Modelli matematici di cardiomiociti derivanti da cellule staminali: una nuova formulazione per riprodurre gli effetti proaritmici del blocco della corrente di potassio

I cardiomiociti derivanti da cellule staminali pluripotenti indotte (hiPSC-CMs) costituiscono un nuovo approccio per lo studio delle propriet�� delle cellule cardiache sia degli individui sani che di quelli affetti da malattie ereditarie e possono rappresentare inoltre una piattaforma in vitro per la scoperta di nuovi farmaci e terapie rigenerative. Il grande impatto delle hiPSC-CMs nell���ambito della ricerca si deve soprattutto alle loro propriet�� elettrofisiologiche: queste cellule non solo esprimono fenotipi genici e propriet�� delle correnti ioniche tipiche delle cellule cardiache, ma sono anche in grado di riprodurre fenomeni aritmici, come le EAD, a seguito della somministrazione di farmaci. Grazie anche alla grande potenza di calcolo oggi disponibile �� possibile supportare la pratica in vitro con modelli in silico, abbattendo sia i costi che i tempi richiesti dagli esperimenti in laboratorio. Lo scopo di questo lavoro �� quello di simulare il comportamento delle hiPSC-CMs di tipo ventricolare in risposta alla somministrazione di farmaci che interagiscono con la corrente di potassio IKr, principale responsabile della ripolarizzazione cardiaca. L���assunzione di certi farmaci pu�� comportare infatti una riduzione della IKr, con conseguente prolungamento della fase di ripolarizzazione del potenziale d���azione cardiaco. Questo meccanismo �� causa dell���insorgenza della sindrome del QT lungo di tipo 2, che in casi estremi pu�� degenerare in aritmie gravi. Ci�� suggerisce che queste cellule rappresentano un importante strumento per la valutazione del rischio pro-aritmico che pu�� essere facilitata da simulazioni in silico effettuate utilizzando modelli computazionali basati su dati fisiologici.

Confronto tra le prestazioni energetiche in regime dinamico di un impianto di climatizzazione ad uso residenziale tradizionale e con pompa di calore geotermica

Questo scritto affronta il tema dello sfruttamento della fonte geotermica per la climatizzazione, sia invernale che estiva, di un edificio ad uso residenziale. In particolare, la situazione a cui faremo riferimento �� quella di un condominio di media grandezza (18 appartamenti da circa 60 mq ciascuno) a cui verr�� applicato un impianto di climatizzazione ad aria centralizzato, alimentato da una pompa di calore geotermica reversibile. Il fine ultimo di questo lavoro �� analizzare, attraverso una simulazione in regime dinamico, le prestazioni energetiche del suddetto impianto e valutarne la convenienza rispetto ad un'istallazione tradizionale, che utilizza un boiler a gas per il riscaldamento e un chiller raffreddato ad aria per il raffrescamento. L'analisi economica svolta riguarder�� solo i costi di esercizio delle due versioni di impianto.

Sviluppo di un ambiente software di test e analisi delle prestazioni di INS di livello navigation e tactical grade

In questa tesi abbiamo provato a definire fino a che punto le misure di sensori siano affidabili, creando un simulatore che sia in grado di analizzare, qualitativamente e quantitativamente, le prestazioni di sensori inerziali facenti parte di sistemi di navigazione inerziale. Non ci siamo soffermati troppo sulle dinamiche dovute agli errori deterministici, che sono eliminabili facilmente mediante prove sperimentali e test, ma abbiamo puntato ad uno studio approfondito riguardante gli errori dovuti a processi stocastici casuali. Il simulatore, programmato sulla piattaforma MATLAB/Simulink, prende i dati grezzi contenuti all���interno dei datasheets dei sensori e li simula, riportando risultati numerici e grafici degli errori risultanti dall���utilizzo di quei specifici sensori; in particolare, esso mette in luce l���andamento degli errori di posizione, velocit�� ed assetto ad ogni istante di tempo della simulazione. L���analisi effettuata all���interno dell���elaborato ha successivamente condotto all���identificazione dei giroscopi laser come i sensori che soffrono meno di questi disturbi non-sistematici, portandoli ad un livello sopraelevato rispetto ai MEMS ed ai FOG.

