End-to-end modelling for an ecosystem approach to fisheries in the Northern Humboldt Current Ecosystem

This work represents an original contribution to the methodology for ecosystem models' development as well as the rst attempt of an end-to-end (E2E) model of the Northern Humboldt Current Ecosystem (NHCE). The main purpose of the developed model is to build a tool for ecosystem-based management and decision making, reason why the credibility of the model is essential, and this can be assessed through confrontation to data. Additionally, the NHCE exhibits a high climatic and oceanographic variability at several scales, the major source of interannual variability being the interruption of the upwelling seasonality by the El Niño Southern Oscillation, which has direct e ects on larval survival and sh recruitment success. Fishing activity can also be highly variable, depending on the abundance and accessibility of the main shery resources. This context brings the two main methodological questions addressed in this thesis, through the development of an end-to-end model coupling the high trophic level model OSMOSE to the hydrodynamics and biogeochemical model ROMS-PISCES: i) how to calibrate ecosystem models using time series data and ii) how to incorporate the impact of the interannual variability of the environment and shing. First, this thesis highlights some issues related to the confrontation of complex ecosystem models to data and proposes a methodology for a sequential multi-phases calibration of ecosystem models. We propose two criteria to classify the parameters of a model: the model dependency and the time variability of the parameters. Then, these criteria along with the availability of approximate initial estimates are used as decision rules to determine which parameters need to be estimated, and their precedence order in the sequential calibration process. Additionally, a new Evolutionary Algorithm designed for the calibration of stochastic models (e.g Individual Based Model) and optimized for maximum likelihood estimation has been developed and applied to the calibration of the OSMOSE model to time series data. The environmental variability is explicit in the model: the ROMS-PISCES model forces the OSMOSE model and drives potential bottom-up e ects up the foodweb through plankton and sh trophic interactions, as well as through changes in the spatial distribution of sh. The latter e ect was taken into account using presence/ absence species distribution models which are traditionally assessed through a confusion matrix and the statistical metrics associated to it. However, when considering the prediction of the habitat against time, the variability in the spatial distribution of the habitat can be summarized and validated using the emerging patterns from the shape of the spatial distributions. We modeled the potential habitat of the main species of the Humboldt Current Ecosystem using several sources of information ( sheries, scienti c surveys and satellite monitoring of vessels) jointly with environmental data from remote sensing and in situ observations, from 1992 to 2008. The potential habitat was predicted over the study period with monthly resolution, and the model was validated using quantitative and qualitative information of the system using a pattern oriented approach. The nal ROMS-PISCES-OSMOSE E2E ecosystem model for the NHCE was calibrated using our evolutionary algorithm and a likelihood approach to t monthly time series data of landings, abundance indices and catch at length distributions from 1992 to 2008. To conclude, some potential applications of the model for shery management are presented and their limitations and perspectives discussed.

Ecología del gato cimarrón en el ecosistema termófilo de El Hierro (Islas Canarias) y su impacto sobre el lagarto gigante (Gallotia simonyi).

[ES] El gato cimarrón es un predador introducido en el archipiélago canario. Se investigó la amenaza que suponen los gatos para la conservación y recuperación de Gallotia simonyi, un lacértido endémico amenazado de extinción en la isla de El Hierro. Para alcanzar conclusiones fiables, se estudió la demografía, la dieta, el patrón de reparto espacial y el patrón temporal de actividad de los gatos en el área de distribución histórica del lagarto gigante. Los gatos cimarrones de El Hierro mostraron ajustes ecológicos y sociales similares a los de otras poblaciones silvestres estudiadas. Se observó una fuerte dependencia trófica de la disponibilidad de conejos, pero los lagartos del género Gallotia parecieron ser también presas seleccionadas activamente.

