Machine-learning methods for structure prediction of β-barrel membrane proteins

Different types of proteins exist with diverse functions that are essential for living organisms. An important class of proteins is represented by transmembrane proteins which are specifically designed to be inserted into biological membranes and devised to perform very important functions in the cell such as cell communication and active transport across the membrane. Transmembrane β-barrels (TMBBs) are a sub-class of membrane proteins largely under-represented in structure databases because of the extreme difficulty in experimental structure determination. For this reason, computational tools that are able to predict the structure of TMBBs are needed. In this thesis, two computational problems related to TMBBs were addressed: the detection of TMBBs in large datasets of proteins and the prediction of the topology of TMBB proteins. Firstly, a method for TMBB detection was presented based on a novel neural network framework for variable-length sequence classification. The proposed approach was validated on a non-redundant dataset of proteins. Furthermore, we carried-out genome-wide detection using the entire Escherichia coli proteome. In both experiments, the method significantly outperformed other existing state-of-the-art approaches, reaching very high PPV (92%) and MCC (0.82). Secondly, a method was also introduced for TMBB topology prediction. The proposed approach is based on grammatical modelling and probabilistic discriminative models for sequence data labeling. The method was evaluated using a newly generated dataset of 38 TMBB proteins obtained from high-resolution data in the PDB. Results have shown that the model is able to correctly predict topologies of 25 out of 38 protein chains in the dataset. When tested on previously released datasets, the performances of the proposed approach were measured as comparable or superior to the current state-of-the-art of TMBB topology prediction.

A numerical methodology for the multi-objective optimization of the DI Diesel engine combustion

DI Diesel engine are widely used both for industrial and automotive applications due to their durability and fuel economy. Nonetheless, increasing environmental concerns force that type of engine to comply with increasingly demanding emission limits, so that, it has become mandatory to develop a robust design methodology of the DI Diesel combustion system focused on reduction of soot and NOx simultaneously while maintaining a reasonable fuel economy. In recent years, genetic algorithms and CFD three-dimensional combustion simulations have been successfully applied to that kind of problem. However, combining GAs optimization with actual CFD three-dimensional combustion simulations can be too onerous since a large number of calculations is usually needed for the genetic algorithm to converge, resulting in a high computational cost and, thus, limiting the suitability of this method for industrial processes. In order to make the optimization process less time-consuming, CFD simulations can be more conveniently used to generate a training set for the learning process of an artificial neural network which, once correctly trained, can be used to forecast the engine outputs as a function of the design parameters during a GA optimization performing a so-called virtual optimization. In the current work, a numerical methodology for the multi-objective virtual optimization of the combustion of an automotive DI Diesel engine, which relies on artificial neural networks and genetic algorithms, was developed.

I partiti socialisti italiano e spagnolo e le loro relazioni con i sindacati (1976-1986)

La tesi qui presente è uno studio comparativo dei partiti socialisti italiano e spagnolo dal 1976 al 1986. Il soggetto di studio è la relazione tra i partiti socialisti e i sindacati. Durante questa decade, i partiti socialisti italiano e spagnolo vissero processi paralleli a livello nazionale e internazionale. Entrambi i partiti, per mano di Bettino Craxi e Felipe González, intrapresero un revisionismo ideologico per adattarsi alla situazione politica e sociale dell’epoca, al fine di divenire partiti di governo.

Tavole semantiche e problemi di decidibilità

Trattazione del metodo delle tavole semantiche come modello per la ricerca della validità logica o insoddisfacibilità di un enunciato sia proposizionale che predicativo.