Aggregate Programming in Scala: a Core Library and Actor-Based Platform for Distributed Computational Fields

La programmazione aggregata �� un paradigma che supporta la programmazione di sistemi di dispositivi, adattativi ed eventualmente a larga scala, nel loro insieme -- come aggregati. L'approccio prevalente in questo contesto �� basato sul field calculus, un calcolo formale che consente di definire programmi aggregati attraverso la composizione funzionale di campi computazionali, creando i presupposti per la specifica di pattern di auto-organizzazione robusti. La programmazione aggregata �� attualmente supportata, in modo pi�� o meno parziale e principalmente per la simulazione, da DSL dedicati (cf., Protelis), ma non esistono framework per linguaggi mainstream finalizzati allo sviluppo di applicazioni. Eppure, un simile supporto sarebbe auspicabile per ridurre tempi e sforzi d'adozione e per semplificare l'accesso al paradigma nella costruzione di sistemi reali, nonch�� per favorire la ricerca stessa nel campo. Il presente lavoro consiste nello sviluppo, a partire da un prototipo della semantica operazionale del field calculus, di un framework per la programmazione aggregata in Scala. La scelta di Scala come linguaggio host nasce da motivi tecnici e pratici. Scala �� un linguaggio moderno, interoperabile con Java, che ben integra i paradigmi ad oggetti e funzionale, ha un sistema di tipi espressivo, e fornisce funzionalit�� avanzate per lo sviluppo di librerie e DSL. Inoltre, la possibilit�� di appoggiarsi, su Scala, ad un framework ad attori solido come Akka, costituisce un altro fattore trainante, data la necessit�� di colmare l'abstraction gap inerente allo sviluppo di un middleware distribuito. Nell'elaborato di tesi si presenta un framework che raggiunge il triplice obiettivo: la costruzione di una libreria Scala che realizza la semantica del field calculus in modo corretto e completo, la realizzazione di una piattaforma distribuita Akka-based su cui sviluppare applicazioni, e l'esposizione di un'API generale e flessibile in grado di supportare diversi scenari.

On the experimental behaviour of a silty sand and its modelling through Generalized Plasticity.

La tesi contiene uno studio sperimentale sul comportamento di una sabbia limosa del sottosuolo della laguna veneta e propone un'interpretazione dei risultati sperimentali ottenuti alla luce dei presupposti teorici di un approccio costitutivo avanzato noto come "Plasticit�� Generalizzata". Il programma sperimentale �� consistito nella realizzazione di prove edometriche e prove triassiali su campioni di sabbia provenienti dal sito di Treporti, situato in prossimit�� della bocca di Lido. La risposta sperimentale, in termini di modulo volumetrico, �� stata messa a confronto con i risultati di alcuni studi di letteratura, con particolare riferimento a quelli condotti da Jefferies & Been (2000). La disponibilit�� di prove di compressione edometrica realizzate nella cella K0 e la conseguente possibilit�� di valutare il coefficiente di spinta a riposo ha permesso di interpretare le prove in termini di tensione media efficace p' e di verificare l'applicabilit�� al caso in esame degli approcci di letteratura disponibili, spesso sviluppati a partire da prove di compressione isotropa effettuate in cella triassiale. Il comportamento tenso-deformativo osservato �� stato successivamente simulato con un modello costitutivo per sabbie sviluppato nell'ambito della Plasticit�� Generalizzata. In particolare sono state utilizzate tre diverse formulazioni, che costituiscono un avanzamento dell'iniziale modello costitutivo proposto da Pastor, Zienkiewicz e Chan (1990), basate sull'uso di un parametro di stato del materiale definito rispetto alle condizioni di Stato Critico. Dal confronto tra previsioni del modello e risposta sperimentale �� stato possibile individuare la formulazione che meglio simula il comportamento meccanico osservato sia in compressione edometrica sia in prove di taglio ed �� stato proposto un set di parametri costitutivi ritenuti rappresentativi del terreno studiato.