Incorporación de un sistema de almacenamiento de experiencias a un ecosistema educativo para permitir el uso de técnicas de análisis de datos (Educational Analytics)

La Universidad EAFIT, en los últimos años, por medio de la realización de varias investigaciones, ha estado desarrollado una propuesta con la cual se busca definir los componentes tecnológicos que deben componer un ecosistema de aplicaciones educativas, con el fin de apalancar la adopción del modelo de ubicuidad en las instituciones de educación superior -- Por medio del grupo de investigación de desarrollo e innovación en Tecnologías de la Información y las Comunicaciones (GIDITIC) ha realizado la selección de los primeros componentes del ecosistema en trabajos de tesis de grado de anteriores investigaciones[1, 2] -- Adicionalmente, algunos trabajos realizados por el gobierno local de la Alcaldía de Medellín en su proyecto de Medellín Ciudad Inteligente[3], también realizó una selección de algunos componentes que son necesarios para la implementación del portal -- Ambas iniciativas coinciden en la inclusión de un componente de registro de actividades, conocido como \Sistema de almacenamiento de experiencias" (LRS) -- Dados estos antecedentes, se pretende realizar una implementación de un LRS que cumpla con los objetivos buscados en el proyecto de la Universidad, siguiendo estándares que permitan asegurar la interoperabilidad con los otros componentes del ecosistema de aplicaciones educativas

Predicamento de seguridad yemení

Con el inicio del periodo Post-Guerra Fría el Sistema Internacional comienza a experimentar un incremento en el fortalecimiento de su componente social; la Sociedad de Estados alcanza un mayor nivel de homogenización, el estado, unidad predominante de esta, comienzan atravesar una serie de transformaciones que obedecerán a una serie de cambios y continuidades respecto al periodo anterior. Desde la perspectiva del Realismo Subalterno de las Relaciones Internacionales se destacan el proceso de construcción de estado e inserción al sistema como las variables que determinan el sentimiento de inseguridad experimentado por las elites estatales del Tercer Mundo; procesos que en el contexto de un nuevo y turbulento periodo en el sistema, tomara algunas características particulares que darán un sentido especifico al sentimiento de inseguridad y las acciones a través de las cuales las elites buscan disminuirlo. La dimensión externa del sentimiento de inseguridad, el nuevo papel que toma la resistencia popular como factor determinante del sentimiento de inseguridad y de la cooperación, así como del conflicto, entre los miembros de la Sociedad Internacional, la inserción como promotor de estrategias de construcción de Estado, son alguno de los temas puntuales, que desde la perspectiva subalterna, parecen salir a flote tras el análisis del sistema en lo que se ha considerado como el periodo Post-Guerra Fría. En este sentido Yemen, se muestra como un caso adecuado no solo para poner a prueba las postulados de la teoría subalterna, veinte años después de su obra más prominente (The third world security Predicament), escrita por M. Ayoob, sino como un caso pertinente que permite acercarse más a la comprensión del papel del Tercer Mundo al interior de la Sociedad Internacional de Estados.

Machine learning per l'idrologia: applicazione del metodo random forests per la previsione degli eventi di piena fluviale con un approccio probabilistico

Le tecniche di Machine Learning sono molto utili in quanto consento di massimizzare l’utilizzo delle informazioni in tempo reale. Il metodo Random Forests può essere annoverato tra le tecniche di Machine Learning più recenti e performanti. Sfruttando le caratteristiche e le potenzialità di questo metodo, la presente tesi di dottorato affronta due casi di studio differenti; grazie ai quali è stato possibile elaborare due differenti modelli previsionali. Il primo caso di studio si è incentrato sui principali fiumi della regione Emilia-Romagna, caratterizzati da tempi di risposta molto brevi. La scelta di questi fiumi non è stata casuale: negli ultimi anni, infatti, in detti bacini si sono verificati diversi eventi di piena, in gran parte di tipo “flash flood”. Il secondo caso di studio riguarda le sezioni principali del fiume Po, dove il tempo di propagazione dell’onda di piena è maggiore rispetto ai corsi d’acqua del primo caso di studio analizzato. Partendo da una grande quantità di dati, il primo passo è stato selezionare e definire i dati in ingresso in funzione degli obiettivi da raggiungere, per entrambi i casi studio. Per l’elaborazione del modello relativo ai fiumi dell’Emilia-Romagna, sono stati presi in considerazione esclusivamente i dati osservati; a differenza del bacino del fiume Po in cui ai dati osservati sono stati affiancati anche i dati di previsione provenienti dalla catena modellistica Mike11 NAM/HD. Sfruttando una delle principali caratteristiche del metodo Random Forests, è stata stimata una probabilità di accadimento: questo aspetto è fondamentale sia nella fase tecnica che in fase decisionale per qualsiasi attività di intervento di protezione civile. L'elaborazione dei dati e i dati sviluppati sono stati effettuati in ambiente R. Al termine della fase di validazione, gli incoraggianti risultati ottenuti hanno permesso di inserire il modello sviluppato nel primo caso studio all’interno dell’architettura operativa di FEWS.

