Studio degli effetti del biochar sulla mobilità dell'azoto nei suoli

Il seguente lavoro analizza l’influenza che il biochar ha nel ciclo dell’azoto nei suoli, in particolare in riferimento alla possibilità di diminuire il fenomeno di lisciviazione dei nitrati dato il continuo aumento in agricoltura dell’uso di fertilizzanti azotati. La scelta di questo tipo di ammendante è dovuta alle sue ampie potenzialità d’impiego e si pone in un percorso di economia circolare con la valorizzazione delle biomasse di scarto. Il lavoro si divide in un’approfondita ricerca bibliografica con elaborazione critica delle informazioni e una parte sperimentale. Si sono analizzate le interazioni che il biochar ha sui vari processi che compongono il ciclo dell’azoto. Sono stati riportati e discussi i principali metodi di determinazione delle capacità adsorbenti del biochar oltre ad un’analisi e una descrizione dei più comuni modelli di isoterme di adsorbimento. Si è testata la capacità adsorbente, tramite test di screening in batch, di sette tipi di biochar che presentavano origine e sintesi differenti. I biochar hanno presentato adsorbimenti molto modesti nei confronti dei nitrati evidenziando solo una diminuzione della quantità di nitrati rilasciati dal biochar stesso. Per quanto concerne l’ammonio, invece, i biochar hanno presentato percentuali di adsorbimento tra il 60-70% con un massimo del 80%.

Resine bio-based da oli vegetali: applicazioni industriali in prodotti vernicianti rinnovabili a basso impatto ambientale

La tesi riguarda lo studio di resine polimeriche derivanti da oli vegetali, impiegabili come leganti nei prodotti vernicianti per l’edilizia ed altri settori. I prodotti vernicianti plant-based sono stati confrontati con altri prodotti attualmente commercializzati, provenienti da fonti fossili. Considerata la produzione ingente dei prodotti vernicianti su base mondiale (8,31 kg/persona) sarebbe determinante impiegare delle fonti rinnovabili per garantirne una produzione sostenibile, diminuendo l’inquinamento, ritardando l’esaurimento del petrolio e riducendo le emissioni di CO2 e di conseguenza l’effetto serra ed il cambiamento climatico. Sono state trattate, quindi, alcune vie di sintesi “green” di leganti poliuretanici ed epossidici per prodotti vernicianti ad elevate prestazioni. Gli oli vegetali sono stati scelti come materie prime in quanto relativamente economici e disponibili in grandi quantità, risultando adatti per produzioni su scala industriale. Sono inoltre riportati i metodi di formulazione di uno smalto opaco bio-based per esterni (ad es. infissi e staccionate) e una vernice opaca per parquet (interni). Le formulazioni sperimentali sono state poi caratterizzate e confrontate con altri prodotti fossil-based presenti in commercio. I prodotti vernicianti sono stati sottoposti a test di brillantezza (gloss), adesione, presa di sporco, durezza, resistenza all’abrasione e resistenza chimica.

Big data analytics for proactive and predictive maintenance in electric car battery packs

The idea behind the project is to develop a methodology for analyzing and developing techniques for the diagnosis and the prediction of the state of charge and health of lithium-ion batteries for automotive applications. For lithium-ion batteries, residual functionality is measured in terms of state of health; however, this value cannot be directly associated with a measurable value, so it must be estimated. The development of the algorithms is based on the identification of the causes of battery degradation, in order to model and predict the trend. Therefore, models have been developed that are able to predict the electrical, thermal and aging behavior. In addition to the model, it was necessary to develop algorithms capable of monitoring the state of the battery, online and offline. This was possible with the use of algorithms based on Kalman filters, which allow the estimation of the system status in real time. Through machine learning algorithms, which allow offline analysis of battery deterioration using a statistical approach, it is possible to analyze information from the entire fleet of vehicles. Both systems work in synergy in order to achieve the best performance. Validation was performed with laboratory tests on different batteries and under different conditions. The development of the model allowed to reduce the time of the experimental tests. Some specific phenomena were tested in the laboratory, and the other cases were artificially generated.

