Gait analysis using a single wearable inertial measurement unit

Procedures for quantitative walking analysis include the assessment of body segment movements within defined gait cycles. Recently, methods to track human body motion using inertial measurement units have been suggested. It is not known if these techniques can be readily transferred to clinical measurement situations. This work investigates the aspects necessary for one inertial measurement unit mounted on the lower back to track orientation, and determine spatio-temporal features of gait outside the confines of a conventional gait laboratory. Apparent limitations of different inertial sensors can be overcome by fusing data using methods such as a Kalman filter. The benefits of optimizing such a filter for the type of motion are unknown. 3D accelerations and 3D angular velocities were collected for 18 healthy subjects while treadmill walking. Optimization of Kalman filter parameters improved pitch and roll angle estimates when compared to angles derived using stereophotogrammetry. A Weighted Fourier Linear Combiner method for estimating 3D orientation angles by constructing an analytical representation of angular velocities and allowing drift free integration is also presented. When tested this method provided accurate estimates of 3D orientation when compared to stereophotogrammetry. Methods to determine spatio-temporal features from lower trunk accelerations generally require knowledge of sensor alignment. A method was developed to estimate the instants of initial and final ground contact from accelerations measured by a waist mounted inertial device without rigorous alignment. A continuous wavelet transform method was used to filter and differentiate the signal and derive estimates of initial and final contact times. The technique was tested with data recorded for both healthy and pathologic (hemiplegia and Parkinson’s disease) subjects and validated using an instrumented mat. The results show that a single inertial measurement unit can assist whole body gait assessment however further investigation is required to understand altered gait timing in some pathological subjects.

Approccio combinato geo-location database e sensing per individuare i livelli di potenza trasmissibili da white space device

La Cognitive Radio è un dispositivo in grado di reagire ai cambiamenti dell’ambiente radio in cui opera, modificando autonomamente e dinamicamente i propri parametri funzionali tra cui la frequenza, la potenza di trasmissione e la modulazione. Il principio di base di questi dispositivi è l’accesso dinamico alle risorse radio potenzialmente non utilizzate, con cui utenti non in possesso di licenze possono sfruttare le frequenze che in un determinato spazio temporale non vengono usate, preoccupandosi di non interferire con gli utenti che hanno privilegi su quella parte di spettro. Devono quindi essere individuati i cosiddetti “spectrum holes” o “white spaces”, parti di spettro assegnate ma non utilizzate, dai quali prendono il nome i dispositivi.Uno dei modi per individuare gli “Spectrum holes” per una Cognitive Radio consiste nel cercare di captare il segnale destinato agli utenti primari; questa tecnica è nota con il nome di Spectrum Sensing e consente di ottenere essenzialmente una misura all’interno del canale considerato al fine di determinare la presenza o meno di un servizio protetto. La tecnica di sensing impiegata da un WSD che opera autonomamente non è però molto efficiente in quanto non garantisce una buona protezione ai ricevitori DTT che usano lo stesso canale sul quale il WSD intende trasmettere.A livello europeo la soluzione che è stata ritenuta più affidabile per evitare le interferenze sui ricevitori DTT è rappresentata dall’uso di un geo-location database che opera in collaborazione con il dispositivo cognitivo.Lo scopo di questa tesi è quello di presentare un algoritmo che permette di combinare i due approcci di geo-location database e Sensing per definire i livelli di potenza trasmissibile da un WSD.

Lo spazio senso-motorio come rappresentazione dei comportamenti intersoggettivi. Una nuova ipotesi sperimentale dalla filosofia alle neuroscienze

La ricerca ha preso le mosse da tre ipotesi fondamentali: 1) Esiste un legame tra processi cognitivi di basso ed alto livello; 2) Lo spazio senso-motorio è una percezione soggettiva; 3) Lo spazio senso-motorio varia in funzione delle diverse modalità di interazione sociale. La tesi sostiene che lo spazio senso-motorio si lascia modulare dalla semplice co-presenza di un altro agente umano e da interazioni cooperative e non cooperative. I capitoli I, II, III, hanno lo scopo di scomporre e spiegare il significato della prima, seconda e terza ipotesi; giungendo a formulare la tesi centrale che sarà poi dimostrata sperimentalmente nel capitolo IV. Il capitolo V introduce future linee di ricerca nell’ambito dell’etica proponendo una nuova ipotesi sul legame che potrebbe sussistere tra la percezione dello spazio durante l’interazione sociale e i giudizi morali. Il lavoro svolto chiama ad operare insieme diverse discipline che concorrono a formare le scienze cognitive: la storia della filosofia, la filosofia della mente contemporanea, la neuropsicologia sperimentale ed alcuni temi della psicologia sociale.