Il valore precettivo dei diritti sociali fondamentali previsti dal titolo IV della Carta

Il dibattito giuridico, politico ed economico in tema di protezione dei diritti sociali nel contesto del processo di integrazione europea risale alle origini stesse di tale processo. A circa dieci anni dall’attribuzione alla Carta dei diritti fondamentali dell’UE dello stesso valore giuridico dei Trattati, sembra possibile tracciare un primo bilancio in termini di aspettative inverate ed aspettative non soddisfatte quanto alla giustiziabilità dei diritti sociali fondamentali contenuti nel Titolo IV direttamente o indirettamente al rapporto di impiego (articoli da 27 a 34). A questo fine, la tesi ha adottato una struttura tripartita capace di coniugare una metodologia di analisi pratica, in relazione alla giurisprudenza della Corte di giustizia UE post Lisbona (Capitolo III), con un’analisi dal carattere maggiormente teorico-ricostruttivo (Capitoli I e II). La ricerca cerca di dimostrare come tanto i più interessanti sviluppi quanto i limiti registratisi nella giurisprudenza della CGUE (rispettivamente, l’efficacia diretta, anche orizzontale, di alcuni di essi negli ordinamenti nazionali, e la determinazione del loro ambito di applicazione e delle modalità di interazione con il diritto secondario e primario) possano essere meglio compresi tenendo in debito conto il percorso ed il significato di ciascuno di tali diritti nel contesto del processo di integrazione europea. In breve, si sostiene che la “costituzionalizzazione” dei diritti sociali in esame abbia certamente un “valore aggiunto” che, tuttavia, riflette la natura sui generis e le finalità dell’Unione, il sistema di riparto di competenze tra Stati membri e Unione, ed il significato ultimo del sistema UE di tutela dei diritti fondamentali. Ciò non toglie che questi caratteri, con il tempo, possano infine mutare.

Progettazione ed implementazione di una applicazione Android per la creazione di itinerari di viaggio

Il progetto di tesi consiste nella progettazione e nell'implementazione di una applicazione mobile Android nativa per la generazione automatica di itinerari di viaggio in base ad alcuni dati inseriti in input dall'utente. La app è costituita da una serie di activity di raccolta dati in cui viene chiesto all'utente di inserire le sue preferenze in quanto a destinazione, periodo, modalità di viaggio ed altre informazioni. Completata questa fase viene attivato l'algoritmo che genera gli itinerari elaborando i dati raccolti. L'itinerario, che rappresenta il risultato ottenuto dall'algoritmo, è diviso in giorni ed ogni giorno di viaggio contiene i luoghi da visitare in ordine ottimizzato, con la possibilità di usufruire di ulteriori servizi di indicazioni stradali e visualizzazione su mappe. L'intero progetto è stato implementato in Java con l'ambiente di sviluppo Android Studio.