A robotic platform for precision agriculture and applications

Agricultural techniques have been improved over the centuries to match with the growing demand of an increase in global population. Farming applications are facing new challenges to satisfy global needs and the recent technology advancements in terms of robotic platforms can be exploited. As the orchard management is one of the most challenging applications because of its tree structure and the required interaction with the environment, it was targeted also by the University of Bologna research group to provide a customized solution addressing new concept for agricultural vehicles. The result of this research has blossomed into a new lightweight tracked vehicle capable of performing autonomous navigation both in the open-filed scenario and while travelling inside orchards for what has been called in-row navigation. The mechanical design concept, together with customized software implementation has been detailed to highlight the strengths of the platform and some further improvements envisioned to improve the overall performances. Static stability testing has proved that the vehicle can withstand steep slopes scenarios. Some improvements have also been investigated to refine the estimation of the slippage that occurs during turning maneuvers and that is typical of skid-steering tracked vehicles. The software architecture has been implemented using the Robot Operating System (ROS) framework, so to exploit community available packages related to common and basic functions, such as sensor interfaces, while allowing dedicated custom implementation of the navigation algorithm developed. Real-world testing inside the university’s experimental orchards have proven the robustness and stability of the solution with more than 800 hours of fieldwork. The vehicle has also enabled a wide range of autonomous tasks such as spraying, mowing, and on-the-field data collection capabilities. The latter can be exploited to automatically estimate relevant orchard properties such as fruit counting and sizing, canopy properties estimation, and autonomous fruit harvesting with post-harvesting estimations.

Sustainable pavements for rural scenarios: laboratory and in-situ characterization of recycled materials and innovative construction solutions

Growing need for infrastructure has led to expanding research on advances in road pavement materials. Finding solutions that are sustainable, environmentally friendly and cost-efficient is a priority. Focusing such efforts on low-traffic and rural roads can contribute with a significant progress in the vital circulatory system of transport for rural and agricultural areas. An important alternative material for pavement construction is recycled aggregates from solid wastes, including waste from civil engineering activities, mainly construction and demolition. A literature review on studies is made; it is performed a planned set of laboratory testing procedures aimed to fully characterize and assess the potential in-situ mechanical performance and chemical impact. Furthermore, monitoring the full-scale response of the selected materials in a real field construction site, including the production, laying and compaction operations. Moreover, a novel single-phase solution for the construction of semi-flexible paving layers to be used as alternative material to common concrete and bituminous layers is experimented and introduced, aiming the production and laying of a single-phase laid material instead of a traditional two phases grouted macadam. Finally, on a parallel research work for farming pavements, the possible use of common geotechnical anti-erosive products for the improvement of soil bearing capacity of paddock areas in cattle husbandries of bio-farms is evaluated. this thesis has clearly demonstrated the feasibility of using the sustainable recycled aggregates for low-traffic rural roads and the pavements of farming and agriculture areas. The pavement layers constructed with recycled aggregates provided satisfying performance under heavy traffic conditions in experimental pavements. This, together with the fact that these aggregates can be available in most areas and in large quantities, provides great impetus towards shifting from traditional materials to more sustainable alternatives. The chemical and environmental stability of these materials proves their soundness to be utilized in farming environments.

Studio pancreatic cystic follow-up, an international collaboration (PACYFIC study). Valutazione prospettica della sorveglianza delle cisti pancreatiche basato sulla consensus Europea sui tumori cistici del pancreas.

Introduzione Nel 2014 è stato proposto un protocollo di studio riguardante la sorveglianza delle lesioni cistiche del pancreas (intese come IPMN) e denominato PACYFIC Study. Obiettivi Obiettivo primario era di stabilire l’impatto di un programma di sorveglianza in termini di pazienti arruolati e pazienti con indicazione chirurgica. Obiettivi secondari erano: 1) stabilire l’impatto dei fattori demografici, clinici, radiologici e della strategia di sorveglianza sull’indicazione chirurgica, sulla capacità individuare le lesioni maligne, sulla sopravvivenza. Materiali e Metodi Lo studio su cui si è basata la raccolta dei dati è uno studio di tipo prospettico, di coorte, multicentrico, internazionale. Lo studio ha incluso gli individui con una IPMN, di nuova o pregressa diagnosi, che giustifichi una sorveglianza o il trattamento chirurgico. I dati clinici, demografici, radiologici e chirurgici sono stati raccolti in un database prospettico. Le variabili discrete sono state espresse come frequenza e percentuale. Le continue come medie e deviazioni standard o mediane e range interquartile (IQR). Per l’analisi statistica sono stati utilizzati il test di Fischer, il test del Chi quadro, il test di Spearman, il test di Student. L’analisi multivariata è stata eseguita utilizzando la regressione logistica espressa come Odds Ratio e intervallo di confidenza al 95 %. Per la sopravvivenza è stato utilizzato il metodo di Kaplan-Meier. L’analisi multivariata sulle sopravvivenze è stata eseguita mediante la regressione di Cox. Risultati Il protocollo di sorveglianza ha permesso l'arruolamento di 516 pazienti. 53 pazienti hanno raggiunto l'indicazione chirurgica. La sopravvivenza globale della coorte è stata di 326.8± 9.1 mesi. I fattori predittivi la sopravvivenza sono risultati età (OR 1.07, P-value<0.001), sesso (OR 1.82, P-value=0.006), ittero, noduli murali (OR 4.84, P-value=0.018 e OR 2.19, P-value=0.016), chirurgia (OR 0.46, P-value 0.038). Conclusioni L'introduzione del protocollo di sorveglianza ha portato ad un aumento di identificazione di lesioni e ha avuto impatto sulla sopravvivenza