Electromagnetic simulation and measurement of diffuse scattering from building walls

Il fenomeno dello scattering diffuso è stato oggetto di numerosi studi nell’arco degli ultimi anni, questo grazie alla sua rilevanza nell’ambito della propagazione elettromagnetica così come in molti altri campi di applicazione (remote sensing, ottica, fisica, etc.), ma la compresione completa di questo effetto è lungi dall’essere raggiunta. Infatti la complessità nello studio e nella caratterizzazione della diffusione deriva dalla miriade di casistiche ed effetti che si possono incontrare in un ambiente di propagazione reale, lasciando intuire la necessità di trattarne probabilisticamente il relativo contributo. Da qui nasce l’esigenza di avere applicazioni efficienti dal punto di vista ingegneristico che coniughino la definizione rigorosa del fenomeno e la conseguente semplificazione per fini pratici. In tale visione possiamo descrivere lo scattering diffuso come la sovrapposizione di tutti quegli effetti che si scostano dalle classiche leggi dell’ottica geometrica (riflessione, rifrazione e diffrazione) che generano contributi del campo anche in punti dello spazio e direzioni in cui teoricamente, per oggetti lisci ed omogenei, non dovrebbe esserci alcun apporto. Dunque l’effetto principale, nel caso di ambiente di propagazione reale, è la diversa distribuzione spaziale del campo rispetto al caso teorico di superficie liscia ed omogenea in congiunzione ad effetti di depolarizzazione e redistribuzione di energia nel bilancio di potenza. Perciò la complessità del fenomeno è evidente e l’obiettivo di tale elaborato è di proporre nuovi risultati che permettano di meglio descrivere lo scattering diffuso ed individuare altresì le tematiche sulle quali concentrare l’attenzione nei lavori futuri. In principio è stato quindi effettuato uno studio bibliografico così da identificare i modelli e le teorie esistenti individuando i punti sui quali riflettere maggiormente; nel contempo si sono analizzate le metodologie di caratterizzazione della permittività elettrica complessa dei materiali, questo per valutare la possibilità di ricavare i parametri da utilizzare nelle simulazioni utilizzando il medesimo setup di misura ideato per lo studio della diffusione. Successivamente si è realizzato un setup di simulazione grazie ad un software di calcolo elettromagnetico (basato sul metodo delle differenze finite nel dominio del tempo) grazie al quale è stato possibile analizzare la dispersione tridimensionale dovuta alle irregolarità del materiale. Infine è stata condotta una campagna di misure in camera anecoica con un banco sperimentale realizzato ad-hoc per effettuare una caratterizzazione del fenomeno di scattering in banda larga.

Connessioni territoriali e nuove topografie: Un centro di interpretazione della cultura muisca a bogota.