Sviluppo e applicazione di un reattore di prepolimerizzazione in continuo

Presso lo stabilimento DOW di Correggio (che è una system house per la produzione di prepolimeri poliuretanici) la ricerca è attualmente incentrata sullo sviluppo su scala industriale di un reattore pilota continuo di tipo plug flow che andrà a sostituire i tradizionali processi BATCH, con un guadagno in termini di sicurezza e costi di investimento. In particolare, il progetto prevedeva di sperimentare le “ricette” attuali di prepolimeri per applicazioni nel settore della calzatura per valutarne l’equivalenza con quelli fatti in BATCH, e di calibrare un modello del reattore pilota che permetta di prevedere le prestazioni del reattore e supporti lo scale-up attraverso la raccolta di dati sperimentali (profili di temperatura, tempi di residenza, titolo di NCO del prodotto, ecc...). Alla conclusione del progetto è possibile affermare che la tecnologia è robusta, scalabile e rispetto ai sistemi di produzione attuale presenta una maggiore produttività, sicurezza e minori costi di investimento. At the DOW plant in Correggio, which is a system house for the production of polyurethane prepolymers, the research is currently focused on the develompment and application of a plug flow type continuos reactor that will replace the traditional BATCH processes, with advantages in terms of process safety an investment costs. In particular, the project aims were to test in the pilot plant the prepolymer receipts for footwear application, find out if the result products were similar or better than the ones made with BATCH reactor and harvest experimental data (such as temperatures profiles, reaction time, residual NCO value, etc...) in order to calibrate a model that will support the scale-up to the industrial plant. Now that the project is ended, it is possibile to assert that this tecnology is reliable, scalable, safer and cheaper than the old processes.

Applicazione di tecniche untarget molecolari e chimiche per la ricerca di allergeni vegetali in alimenti

I frutti secchi ed i semi commestibili hanno comprovati benefici per la salute, essendo il loro consumo relazionato con la riduzione del rischio di malattie croniche. Tuttavia, questi alimenti hanno un elevato potenziale allergico per una parte della popolazione mondiale. A causa del fatto che le allergie alimentari sono in aumento, diventa importante conoscere tutti i componenti presenti in un alimento, anche se in tracce. Il Regolamento UE n°1169/2011 ha normalizzato le leggi sull’etichettatura delle sostanze che causano allergie ed intolleranze alimentari. Di conseguenza, vi è l'urgente necessità di metodi specifici e affidabili in grado di rilevare allergeni negli alimenti che permettano di garantire la sicurezza alimentare e la conformità delle etichette, migliorando così la vita dei consumatori allergici. Sebbene le tecniche immunologiche siano più specifiche per l’identificazione di proteine allergeniche, le tecniche basate sul DNA sono più adatte per matrici alimentari molto complesse o nel caso di alimenti che hanno subito numerosi processi di trasformazione, mostrandosi come metodi alternativi affidabili. L’obiettivo di questo lavoro di tesi è stato quello di sviluppare una metodica per il rilevamento di specie allergeniche vegetali (frutta a guscio e semi commestibili) in matrici alimentari usando la tecnica del DNA Barcoding e la tecnica della Real-Time PCR. I vantaggi di queste tecniche sono, oltre alla necessità di quantità minime di campione, la possibilità di identificare varie specie allergeniche in simultaneo, anche dopo che queste abbiano subito processi di lavorazione. Si è inoltre fatta un’analisi fingerprinting dei composti volatili su matrici alimentari attraverso il gascromatografo HERACLES II. Le metodiche sviluppate possono fungere come metodi di screening veloci ed affidabili nella riduzione di possibili contaminazioni dei prodotti alimentari, rilevando la presenza o confermando l'assenza di allergeni.

Applicazione di tecniche AI per la progettazione di un sistema a supporto del paziente iperteso