Simbolismi etno-antropologici nell'opera di Elsa Morante

La ricerca sviluppa le più recenti proposte teoriche dell'antropologia interpretativa, applicandole alla teoria della letteratura. Si concentra sull'ipotesto antropologico attivo nell'opera di Elsa Morante, con particolare riferimento alla produzione successiva agli anni Sessanta (Il mondo salvato dai ragazzini, 1968; La Storia, 1974; Aracoeli, 1982), in cui si verifica la concentrazione del materiale etno-antropologico di derivazione demartiniana. La tesi si propone di sondare la prolificità del rapporto intertestuale Morante-De Martino, soprattutto mediante la ricorrenza di alcuni luoghi significanti che accomunano la ricerca poetica e quella scientifica degli autori, uniti da una fondamentale rielaborazione del concetto di "umanesimo". Centrale, a questo proposito, diviene la nozione di "crisi" della persona, direttamente collegata al vissuto da "fine del mondo" e alla percezione apocalittica post-atomica. Alla crisi del soggetto contemporaneo si guarda nei termini di una risoluzione culturale, che chiama direttamente in causa il rapporto tra letteratura e ritualità. Secondo la prospettiva sociologica durkheimiana, si indagano i momenti della piacularità e della festa, ricorsivi nella scrittura morantiana, come fondanti il discorso (la narrazione mitografica) della comunità. Di qui, la riflessione si attesta sulle strategie della comunicazione finzionale in ambito etno-antropologico, con attenzione all'autorialità dello stesso antropologo sul campo. Non mancano raffronti con le esperienze letterarie più significative nell'orizzonte culturale delineato: in particolar modo, si tiene in considerazione il fondamentale rapporto Morante-Pasolini. 

La conservazione viva dell'esistente. Storia, progetto e restauro nell'opera di Josef Wiedemann

La tesi analizza, nel quadro del secondo dopoguerra, quattro casi studio scelti tra le opere di ricostruzione dell’architetto Josef Wiedemann (1910-2001) nel centro di Monaco di Baviera: Odeon (1951-1952), Alte Akademie (1951-1955), Siegestor (1956-1958) e Glyptothek (1961-1972). L’architetto si occupa di opere simbolo della città di Monaco, affrontando la loro ricostruzione come un tema fondante per la storia e l’identità del popolo bavarese, ma soprattutto come un’occasione per definire un metodo d’intervento sulle rovine della guerra. Il suo lavoro è caratterizzato infatti per la ricerca costante di una sintesi tra interesse per la conservazione dell’antico e apertura al nuovo; ispirandosi all’insegnamento del maestro Hans Döllgast, Wiedemann traccia una nuova originale strada per l’intervento sull’antico, segnata da una profonda capacità tecnico-progettuale e dall'attenzione alle nuove esigenze a cui deve rispondere un’architettura contemporanea. Partendo dai suoi scritti e dalle sue opere, si può rilevare un percorso coerente che, partendo dalla conoscenza della storia dell'edificio, ripercorrendone l’evoluzione dallo stato che potremmo definire “originario” allo stato di rovina, giunge a produrre nel progetto realizzato una sintesi tra il passato e il futuro. L'architetto, nella visione di Wiedemann, è chiamato a un compito di grande responsabilità: conoscere per progettare (o ri-progettare) un edificio che porta impressi su di sé i segni della propria storia. Nel metodo che viene messo progressivamente a punto operando nel corpo vivo dei monumenti feriti dalla guerra, è percepibile fino a distinguerlo chiaramente l’interesse e l’influenza del dibattito italiano sul restauro. La conservazione “viva” dell'esistente, così come viene definita da Wiedemann stesso, si declina in modo diverso per ogni caso particolare, approdando a risultati differenti tra loro, ma che hanno in comune alcuni principi fondamentali: conoscere, ricordare, conservare e innovare.

L'architettura di Pietro Bottoni a Ferrara: Occasioni di moderna composizione architettonica negli ambienti storici (1932-1971)