Web app per la gestione della propria auto elettrica

In questa tesi viene analizzato il concetto di mobilit�� elettrica e viene proposta un���applicazione per la gestione della propria auto elettrica. L'applicazione in questione si pone come scopo l���agevolazione delle interazioni dell���utente con l���auto a distanza. Analizzando le caratteristiche principali dell���auto elettrica, ne vengono delineati i benefici e le limitazioni dell���autonomia, per la quale si suggerisce soluzione tramite regole da adottare alla guida. Attraverso la comparazione con le tipologie di applicazioni esistenti per la mobilit�� si decide che genere di approccio adottare nella realizzazione della nostra applicazione. Seguono la descrizione delle tecnologie di sviluppo del progetto sotto forma di applicazione ibrida, tra le quali ci si sofferma sull'utilizzo di linguaggi di markup, fogli di stile e JavaScript lato client. Di quest���ultimo ne vengono elencate le API utilizzate, in particolare Google Maps e Google Charts. Successivamente si introduce il concetto di simulazione server ed i metodi e le tecniche adottate per renderlo effettivo. Infine vengono spiegate le scelte implementative nonch�� i metodi e le decisioni presi in ambito di sviluppo per realizzare al meglio l���applicazione, fornendo una presentazione dettagliata delle sue funzionalit��.

Characterization of moisture susceptibility of asphaltic bitumen

La ricerca riguarda lo studio delle modifiche indotte dalla diffusione di acqua e umidit�� nelle pavimentazioni stradali con riferimento ai materiali bituminosi. Lo scopo �� stato quello di analizzare le implicazioni che si sviluppano a livello chimico e reologico in vari bitumi. In questo progetto oltre alla fase sperimentale, �� stato utilizzato un software per la simulazione agli elementi finiti. Per quanto concerne la fase di laboratorio, �� stato sviluppato un nuovo protocollo di condizionamento. Tre diversi bitumi sono stati soggetti alla diffusione di acqua in forma liquida o vapore, a determinate condizioni ambientali e per svariati intervalli temporali. Grazie a l���utilizzo di due camere climatiche il condizionamento �� stato realizzato in modo uniforme a precisi valori temperatura e umidit�� mantenuti stabili. I materiali analizzati: un bitume soft, uno hard, ed infine uno modificato con l���aggiunta di polimeri. Il dispositivo FTIR-ATR �� stato utilizzato per la caratterizzazione chimica, mentre il comportamento reologico �� stato analizzato tramite test eseguiti con il DSR. Le avanzate tecnologie presenti nel laboratorio della TU Delft hanno consentito di ottenere notevoli risultati. L���analisi �� stata condotta con l���obiettivo di evidenziare i diversi cambiamenti indotti dalla diffusione di acqua liquida o vapore e per analizzare l���influenza della temperatura, del tipo del bitume e dell���incremento del tempo di condizionamento. Una analisi analoga �� stata condotta parallelamente, con lo scopo di investigare la correlazione tra il processo di invecchiamento e la diffusione di umidit��. Infine, la simulazione agli elementi finiti �� stata sviluppata tramite il software CAPA-3D per analizzare il comportamento del bitume in periodi pi�� estesi di diffusione di umidit��. Inoltre, il comportamento dei bitumi �� stato studiato anche in presenza di particelle di riempitivo. Particelle granitiche e calcaree sono state aggiunte ai bitumi in differenti percentuali.

Design, implementation and performance evaluation of an anonymous distributed simulator