In questa tesi si è cercato di trovare le soluzioni più efficaci a supporto delle questioni legate all'ipertensione di seguito descritte attraverso l'uso di tecniche riguardanti l'intelligenza artificiale e l'Internet of Things. Uno tra i compiti dei medici che si occupano di curare i malati di ipertensione è quello di elaborare protocolli per quanto riguarda la prevenzione e la cura di questa malattia, i quali vengono periodicamente aggiornati. Per supportare ciò, il primo progetto sviluppato è consistito in un'analisi dei dati sul dataset ottenuto a partire dall'elaborazione delle risposte date ai questionari che sono stati distribuiti durante la Giornata Mondiale dell'Ipertensione. A partire da questo, si è cercato di evidenziare la classe di persone che con più probabilità sono malate di ipertensione in modo tale che le linee guida aggiornate si concentrino maggiormente su costoro. La seconda questione affrontata è che non sempre le cure che vengono prescritte sono efficaci, talvolta a causa del medico, talvolta a causa del paziente. Si rende perciò necessario fornire ai pazienti degli strumenti che li aiutino direttamente nella cura della loro malattia. Devono avere anche lo scopo di aiutare il medico nel suo lavoro di monitoraggio periodico delle condizioni di salute del paziente, perché possa avere realmente il polso della situazione. Per fare questo, il secondo progetto ha riguardato lo sviluppo di un chatbot disponibile sulla piattaforma di messaggistica istantanea Telegram ad uso dei malati di ipertensione. Questo assistente virtuale permette loro di registrare le misurazioni di pressione che settimanalmente devono effettuare e ricorda loro di farlo quando passa troppo tempo dall'ultima misurazione. Il sistema permette inoltre di visualizzare medie e grafici delle misurazioni che sono state raccolte cosicché il medico può affidarsi ad uno strumento più evoluto del semplice libretto diario in cui il paziente annota tutte le misurazioni.

Sintesi, caratterizzazione e nano-strutturazione di politiofeni e loro applicazione in celle solari

Negli ultimi decenni i polimeri coniugati, grazie alla loro peculiarità di essere dei semiconduttori organici, hanno attirato l’attenzione della ricerca scientifica, e tra questi composti rientrano i politiofeni. Versatilità, robustezza chimica strutturale e fluorescenza sono alcune delle proprietà che caratterizzano tali composti e che hanno permesso di esplorare nuovi materiali da un punto di vista scientifico e tecnologico. Recentemente molto interessanti sono risultate essere le nanoparticelle politiofeniche poiché permettono di modulare le proprietà chimico-fisiche dei relativi polimeri, ampliandone le potenzialità a trovare applicazione in molteplici dispositivi elettronici, tra cui le celle solari (CS) organiche. Infatti, molto attivo è l’interesse della comunità scientifica per ottimizzare questi dispositivi ricercando nuovi prodotti che soddisfino diversi requisiti, come riduzione dell’impatto ambientale, la facilità di preparazione e compatibilità con substrati flessibili. In tale contesto, uno degli obiettivi della ricerca attualmente si focalizza sulla preparazione di nuovi accettori da usare in CS organiche alternativi ai derivati fullerenici, i quali presentano diversi svantaggi. Alla luce dei più recenti risultati si è visto che i politiofeni push-pull, caratterizzati dall’alternanza di gruppi accettori (A) e gruppi donatori (D), hanno una notevole potenzialità a rimpiazzare tali materiali e ad essere usati come accettori non-fullerenici. Infatti, questi hanno permesso di ottenere buoni risultati in termini di conversioni ed efficienze delle celle fotovoltaiche. Lo scopo di questo lavoro di tesi è sintetizzare sei nuovi polimeri a base tiofenica (quattro con sequenza A-D e due con sequenza A-A) per studiarne le possibili applicazioni come materiali accettori non-fullerenici e la loro organizzazione in strutture ordinate di nanoparticelle.

Design of an innovative electric vehicle simulator for Charging Systems' End-of-Line Testing

The trend related to the turnover of internal combustion engine vehicles with EVs goes by the name of electrification. The push electrification experienced in the last decade is linked to the still ongoing evolution in power electronics technology for charging systems. This is the reason why an evolution in testing strategies and testing equipment is crucial too. The project this dissertation is based on concerns the investigation of a new EV simulator design. that optimizes the structure of the testing equipment used by the company who commissioned this work. Project requirements can be summarized in the following two points: space occupation reduction and parallel charging implementation. Some components were completely redesigned, and others were substituted with equivalent ones that could perform the same tasks. In this way it was possible to reduce the space occupation of the simulator, as well as to increase the efficiency of the testing device. Moreover, the possibility of conjugating different charging simulations could be investigated by parallelly launching two testing procedures on a unique machine, properly predisposed for supporting the two charging protocols used. On the back of the results achieved in the body of this dissertation, a new design for the EV simulator was proposed. In this way, space reduction was obtained, and space occupation efficiency was improved with the proposed new design. The testing device thus resulted to be way more compact, enabling to gain in safety and productivity, along with a 25% cost reduction. Furthermore, parallel charging was implemented in the proposed new design since the conducted tests clearly showed the feasibility of parallel charging sessions. The results presented in this work can thus be implemented to build the first prototype of the new EV simulator.