Attualmente Usme, caratterizzata come visto da un territorio principalmente a bassa densità, è ancora fortemente relazionata con la campagna perché costituita dall’insieme di aree agricole, o di quelli che una volta erano spazi coltivati più prossimi alla città compatta. Questo tipo di paesaggio rurale che caratterizza Usme è caratterizzato come già visto da un tessuto sfrangiato e discretizzato e rappresenta la porzione di territorio dove la città esercita l’impatto ambientale più intenso dovuto sia alla sua immediata vicinanza al contesto urbano che al carattere di scarsa identità che sembra esprimere. Qualunque intervento architettonico in un territorio di margine come quello di Usme dovrebbe confrontarsi con un sistema di relazioni a grande scala, che si rapporti con la geografia stessa del luoghi e con un orientamento e una misurazione visiva e fisica del territorio stesso. Allo stesso modo è necessario che il progetto comprenda anche il suolo stesso delle grande aree attualmente lasciate libere, ovvero che il progetto architettonico si integri con il progetto paesaggistico creando in questo modo nuove relazioni e nuove geometrie nell’assetto territoriale. In questo senso il progetto può dialogare con il territorio e mettere in relazione differenti situazioni morfologiche, sfruttandone le potenzialità. L’obiettivo è quindi quello di non costruire semplici volumi appoggiati sulla terra ma quello di modificare la terra stessa, entrando in relazione con essa in modo profondo. Il progetto così inteso è concepito, e prima ancora letto, secondo strati, i quali possono contaminarsi o possono semplicemente sovrapporsi. L’area di progetto, come già detto, è essenzialmente all’interno di un vuoto presente tra le due parti di città. Il nuovo edificio si conforma come un segno netto nel territorio, un viadotto, un tronco d’albero caduto che protegge il parco dalla città, un elemento primordiale che da una parte si incunea nel terreno e dall’altra si affaccia sulla valle. Vuole essere il segno di un naturale artificio, proponendosi al tempo stesso come simbolo e funzione. Il museo emerge dalla terra, ma sembra anche immergersi in essa. L’architettura del museo crea un nuovo paesaggio morfologicamente radicato al suolo, attraverso uno spazio parzialmente ipogeo che integra il museo all’interno della montagna attraverso la copertura continua con la topografia esistente, sottolineando il profilo della collina.

Progettazione e collaudo di un ballast elettronico per lampade a scarica hid

Nell'elaborato svolto viene presentato un ballast elettronico destinato ad applicazioni di illuminazione stradale. L'alimentatore deve sostituire il tradizionale reattore elettromagnetico attualmente montato sui lampioni, deve poter alimentare lampade HID fino a 150 W, deve soddisfare le più stringenti normative di futura approvazione, deve garantire ulteriori servizi aggiuntivi legati sia al migliore sfruttamento della lampada che a eventuali esigenze legate all'innovativo concetto di palo intelligente (alimentazioni ausiliarie e strategie di risparmio energetico).

Use of shared memory in the context of embedded multi-core processors: exploration of the technology and its limits

Modern embedded systems embrace many-core shared-memory designs. Due to constrained power and area budgets, most of them feature software-managed scratchpad memories instead of data caches to increase the data locality. It is therefore programmers’ responsibility to explicitly manage the memory transfers, and this make programming these platform cumbersome. Moreover, complex modern applications must be adequately parallelized before they can the parallel potential of the platform into actual performance. To support this, programming languages were proposed, which work at a high level of abstraction, and rely on a runtime whose cost hinders performance, especially in embedded systems, where resources and power budget are constrained. This dissertation explores the applicability of the shared-memory paradigm on modern many-core systems, focusing on the ease-of-programming. It focuses on OpenMP, the de-facto standard for shared memory programming. In a first part, the cost of algorithms for synchronization and data partitioning are analyzed, and they are adapted to modern embedded many-cores. Then, the original design of an OpenMP runtime library is presented, which supports complex forms of parallelism such as multi-level and irregular parallelism. In the second part of the thesis, the focus is on heterogeneous systems, where hardware accelerators are coupled to (many-)cores to implement key functional kernels with orders-of-magnitude of speedup and energy efficiency compared to the “pure software” version. However, three main issues rise, namely i) platform design complexity, ii) architectural scalability and iii) programmability. To tackle them, a template for a generic hardware processing unit (HWPU) is proposed, which share the memory banks with cores, and the template for a scalable architecture is shown, which integrates them through the shared-memory system. Then, a full software stack and toolchain are developed to support platform design and to let programmers exploiting the accelerators of the platform. The OpenMP frontend is extended to interact with it.

Studio sui convertitori flyback multiuscita

Questa tesi si propone di analizzare e comprendere il funzionamento del convertitore flyback, un circuito elettronico appartenente alla categoria dei convertitori DC/DC operanti in commutazione, avvalendosi anche dell’ausilio del software per la simulazione circuitale LTSPICE. Vengono dettagliatamente analizzati gli effetti delle disperse del trasformatore, valutato l'inserimento di snubber dissipativi, analizzato il comportamento dinamico del convertitore retroazionato, presa in considerazione la possibilità di inserire ulteriori uscite.