La simulazione �� definita come la rappresentazione del comportamento di un sistema o di un processo per mezzo del funzionamento di un altro o, alternativamente, dall'etimologia del verbo ���simulare���, come la riproduzione di qualcosa di fittizio, irreale, come se in realt��, lo fosse. La simulazione ci permette di modellare la realt�� ed esplorare soluzioni differenti e valutare sistemi che non possono essere realizzati per varie ragioni e, inoltre, effettuare differenti valutazioni, dinamiche per quanto concerne la variabilit�� delle condizioni. I modelli di simulazione possono raggiungere un grado di espressivit�� estremamente elevato, difficilmente un solo calcolatore potr�� soddisfare in tempi accettabili i risultati attesi. Una possibile soluzione, viste le tendenze tecnologiche dei nostri giorni, �� incrementare la capacit�� computazionale tramite un���architettura distribuita (sfruttando, ad esempio, le possibilit�� offerte dal cloud computing). Questa tesi si concentrer�� su questo ambito, correlandolo ad un altro argomento che sta guadagnando, giorno dopo giorno, sempre pi�� rilevanza: l���anonimato online. I recenti fatti di cronaca hanno dimostrato quanto una rete pubblica, intrinsecamente insicura come l���attuale Internet, non sia adatta a mantenere il rispetto di confidenzialit��, integrit�� ed, in alcuni, disponibilit�� degli asset da noi utilizzati: nell���ambito della distribuzione di risorse computazionali interagenti tra loro, non possiamo ignorare i concreti e molteplici rischi; in alcuni sensibili contesti di simulazione (e.g., simulazione militare, ricerca scientifica, etc.) non possiamo permetterci la diffusione non controllata dei nostri dati o, ancor peggio, la possibilit�� di subire un attacco alla disponibilit�� delle risorse coinvolte. Essere anonimi implica un aspetto estremamente rilevante: essere meno attaccabili, in quanto non identificabili.

Analisi acustica di una finestra forata: modellazione numerica mediante COMSOL multiphysics

���Immaginate di potervi rilassare a casa in una giornata d���estate tenendo le finestre aperte per lasciare passare la brezza ma senza essere disturbati dai rumori della citt��, oggi �� possibile���. Quello che voglio fare attraverso questa tesi �� di studiare la fattibilit�� per la realizzazione di una finestra che permetta il passaggio dell���aria ma non dei rumori. L���idea di questa particolare finestra silenziosa mi �� stata fornita dallo studio fatto dal professor Sang-Hoon Kim del Mokpo National University maritime e dal professor Seong-Hyun Lee del Korea Institute of Machinery and Materials in Corea del Sud. Essi hanno utilizzato i metamateriali acustici per risolvere il problema dell���inquinamento sonoro in citt��. Queste finestre hanno il vantaggio di tenere i rumori fuori dalla nostra abitazione ma permettere il passaggio dell���aria attraverso dei fori aventi dimensioni e posizioni adeguate da garantire questo particolare fenomeno. I principi su cui si basano queste finestre sono: la diffrazione e i risonatori di Helmholtz, che analizzeremo nel dettaglio nei capitoli 1 e 2 di questa tesi. Dopo aver analizzato i due principi attraverso simulazione fatte mediante il programma COMSOL multiphysics, sono passata all���analisi della finestra vera e propria: ovvero alla realizzazione delle dimensioni adeguate dei risonatori di Helmholtz utilizzati, alle dimensioni dei rispettivi fori d���ingresso e alla combinazione di questi risonatori per ricavare la miglior finestra silenziosa, che trattenesse al suo esterno il maggior numero di dB.

Self-management di malattie croniche in sistemi di mobile Health: sviluppo di un modello agent-based per casi di diabete

L'obiettivo della tesi �� proporre e motivare l'adozione di un modello computazionale Agent-Based nell'ambito del Self-Management di malattie croniche in un sistema di mobile Health. Viene quindi affrontata in maniera approfondita la tematica del mobile Health, settore in grande espansione che vede l'introduzione massiccia dei dispositivi mobili (smartphone, tablet, PDA) in ambito sanitario, e quella del Self-Managment di malattie croniche, un processo di cura caratterizzato dalla partecipazione autonoma del paziente stesso, fornendo una panoramica dei vari approcci computazionali sviluppati. Successivamente vengono presentate le peculiarit�� dei modelli computazionali risultati dalle ricerche in letteratura strumenti innovati nell'ambito. Nel caso di studio viene adottata la tecnica di modellazione Agent-Based per sviluppare un modello a supporto di malati cronici affetti da diabete mellito di tipo 1. Con la successiva implementazione sulla piattaforma di simulazione MASON, vengono eseguiti diversi esperimenti per dimostrare la fattibilit�� dell���approccio adottato nell'ambito del Self-Management di malattie croniche.