Applicazione dell'acqua attivata al plasma (PAW) ed implementazione di un sistema di visione computerizzata (CVS) per il controllo e la valutazione della melanosi nei crostacei

I crostacei sono da sempre considerati prodotti ittici d'elevato valore economico (FAO 2020) soggetti ad un'alta deperibilità a causa dello sviluppo di colorazioni brune nella zona cefalotoracica ed addominale del carapace (Goncalves et al. 2016). Nell'ottica di una riduzione degli sprechi alimentari e vista la crescente sensibilità dei consumatori verso alimenti clean-lable, questo studio valuta l'effetto dell'acqua attivata al plasma (PAW) nel ritardare la comparsa di melanosi su mazzancolle (P. kerathurus) e gamberi rosa (P. longirostris), confrontandone l'effetto con i più comuni trattamenti (solforosa e 4-esilresorcinolo). La valutazione della melanosi si è svolta per mezzo di un sistema di visione computerizzata (CVS) e successiva analisi delle immagini digitalizzate. Dalle prove sulle mazzancolle è emerso un effetto protettivo dell'acqua attivata al plasma per i primi 5 giorni di conservazione, mentre per i gamberi rosa non si sono ottenute differenze significative (p<0.05) rispetto ai campioni trattati con sola acqua. I migliori risultati nel contenimento della melanosi si sono ottenuti dai campionitrattati con 4-esilresorcionolo, tuttavia si è anche sviluppata una colorazione rossa sul carapace giudicabile, secondo altri studi, come sgradevole (Pilar Montero et al. 2001).

Descriptive Text Mining in ambito medico: applicazione della metodologia POIROT

Poiché la nostra conoscenza collettiva continua ad essere digitalizzata e memorizzata, diventa più difficile trovare e scoprire ciò che stiamo cercando. Abbiamo bisogno di nuovi strumenti computazionali per aiutare a organizzare, rintracciare e comprendere queste vaste quantità di informazioni. I modelli di linguaggio sono potenti strumenti che possono essere impiegati per estrarre conoscenza statisticamente significativa ed interpretabile tramite apprendimento non supervisionato, testuali o nel codice sorgente. L’obiettivo di questa tesi è impiegare una metodologia di descriptive text mining, denominata POIROT, per analizzare i rapporti medici del dataset Adverse Drug Reaction (ADE). Si vogliono stabilire delle correlazioni significative che permettano di comprendere le ragioni per cui un determinato rapporto medico fornisca o meno informazioni relative a effetti collaterali dovuti all’assunzione di determinati farmaci.

Vigneti tolleranti alla siccità attraverso la biodiversità

La ricerca per lo sviluppo di strategie agronomiche in grado di contrastare il cambiamento climatico nei sistemi viticoli rappresenta una priorità del settore produttivo e della formazione. Il lavoro di tesi ha approfondito le conoscenze su esperimenti di gestione agroecologica nel suolo in sistemi viticoli con trifoglio brachicalicino lungo il filare e sulla nell’interfilare. La consociazione con trifoglio brachicalicino, leguminosa annuale autoriseminante che disseca nel periodo estivo, ha migliorato lo stato idrico del suolo e delle viti, incrementato sensibilmente le rese produttive e ridotto le anomalie di maturazione in annate caratterizzate da marcata siccità estiva. L’introduzione della sulla, leguminosa perenne dotata di apparato radicale fittonante in grado di esplorare gli strati profondi del suolo, può migliorare ulteriormente la tolleranza delle viti alla siccità, anche attraverso il fenomeno della ridistribuzione idraulica. Le strategie agroecologiche in grado di contenere gli effetti e contrastare le cause del cambiamento climatico nei sistemi viticoli implicano una maggior conoscenza della biodiversità, non soltanto di quella viticola, attraverso la ricerca scientifica, il sapere rurale, il pensiero sistemico.