Ferrara è tra le città con le quali Piero Bottoni (1903-1973) ha istaurato un rapporto proficuo e duraturo che gli permise di elaborare molti progetti e che fu costante lungo quasi tutta la parabola professionale dell’autore milanese. Giunto nella città estense nei primi anni Trenta, vi lavorò nei tre decenni successivi elaborando progetti che spaziavano dalla scala dell’arredamento d’interni fino a quella urbana; i diciannove progetti studiati, tutti situati all’interno del centro storico della città, hanno come tema comune la relazione tra nuova architettura e città esistente. Osservando un ampio spettro di interventi che abbracciava la progettazione sull'esistente come quella del nuovo, Bottoni propone una visione dell'architettura senza suddivisioni disciplinari intendendo il restauro e la costruzione del nuovo come parti di un processo progettuale unitario. Sullo sfondo di questa vicenda, la cultura ferrarese tra le due guerre e nel Dopoguerra si caratterizza per il continuo tentativo di rendere attuale la propria storia rinascimentale effettuando operazioni di riscoperta che con continuità, a discapito dei cambiamenti politici, contraddistinguono le esperienze culturali condotte nel corso del Novecento. Con la contemporanea presenza durante gli anni Cinquanta e Sessanta di Bottoni, Zevi, Pane, Michelucci, Piccinato, Samonà, Bassani e Ragghianti, tutti impegnati nella costruzione dell’immagine storiografica della Ferrara rinascimentale, i caratteri di questa stagione culturale si fondono con i temi centrali del dibattito architettonico italiano e con quello per la salvaguardia dei centri storici. L’analisi dell’opera ferrarese di Piero Bottoni è così l’occasione per mostrare da un lato un carattere peculiare della sua architettura e, dall’altro, di studiare un contesto cultuale provinciale al fine di mostrare i punti di contatto tra le personalità presenti a Ferrara in quegli anni, di osservarne le reciproche influenze e di distinguere gli scambi avvenuti tra i principali centri della cultura architettonica italiana e un ambito geografico solo apparentemente secondario.

Silicon Photonics Integrated Circuits for Flexible Optical Systems

This dissertation deals with the design and the characterization of novel reconfigurable silicon-on-insulator (SOI) devices to filter and route optical signals on-chip. Design is carried out through circuit simulations based on basic circuit elements (Building Blocks, BBs) in order to prove the feasibility of an approach allowing to move the design of Photonic Integrated Circuits (PICs) toward the system level. CMOS compatibility and large integration scale make SOI one of the most promising material to realize PICs. The concepts of generic foundry and BB based circuit simulations for the design are emerging as a solution to reduce the costs and increase the circuit complexity. To validate the BB based approach, the development of some of the most important BBs is performed first. A novel tunable coupler is also presented and it is demonstrated to be a valuable alternative to the known solutions. Two novel multi-element PICs are then analysed: a narrow linewidth single mode resonator and a passband filter with widely tunable bandwidth. Extensive circuit simulations are carried out to determine their performance, taking into account fabrication tolerances. The first PIC is based on two Grating Assisted Couplers in a ring resonator (RR) configuration. It is shown that a trade-off between performance, resonance bandwidth and device footprint has to be performed. The device could be employed to realize reconfigurable add-drop de/multiplexers. Sensitivity with respect to fabrication tolerances and spurious effects is however observed. The second PIC is based on an unbalanced Mach-Zehnder interferometer loaded with two RRs. Overall good performance and robustness to fabrication tolerances and nonlinear effects have confirmed its applicability for the realization of flexible optical systems. Simulated and measured devices behaviour is shown to be in agreement thus demonstrating the viability of a BB based approach to the design of complex PICs.

Vivere il moderno al tempo della rovina. Progetto per il riuso collettivo di villa muggia a Imola.