Meccanismi di Gamification per interfacce human-vehicle

L���obiettivo principale di questa tesi �� utilizzare le tecniche di gamification pi�� importanti nella progettazione ed implementazione di un���interfaccia Human-Vehicle per creare un software che possa rendere la guida di un���automobile elettrica pi�� efficace ed efficiente da parte del guidatore. Per lo sviluppo del software �� stato svolto uno studio specifico sulla gamification, sulle interfacce Human-Vehicle e sulle macchine elettriche attualmente in produzione. Successivamente �� stata svolta la fase di progettazione in cui sono stati creati dei mockup relativi all���interfaccia grafica ed �� stato svolto un focus group. Infine �� stato implementato il vero e proprio software di simulazione EcoGame ed �� stato effettuato un test utenti.

Investigation of spectral stability of X-ray tubes by simulations and experimental spectrum measurements

L'obiettivo di questo lavoro �� quello di analizzare la stabilit�� di uno spettro raggi X emesso da un tubo usurato per analisi cardiovascolari, in modo da verificare il suo comportamento. Successivamente questo tipo di analisi sar�� effettuata su tubi CT. Per raggiungere questo scopo �� stato assemblato un particolare set-up con un rivelatore al germanio criogenico in modo da avere la miglior risoluzione energetica possibile ed alcuni particolari collimatori cos�� da ridurre il flusso fotonico per evitare effetti di pile-up. Il set-up �� stato costruito in modo da avere il miglior allineamento possibile nel modo pi�� veloce possibile, e con l'obiettivo di rendere l'intero sistema portabile. Il tubo usato �� un SRM Philips tube per analisi cardiovascolari; questa scelta �� stata fatta in modo da ridurre al minimo i fattori esterni (ottica elettromagnetica, emettitori) e concentrare l'attenzione solo sugli effetti, causati dalle varie esposizioni, sull'anodo (roughness e bending) e sul comportamento di essi durante il surriscaldamento e successivo raffreddamento del tubo. I risultati mostrano come durante un'esposizione alcuni fattori di usura del tubo possono influire in maniera sostanziale sullo spettro ottenuto e quindi alterare il risultato. Successivamente, nell'elaborato, mediante il software Philips di ricostruzione e simulazione dello spettro si �� cercato di riprodurre, variando alcuni parametri, la differenza riscontrata sperimentalmente in modo da poter simulare l'instabilit�� e correggere i fattori che la causano. I risultati sono interessanti non solo per questo esperimento ma anche in ottica futura, per lo sviluppo di applicazioni come la spectral CT. Il passo successivo sar�� quello di spostare l'attenzione su un CT tube e verificare se l'instabilit�� riscontrata in questo lavoro �� persiste anche in una analisi pi�� complessa come quella CT.

Performance Analysis and Comparison between Legacy-PSM and U-APSD

This paper evaluates the performance of the most popular power saving mechanisms defined in the IEEE 802.11 standard, namely the Power Save Mode (Legacy-PSM) and the Unscheduled Automatic Power Save Delivery (U-APSD). The assessment comprises a detailed study concerning energy efficiency and capability to guarantee the required Quality of Service (QoS) for a certain application. The results, obtained in the OMNeT++ simulator, showed that U-APSD is more energy efficient than Legacy-PSM without compromising the end-to- end delay. Both U-APSD and Legacy-PSM revealed capability to guarantee the application QoS requirements in all the studied scenarios. However, unlike U-APSD, when Legacy-PSM is used in the presence of QoS demanding applications, all the stations connected to the network through the same access point will consume noticeable additional energy.

Enhancing IEEE 802.11 Energy Efficiency for Continuous Media Applications

This paper proposes the Optimized Power save Algorithm for continuous Media Applications (OPAMA) to improve end-user device energy efficiency. OPAMA enhances the standard legacy Power Save Mode (PSM) of IEEE 802.11 by taking into consideration application specific requirements combined with data aggregation techniques. By establishing a balanced cost/benefit tradeoff between performance and energy consumption, OPAMA is able to improve energy efficiency, while keeping the end-user experience at a desired level. OPAMA was assessed in the OMNeT++ simulator using real traces of variable bitrate video streaming applications. The results showed the capability to enhance energy efficiency, achieving savings up to 44% when compared with the IEEE 802.11 legacy PSM.