Development of gripping devices based on electroadhesive forces

In a context of technological innovation, the aim of this thesis is to develop a technology that has gained interest in both scientific and industrial realms. This technology serves as a viable alternative to outdated and energy-consuming industrial systems. Electro-adhesive devices (EADs) leverage electrostatic forces for grasping objects or adhering to surfaces. The advantage of employing electrostatics lies in its adaptability to various materials without compromising the structure or chemistry of the object or surface. These benefits have led the industry to explore this technology as a replacement for costly vacuum systems and suction cups currently used for handling most products. Furthermore, the broad applicability of this technology extends to extreme environments, such as space with ultra-high vacuum conditions. Unfortunately, research in this area has yet to yield practical results for industrially effective gripper prototyping. This is primarily due to the inherent complexity of electro-adhesive technology, which operates on basic capacitive principles that does not find satisfying physical descriptions. This thesis aims to address these challenges through a series of studies, starting with the manufacturing process and testing of an EAD that has become the standard in our laboratory. It then delves into material and electrode geometry studies to enhance system performance, ultimately presenting potential industrial applications of the technology. All the presented results are encouraging, as they have yielded shear force values three times higher than those previously reported in the literature. The various applications have demonstrated the significant effectiveness of EADs as brakes or, more broadly, in exerting shear forces. This opens up the possibility of utilizing cutting-edge technologies to push the boundaries of technology to the fullest.

Il livello del mare visto dai mareografi

I mareografi sono strumenti che misurano il livello del mare in un punto della costa. Tuttavia, essendovi ancorati, essi sono soggetti al suo movimento. Inoltre, il livello del mare è fortemente influenzato da effetti locali. In una prima parte, si è quindi selezionato un insieme di questi in base alla completezza dei dati e a restrizioni geografiche, in modo che nel loro complesso fossero il più possibile rappresentativi della situazione media globale. Di ognuno di essi si sono studiati la monotonicità e l’andamento in due ventenni consecutivi, il primo dal 1980. In questo modo è stato possibile evidenziare, ove presenti, modifiche nel tasso di variazione annuale del livello del mare in ogni località nei due periodi. Studiati i singoli mareografi si è poi proceduto ad effettuarne uno stacking per ottenere una stima meno influenzata da effetti locali. Il test di monotonia identifica in entrambi i casi un chiaro trend crescente. Il risultato della regressione lineare sui due periodi ha fornito tassi pari rispettivamente a (2.1 ± 0.5)mm/yr e (4.7 ± 0.5)mm/yr. Per migliorare la significatività del test di monotonia, si sono poi rimossi i modi semi-periodici mediante il metodo di decomposizione EMD (Empirical Mode Decomposition). Ripetendo la regressione lineare si ottengono risultati simili ma con minore incertezza: (2.3 ± 0.2)mm/yr e (4.9 ± 0.2)mm/yr. Come approccio alternativo, per cercare di superare l’arbitrarietà della scelta dei due archi temporali, si è effettuato un fit quadratico sulle serie dati dal 1980 al 2020. In questi modo, è stato possibile identificare e raggruppare situazioni contraddistinte da andamenti generali simili. In seguito, si è mostrato come, in entrambi i periodi, ci sia una forte correlazione lineare fra i mareografi sulla costa occidentale degli Stati Uniti e fra i mareografi posti nel Mediterraneo. Infine, viene studiato il caso dei mareografi della Laguna Veneta e la loro correlazione con altri posizionati nell'Adriatico settentrionale.

