di automazione della guida di motoveicoli per test su banco a rulli

Evoluzione di un sistema Hardware in the Loop per l'automazione della guida di motoveicoli su banco a rulli. Questo sistema HIL, simulando un certo tipo di condizioni, permette di svolgere test su strategia centralina, implementate per il controllo motore.

Opzioni asiatiche in modelli discreti

In questa tesi si cerca di fornire un quadro generale sulle Opzioni Asiatiche dandone prima una descrizione in termini economici e successivamente una classificazione matematica più rigorosa. Nel primo capitolo vengono presentati strumenti matematici e finanziari indispensabili per affrontare la comprensione dell'argomento centrale: vengono esposti i concetti di derivato e di strategia d'arbitraggio ed inoltre viene mostrato il modello di mercato a tempo discreto; in particolar modo viene descritto il modello binomiale come esempio di mercato completo. Nel secondo capitolo viene fatta una breve introduzione sulle Opzioni Esotiche di cui sono un particolare esempio le Opzioni Asiatiche, le quali vengono successivamente classificate e descritte più dettagliatamente. Infine nel terzo capitolo viene introdotto il problema della valutazione e della copertura di un'Opzione Asiatica, trattando una particolare tecnica utilizzata nei modelli di mercato discreti di tipo binomiale, la tecnica ad albero, che viene poi applicata ad un esempio reale.

La raccolta e la gestione degli oli esausti domestici

Obiettivo della tesi è riconoscere i fattori di successo e i principali limiti legati all’implementazione dei progetti di recupero degli oli domestici sul territorio italiano. Il problema nasce dall’ esigenza di gestire in modo efficiente la raccolta differenziata di questo rifiuto che, se gettato nello scarico di casa o nel lavandino, provoca impatti ambientali rilevanti rendendo particolarmente difficoltoso e dispendioso il trattamento delle acque reflue e causa gravi danni agli ecosistemi naturali. La questione è da tempo inquadrata e disciplinata dalle direttive comunitarie in materia di rifiuti e dalla strategia “Europa2020” che ha come obiettivo principale una crescita intelligente, sostenibile ed inclusiva. A livello nazionale, invece, il Testo Unico Ambientale assolve alla funzione principale di riordino e coordinamento della disciplina, dando attuazione ai principi comunitari in materia e conformando l’ordinamento nazionale agli obiettivi e alle priorità individuate dal legislatore europeo. Gli oli esausti domestici sono un rifiuto scomodo e complesso da gestire ma la valorizzazione energetica può essere una valida alternativa ai sistemi di smaltimento classici. Infatti, attraverso un semplice processo chimico l’olio da cucina usato può essere trasformato in biodiesel. Questo particolare biocombustibile rispetta tutti i criteri di sostenibilità imposti dalla Comunità Europea e riduce, inoltre, l’impatto della produzione di biocarburanti sull’agricoltura.