Interessante esempio di contaminazione tra il nuovo e l’antico, Villa Muggia costituisce una testimonianza emblematica di come l’architettura razionalista si sia accostata al tema dell’intervento sull’esistente per opera di Piero Bottoni tra il 1936 ed il 1938. La villa si inserisce in una vicenda costruttiva plurisecolare e durante la Seconda Guerra Mondiale è oggetto di un’incursione aerea. Un ordigno raggiunge l’edificio ed esplode al centro del salone devastando irrimediabilmente il nucleo antico. L’abbandono degli anni successivi è il motore del decadimento del podere Belpoggio, che negli Anni Settanta viene frazionato e venduti a più privati. Con questa operazione viene persa quella unità architettonica e paesaggistica, che era stata alla base del progetto di Piero Bottoni. Oggi, a chi si appresta a visitare villa Muggia, si presenta uno scenario unico, é infatti assolutamente atipica la relazione instauratasi tra il rudere dell’edificio settecentesco e l’addizione moderna. La presente tesi propone un progetto di restauro che risponda alle esigenze più impellenti date dal preoccupante stato di conservazione dell’edificio ma con una sensibilità spiccata al tema della rovina e della sua percezione. Ogni scelta tecnica è stata preceduta da una riflessione attenta sulla restituzione dell’immagine e della storia dell’edificio, dalla riorganizzazione del parco ai dettagli architettonici. Lo scopo è rendere nuovamente vissuto dalla città questo prezioso luogo, inserendolo in un sistema già consolidato di luoghi di cultura e tempo libero. Potendo usufruirne, la cittadinanza acquisirebbe consapevolezza della levatura di questa singolare traccia del moderno, innescando un processo di appropriazione del luogo, presupposto imprescindibile alla conservazione del bene.

La formula di Eulero per i poliedri fra storia e didattica

Questa tesi riguarda la formula di Eulero per i poliedri: F - S + V = 2 dove F indica il numero di facce, S il numero di spigoli e V quello dei vertici di un poliedro. Nel primo capitolo tratteremo i risultati ottenuti da Cartesio: egli fu il primo a considerare non solo le caratteristiche geometriche ma anche metriche di un solido. Partendo dall'analogia con le figure piane, riuscì a ricavare importanti relazioni nei solidi convessi, riguardanti il numero e la misura degli angoli piani, degli angoli solidi e delle facce. Non arrivò mai alla formulazione conosciuta oggi ma ne intuì le caratteristiche topologiche, che però non dimostrò mai. Nel secondo capitolo invece ci occuperemo di ciò che scoprì Eulero. Il manoscritto contenente i risultati di Cartesio era scomparso e quindi questi non erano più conosciuti dai matematici; Eulero, in accordo con quanto avviene per i poligoni, desiderava ottenere un metodo di classificazione per i poliedri e si mise a studiare le loro proprietà. Oltre alla sua formula, in un primo articolo ricavò importanti relazioni, e in un secondo lavoro ne propose una dimostrazione. Riportiamo in breve anche un confronto tra il lavoro di Cartesio e quello di Eulero. Il terzo capitolo invece riguarda il metodo e il rigore nella formulazione di teoremi e dimostrazioni: I. Lakatos ne fa un esame critico nel libro "Dimostrazioni e Confutazioni - la logica della scoperta matematica", simulando una lezione dove a tema compaiono la Formula di Eulero e le sue dimostrazioni. Noi cercheremo di analizzare questo suo lavoro. Su questi tre autori e i loro lavori riportiamo alcune considerazioni biografiche e storiche che possono offrire interessanti spunti didattici: infatti nel quarto e ultimo capitolo ci occuperemo di alcune considerazioni didattiche a proposito della Formula. La struttura sarà quella di un'ipotetica lezione a studenti di Scuola Media Inferiore e utilizzeremo i risultati ottenuti nei precedenti capitoli e una personale esperienza di tirocinio.

Logica dell'identità e delle descrizioni

Lo scopo della tesi è studiare la logica dell'identità e delle descrizioni attraverso l'introduzione di metodi sempre più sofisticati che ci permettano di intraprendere attivamente questo studio, senza limitarci a recepire passivamente dei contenuti. L'approccio scelto è quello della deduzione naturale, in particolare il metodo delle derivazioni introdotto da Frederick Fitch.

Calcolo delle equazioni e ricorsività

Nell'elaborato si introduce il calcolo delle equazioni, un particolare linguaggio predicativo contenente come unico simbolo predicativo quello di uguaglianza. Vengono analizzate le funzioni derivabili in questo linguaggio: le funzioni ricorsive parziali e le funzioni ricorsive primitive. Si accenna al lambda-calcolo che è un particolare linguaggio con cui è possibile, per la sua semplicità, esprimere molte teorie, come quella del calcolo delle equazioni. Infine, si studiano i problemi legati alla ricorsività: il problema della fermata e il problema dell'indecidibilità della logica dei predicati.