Energy-Efficient Management Of Heterogeneous Wireless Sensor Networks

Various applications for the purposes of event detection, localization, and monitoring can benefit from the use of wireless sensor networks (WSNs). Wireless sensor networks are generally easy to deploy, with flexible topology and can support diversity of tasks thanks to the large variety of sensors that can be attached to the wireless sensor nodes. To guarantee the efficient operation of such a heterogeneous wireless sensor networks during its lifetime an appropriate management is necessary. Typically, there are three management tasks, namely monitoring, (re) configuration, and code updating. On the one hand, status information, such as battery state and node connectivity, of both the wireless sensor network and the sensor nodes has to be monitored. And on the other hand, sensor nodes have to be (re)configured, e.g., setting the sensing interval. Most importantly, new applications have to be deployed as well as bug fixes have to be applied during the network lifetime. All management tasks have to be performed in a reliable, time- and energy-efficient manner. The ability to disseminate data from one sender to multiple receivers in a reliable, time- and energy-efficient manner is critical for the execution of the management tasks, especially for code updating. Using multicast communication in wireless sensor networks is an efficient way to handle such traffic pattern. Due to the nature of code updates a multicast protocol has to support bulky traffic and endto-end reliability. Further, the limited resources of wireless sensor nodes demand an energy-efficient operation of the multicast protocol. Current data dissemination schemes do not fulfil all of the above requirements. In order to close the gap, we designed the Sensor Node Overlay Multicast (SNOMC) protocol such that to support a reliable, time-efficient and energy-efficient dissemination of data from one sender node to multiple receivers. In contrast to other multicast transport protocols, which do not support reliability mechanisms, SNOMC supports end-to-end reliability using a NACK-based reliability mechanism. The mechanism is simple and easy to implement and can significantly reduce the number of transmissions. It is complemented by a data acknowledgement after successful reception of all data fragments by the receiver nodes. In SNOMC three different caching strategies are integrated for an efficient handling of necessary retransmissions, namely, caching on each intermediate node, caching on branching nodes, or caching only on the sender node. Moreover, an option was included to pro-actively request missing fragments. SNOMC was evaluated both in the OMNeT++ simulator and in our in-house real-world testbed and compared to a number of common data dissemination protocols, such as Flooding, MPR, TinyCubus, PSFQ, and both UDP and TCP. The results showed that SNOMC outperforms the selected protocols in terms of transmission time, number of transmitted packets, and energy-consumption. Moreover, we showed that SNOMC performs well with different underlying MAC protocols, which support different levels of reliability and energy-efficiency. Thus, SNOMC can offer a robust, high-performing solution for the efficient distribution of code updates and management information in a wireless sensor network. To address the three management tasks, in this thesis we developed the Management Architecture for Wireless Sensor Networks (MARWIS). MARWIS is specifically designed for the management of heterogeneous wireless sensor networks. A distinguished feature of its design is the use of wireless mesh nodes as backbone, which enables diverse communication platforms and offloading functionality from the sensor nodes to the mesh nodes. This hierarchical architecture allows for efficient operation of the management tasks, due to the organisation of the sensor nodes into small sub-networks each managed by a mesh node. Furthermore, we developed a intuitive -based graphical user interface, which allows non-expert users to easily perform management tasks in the network. In contrast to other management frameworks, such as Mate, MANNA, TinyCubus, or code dissemination protocols, such as Impala, Trickle, and Deluge, MARWIS offers an integrated solution monitoring, configuration and code updating of sensor nodes. Integration of SNOMC into MARWIS further increases performance efficiency of the management tasks. To our knowledge, our approach is the first one, which offers a combination of a management architecture with an efficient overlay multicast transport protocol. This combination of SNOMC and MARWIS supports reliably, time- and energy-efficient operation of a heterogeneous wireless sensor network.