Synthesis and coating of silver nanoparticles and their interaction with cells model

La mia tesi si concentra sulla sintesi e funzionalizzazione di nanoparticelle d’argento studiandone l’interazione, tramite esperimenti in vitro, con cellule sane di fibroblasti murini NIH-3T3 e cellule tumorali da nodulo al seno MCF7. L’utilizzo di polielettroliti quali PDADMAC, PAH e PSS ha permesso la modifica delle proprietà superficiali delle nanoparticelle. Le nuove proprietà chimico-fisiche sono state caratterizzate tramite Dynamic Light Scattering, potenziale zeta e spettroscopia UV-vis. L’effetto della ricopertura con polielettroliti è stato valutato tramite test di vitalità cellulare somministrando le nanoparticelle funzionalizzate alle cellule sopracitate. Successivamente, è stata ottimizzata la procedura per un’ulteriore ricopertura sulle nanoparticelle cariche con BSA (Bovine Serum Albumin) valutando diversi fattori chiave. Le nanoparticelle ricoperte di albumina sono state caratterizzate e la composizione qualitativa della loro protein corona è stata ottenuta tramite analisi SDS-PAGE. Infine, le nanoparticelle ricoperte di BSA sono state somministrate alle due linee cellulari valutando l’effetto dell’albumina sulla risposta biologica tramite analisi di vitalità cellulare e immunofluorescenza.

Adattamento alla macchina della tosse guidato dall'ecografia diaframmatica nel paziente con patologia neuromuscolare: trial clinico controllato e semi-randomizzato.

Background Le complicazioni dovute a disfunzioni dei muscoli respiratori sono tra le cause principali di morbilità e mortalità per i pazienti con malattie neuromuscolari. La fisioterapia respiratoria, nello specifico tramite l’utilizzo della macchina della tosse, assume quindi un ruolo fondamentale nella gestione della clearance bronchiale. Questo studio si pone l’obbiettivo di verificare se l’ecografia diaframmatica può rappresentare uno strumento di valutazione utile al fisioterapista nella titolazione dei corretti parametri della macchina della tosse. Metodi Lo studio è un trial clinico semi-randomizzato controllato a gruppi paralleli e monocentrico, iniziato a gennaio 2022 e concluso ad ottobre dello stesso anno. Il gruppo sperimentale, rispetto a quello di controllo, vede aggiunta l’ecografia diaframmatica all’adattamento della macchina della tosse. L’efficacia è stata valutata analizzando la reale indicazione al trattamento, l’aderenza e il numero di riacutizzazioni. Gli outcome sono stati valutati a 3 mesi dall’adattamento. Risultati 10 pazienti hanno soddisfatto i criteri di inclusione e sono stati randomizzati nel gruppo sperimentale (n=6) e nel gruppo di controllo (n=4). Il livello di significatività statistica è stato fissato pari a 0.05. I dati ottenuti dalle analisi (test χ2 e il test di Mann-Whitney) portano alla conclusione che non sono presenti differenze statisticamente significative legate al gruppo di appartenenza dei pazienti per nessuno degli outcome prefissati: indicazione al trattamento ( χ2=1.67; P=0.197), riacutizzazioni (χ2=0.08; P=0.778), aderenza (W=3; P=1). Conclusioni L’ecografia diaframmatica si è rivelata essere uno strumento affidabile e poco invasivo, utile a perfezionare il processo valutativo fisioterapico. I dati ottenuti non hanno però dimostrato la superiorità del suo impiego nell’adattamento alla macchina della tosse rispetto al gruppo di controllo. Tuttavia, sono necessari ulteriori studi per approfondirne l’efficacia.

tonicarD: un'applicazione web per l'annotazione semiautomatica delle schede Caronti

Si presenta lo sviluppo di una nuova applicazione web, chiamata tonicarD, che fornisce gli strumenti per fare annotazione dei documenti che costituiscono il catalogo storico della Biblioteca Universitaria di Bologna. Si tratta di schede scritte a mano dal dott. Andrea Caronti nella seconda metà dell'Ottocento, che si ha interesse a digitalizzare. A questo scopo, si è progettato il sistema tonicarD, che permette di eseguire la segmentazione e la trascrizione delle scansioni di tali documenti e genera le immagini che verrano usate per popolare un dataset su cui allenare un modello di riconoscimento automatico del testo. L'applicazione implementa anche lo sviluppo di un algoritmo di segmentazione automatica, oltre che un'approssimativa trascrizione della scheda, con l'obiettivo di agevolare l'utente nell'esecuzione dell'annotazione. Il lavoro include anche test per misurare la qualità della segmentazione automatica e test di usabilità dell'interfaccia, in cui si mettono a confronto l'esperienza degli utenti su tonicarD e Transkribus.