Studio di uno scambiatore di calore per produzione istantanea di acqua calda per uso sanitario

In questo elaborato viene presentato lo studio ed ottimizzazione della geometria del serpentino di uno scambiatore di calore per la produzione di acqua sanitaria di tipo Puffer. L’analisi volta all’ottimizzazione del serpentino è stata eseguita con l’obiettivo di soddisfare i vincoli di progetto dello scambiatore, ovvero la portata elaborata e la temperatura di uscita dell’acqua sanitaria dallo scambiatore, ma cercando di ridurre la superficie del serpentino e quindi il costo dello scambiatore stesso, in particolare agendo su parametri geometrici quali il passo dell’elica H, il diametro dell’avvolgimento Db ed il diametro del tubo d. A tal fine è stato sviluppato un modello del processo di scambio termico all’interno dello scambiatore Puffer basato sulle equazioni di bilancio di energia e raffinato attraverso correlazioni teorico/sperimentali reperite in letteratura. In una prima fase l’ottimizzazione è stata svolta con l’ulteriore vincolo progettuale d=41mm e Db=510mm, al fine di garantire maggiore flessibilità nell’utilizzo del serpentino per altre tipologie di scambiatori. In questo caso, si è giunti ad un risparmio del 14% sull’area di scambio termico del serpentino rispetto al modello tuttora in produzione, quantificabile in una riduzione dei costi del 19% sul costo totale del Puffer. In una seconda fase si è proceduto ad una ottimizzazione libera dai vincoli d e Db, con l’obiettivo di valutare la massima riduzione di area di scambio termico del serpentino, stimata in circa il 23% nel caso in cui sia possibile in futuro valutare modifiche sostanziali alla geometria dello scambiatore. Lo studio completato dall’analisi dell’isolamento del corpo dello scambiatore, finalizzata a ridurre le dispersioni verso l’ambiente esterno. In particolare è stato valutato l’utilizzo di Isolmix, in alternativa all’esistente isolamento in pannelli di poliuretano, dimostrando come sia possibile ottenere una ulteriore riduzione del materiale impiegato e quindi dei costi di realizzazione dello scambiatore.

Caratterizzazione e valutazione delle prestazioni di una veneziana frangisole intelligente

L'obiettivo di questa tesi è il contributo alla realizzazione della veneziana frangisole intelligente, attraverso la caratterizzazione dei sensori di temperatura e luminosità e ulteriori simulazioni della veneziana riguardanti gli effetti di bordo. Successivamente si è proceduto alla misurazione pratica della potenza incidente, con gli opportuni strumenti, per verificare l'accuratezza delle simulazioni e prendere provvedimenti nel caso di riscontri negativi.

Una teoria degli insiemi non convenzionale: NFU

Una teoria degli insiemi alternativa alla più nota e diffusa teoria di Zermelo-Fraenkel con l'Assioma di Scelta, ZFC, è quella proposta da W. V. O. Quine nel 1937, poi riveduta e corretta da R. Jensen nel 1969 e rinominata NFU (New foundations with Urelementen). Anche questa teoria è basata sui concetti primitivi di insieme e appartenenza, tuttavia differisce notevolmente da quella usuale perché si ammettono solo formule stratificate, cioè formule in cui è rispettata una gerarchizzazione elemento-insieme che considera priva di significato certe scritture. L'unico inconveniente di NFU è dovuto alle conseguenze della stratificazione. I pregi invece sono notevoli: ad esempio un uso molto naturale delle relazioni come l'inclusione, o la possibilità di considerare insiemi anche collezioni di oggetti troppo "numerose" (come l'insieme universale) senza il rischio di cadere in contraddizione. NFU inoltre risulta essere più potente di ZFC, in quanto, grazie al Teorema di Solovay, è possibile ritrovare in essa un modello con cardinali inaccessibili di ZFC ed è ammessa la costruzione di altri modelli con cardinali inaccessibili della teoria classica.