Valutazione di tecniche di copertura per futuri sistemi wireless indoor

Si è scelto di analizzare in modo approfondito tecniche di copertura radio e di trasmissione basate sull’uso di array di antenne ( facenti parte della famiglia Multiple Input Multiple Output, MIMO) in alcune tipologie tipiche di scenari indoor, come ad esempio ambienti commerciali o uffici in strutture multipiano. Si è studiato l’utilizzo di array di antenne di varie tipologie e a varie frequenze per implementare tecniche di diversità oppure tecniche a divisione di spazio (beam-switching, beamforming) per servire contemporaneamente utenti in diverse celle o in diversi settori senza ricorrere ad altre tecniche di divisione (di frequenza, tempo o codice), che invece verranno utilizzate in conbinazione combinate in sistemi di futura generazione.

Luigi Nono: spazio e composizione

Architettura e musica. Spazio e tempo. Suono. Esperienza. Queste le parole chiave da cui ha preso avvio la mia ricerca. Tutto è iniziato dall’intuizione dell’esistenza di un legame tra due discipline cui ho dedicato molto tempo e studio, completando due percorsi accademici paralleli, la Facoltà di architettura e il Conservatorio. Dopo un lavoro d’individuazione e analisi degli infiniti spunti di riflessione che il tema offriva, ho focalizzato l’attenzione su uno degli esempi più emblematici di collaborazione tra un architetto e un musicista realizzatasi nel Novecento: Prometeo, tragedia dell’ascolto (1984), composta da Luigi Nono con la collaborazione di Massimo Cacciari e Renzo Piano. Attraverso lo studio di Prometeo ho potuto affrontare la trattazione di molte delle possibili declinazioni del rapporto interdisciplinare tra musica e architettura. La ricerca si è svolta principalmente sullo studio dei materiali conservati presso l’Archivio Luigi Nono e l’archivio della Fondazione Renzo Piano. La tesi è organizzata in tre parti: una prima parte in cui si affronta il tema del ruolo dello spazio nelle opere di Nono precedenti a Prometeo, facendo emergere l’importanza dell’ambiente culturale e sonoro veneziano; una seconda parte in cui si approfondisce il processo compositivo che ha portato alle rappresentazioni di Prometeo a Venezia, Milano e a Parigi; una terza parte in cui si prende in considerazione quanto avvenuto dopo Prometeo e si riflette sui contributi che questa esperienza può portare alla progettazione di spazi per la musica, analizzando diversi allestimenti dell’opera senza arca e prendendo in considerazione i progetti dell’auditorium dell’International Art Village di Akiyoshidai e della sala della nuova Philharmonie di Parigi. Lo studio dell’esperienza di Prometeo ha lo scopo di stimolare la curiosità verso la ricerca e la sperimentazione di quegli infiniti possibili della composizione architettonica e musicale di cui parla Nono.

La cooperazione giudiziaria in rete nello spazio di liberta', sicurezza e giustizia

L’oggetto del lavoro si concentra sull’analisi in chiave giuridica del modello di cooperazione in rete tra le autorità nazionali degli Stati membri nel quadro dello Spazio LSG, allo scopo di valutarne il contributo, le prospettive e il potenziale. La trattazione si suddivide in due parti, precedute da una breve premessa teorica incentrata sull’analisi della nozione di rete e la sua valenza giuridica. La prima parte ricostruisce il percorso di maturazione della cooperazione in rete, dando risalto tanto ai fattori di ordine congiunturale quanto ai fattori giuridici e d’ordine strutturale che sono alla base del processo di retificazione dei settori giustizia e sicurezza. In particolare, vengono elaborati taluni rilievi critici, concernenti l’operatività degli strumenti giuridici che attuano il principio di mutuo riconoscimento e di quelli che danno applicazione al principio di disponibilità delle informazioni. Ciò allo scopo di evidenziare gli ostacoli che, di frequente, impediscono il buon esito delle procedure di cooperazione e di comprendere le potenzialità e le criticità derivanti dall’utilizzo della rete rispetto alla concreta applicazione di tali procedure. La seconda parte si focalizza sull’analisi delle principali reti attive in materia di giustizia e sicurezza, con particolare attenzione ai rispettivi meccanismi di funzionamento. La trattazione si suddivide in due distinte sezioni che si concentrano sulle a) reti che operano a supporto dell’applicazione delle procedure di assistenza giudiziaria e degli strumenti di mutuo riconoscimento e sulle b) reti che operano nel settore della cooperazione informativa e agevolano lo scambio di informazioni operative e tecniche nelle azioni di prevenzione e lotta alla criminalità - specialmente nel settore della protezione dell’economia lecita. La trattazione si conclude con la ricostruzione delle caratteristiche di un modello di rete europea e del ruolo che questo esercita rispetto all’esercizio delle competenze dell’Unione Europea in materia di giustizia e sicurezza.