Validation of an intermediate-complexity flood risk model for climate change adaptation

In questo lavoro di tesi viene presentato e validato un modello di rischio di alluvione a complessità intermedia per scenari climatici futuri. Questo modello appartiene a quella categoria di strumenti che mirano a soddisfare le esigenze identificate dal World Climate Research Program (WRCP) per affrontare gli effetti del cambiamento climatico. L'obiettivo perseguito è quello di sviluppare, seguendo un approccio ``bottom-up" al rischio climatico regionale, strumenti che possano aiutare i decisori a realizzare l'adattamento ai cambiamenti climatici. Il modello qui presentato è interamente basato su dati open-source forniti dai servizi Copernicus. Il contributo di questo lavoro di tesi riguarda lo sviluppo di un modello, formulato da (Ruggieri et al.), per stimare i danni di eventi alluvionali fluviali per specifici i livelli di riscaldamento globale (GWL). Il modello è stato testato su tre bacini idrografici di medie dimensioni in Emilia-Romagna, Panaro, Reno e Secchia. In questo lavoro, il modello viene sottoposto a test di sensibilità rispetto a un'ipotesi enunciata nella formulazione del modello, poi vengono effettuate analisi relative all'ensemble multi-modello utilizzato per le proiezioni. Il modello viene quindi validato, confrontando i danni stimati nel clima attuale per i tre fiumi con i danni osservati e confrontando le portate simulate con quelle osservate. Infine, vengono stimati i danni associati agli eventi alluvionali in tre scenari climatici futuri caratterizzati da GWL di 1.5° C, 2.0° C e 3.0°C.

Misure di risoluzione temporale di SiPM

In questa si riportano i risultati di uno studio di rosoluzione temporale di un fotomoltiplicatore al Silicio (SiPM)

Preparazione di un setup sperimentale e misure preliminari per la caratterizzazione in aria di SiPM da utilizzare per esperimenti di ricerca della materia oscura

Da numerose osservazioni astronomiche e cosmologiche si ipotizza che la Materia Oscura rappresenti gran parte della massa dell’Universo. La Materia Oscura ha la particolarita` di interagire solo gravitazionalmente o debolmente e si presenta come massiva e neutra. Tra i vari candidati al ruolo di particelle di Materia Oscura troviamo le WIMP (Weakly Interacting Massive Particles). Un’esperimento che si propone di rivelare in modo diretto le WIMP, mediante la loro diffusione elastica su nuclei di Xeno, `e il progetto XENON presso i Laboratori Nazionali del Gran Sasso. Le tecniche di rivelazione diretta prevedono l’utilizzo di rivelatori grandi, in questo caso a gas nobile, ultra puri e situati in ambienti a bassa radioattivita` per diminuire il rumore di fondo come ad esempio i neutroni indotti dai muoni provenienti dai raggi cosmici (laboratori sotterranei). A causa della sezione d’urto molto piccola necessario raggiungere basse energie di soglia. A tal proposito sono in fase di ricerca e sviluppo soluzioni che permettano di migliorare le prestazioni del rivelatore; ad esempio sono in fase di studio soluzioni tecnologiche che migliorino la raccolta di luce. Una di queste prevede l’utilizzo di foto rivelatori tipo SiPM da affiancare a normali PMT. Tali rivelatori devono essere in grado di funzionare a basse temperature (circa −100◦ C) e devono poter rivelare fotoni di lunghezza d’onda di 178 nm. Il mio lavoro di tesi si colloca nell’ambito di tale progetto di ricerca e sviluppo. Lo scopo di questo lavoro `e stato infatti la preparazione di un setup sperimentale per caratterizzare in aria fotorivelatori SiPM Hamamatsu (prototipo codice S12574) in grado di lavorare in Xeno liquido. Oltre all’installazione del setup mi sono occupato di scrivere un programma in C++ in grado di analizzare le forme d’onda acquisite in run preliminari e di misurare guadagno e dark count rate del rivelatore.

Studio di scintillatori accoppiati a SiPM per un tracciatore di particelle cariche

Negli esperimenti con particelle elementari si rende spesso necessario misurarne l’impulso e discriminare il segno della carica con l’ausilio di campi magnetici. Il lavoro presentato in questa tesi si inserisce nell'attività preliminare per la realizzazione di uno spettrometro per muoni con impulso nell'intervallo 0.5-4 GeV, posto all'interno di un campo magnetico in aria. Il prototipo di tracciatore su cui sono state condotte le misure presentate in questa tesi è costituito da diversi piani di barre di scintillatore plastico accoppiate a fotomoltiplicatori al Silicio. Le misure di laboratorio sono state finalizzate a determinare la risoluzione spaziale del prototipo a partire dai segnali di muoni cosmici nelle barre di scintillatore. Dalla ricostruzione delle tracce dei muoni è stata determinata una risoluzione spaziale migliore di 2 mm, che risulta adeguata per lo spettrometro che si vuole realizzare.