Mirandola: tra storia e luogo. Identita e spazio pubblico

Fino alla fine del XIX secolo erano le mura a conferire una forma chiara e precisa alla città. Dopo il loro abbattimento c'è oggi un elemento urbano capace di porsi come limite formale della città? In fase di tesi abbiamo deciso di dare una soluzione al problema della frammentazione del limite dal punto di vista opposto, agendo sul centro storico in relazione alla prima espansione urbana. Abbiamo operato un'attenta analisi delle dinamiche della città prima e dopo il terremoto, cercando di comprendere le specificità di questo territorio. Da una ulteriore e più approfondita lettura del centro storico, emerge subito l'assenza di un tessuto urbano ben leggibile in corrispondenza dell'area del Castello e del Comune, dove una grande "macchia" di spazi aperti, prevalentemente adibiti a parcheggio prevalgono sul costruito: l'area che ha dato vita e un senso durante i secoli a questa città ha perso la sua identità. Identità, misura, connessione sono gli obiettivi che ci prefissiamo di raggiungere nella ridefinizione di questi luoghi ed insieme le parole chiave del nostro approccio al nostro progetto. Il nostro intervento prevede la definizione di un polo culturale che possa valorizzare le caratteristiche storiche e morfologiche dell'area conferendo intelligibilità agli elementi che hanno sempre caratterizzato lo splendore della città. Il "verde" diviene elemento di connessione tra le due aree di progetto. Le funzioni che abbiamo scelto nella definizione del polo culturale sono quelle di museo, cinema, e mercato: la scelta è stata quella di progettare edifici pubblici, con lo scopo di riportare i luoghi di intrattenimento e della cultura all'interno del centro storico.

Ottimizzazione di protocolli di trasmissione dati tramite interfaccia usb implementati su fpga

La maggior parte dei moderni dispositivi e macchinari, sia ad uso civile che industriale, utilizzano sistemi elettronici che ne supervisionano e ne controllano il funzionamento. All’ interno di questi apparati è quasi certamente impiegato un sistema di controllo digitale che svolge, anche grazie alle potenzialità oggi raggiunte, compiti che fino a non troppi anni or sono erano dominio dell’ elettronica analogica, si pensi ad esempio ai DSP (Digital Signal Processor) oggi impiegati nei sistemi di telecomunicazione. Nonostante l'elevata potenza di calcolo raggiunta dagli odierni microprocessori/microcontrollori/DSP dedicati alle applicazioni embedded, quando è necessario eseguire elaborazioni complesse, time-critical, dovendo razionalizzare e ottimizzare le risorse a disposizione, come ad esempio spazio consumo e costi, la scelta ricade inevitabilmente sui dispositivi FPGA. I dispositivi FPGA, acronimo di Field Programmable Gate Array, sono circuiti integrati a larga scala d’integrazione (VLSI, Very Large Scale of Integration) che possono essere configurati via software dopo la produzione. Si differenziano dai microprocessori poiché essi non eseguono un software, scritto ad esempio in linguaggio assembly oppure in linguaggio C. Sono invece dotati di risorse hardware generiche e configurabili (denominate Configurable Logic Block oppure Logic Array Block, a seconda del produttore del dispositivo) che per mezzo di un opportuno linguaggio, detto di descrizione hardware (HDL, Hardware Description Language) vengono interconnesse in modo da costituire circuiti logici digitali. In questo modo, è possibile far assumere a questi dispositivi funzionalità logiche qualsiasi, non previste in origine dal progettista del circuito integrato ma realizzabili grazie alle strutture programmabili in esso presenti.