Sicurezza nelle reti di sensori wireless UWB: generazione di chiavi simmetriche da parametri fisici

Le reti di oggetti intelligenti costituiscono una realtà che si sta affermando nel mondo quotidiano. Dispositivi capaci di comunicare tra loro, oltre che svolgere la propria funzione primaria, possono comporre una nuvola che faccia riferimento al legittimo proprietario. Un aspetto fondamentale di questo scenario riguarda la sicurezza, in particolar modo per garantire una comunicazione protetta. Il soddisfacimento di questo requisito è fondamentale anche per altri punti come l'integrità dell'informazione condivisa e l'autenticazione. Lo strumento più antico e tutt'ora adatto alla riservatezza di una comunicazione è costituito dalla crittografia. Una tecnica crittografica è schematicamente composta da un algoritmo che, a seconda di una chiave e del messaggio in ingresso, restituisce in uscita un messaggio cifrato, il crittogramma. Questo viene poi inviato e al legittimo destinatario che, essendo in possesso della chiave e dell'algoritmo, lo converte nel messaggio originale. L'obiettivo è rendere impossibile ad un utente malevolo - non dotato di chiave - la ricostruzione del messaggio. L'assunzione che l'algoritmo possa essere noto anche a terze parti concentra l'attenzione sul tema della chiave. La chiave deve essere sufficientemente lunga e casuale, ma soprattutto deve essere nota ai due utenti che intendono instaurare la comunicazione. Quest'ultimo problema, noto come distribuzione della chiave, è stato risolto con il sistema RSA a chiave pubblica. Il costo computazionale di questa tecnica, specialmente in un contesto di dispositivi non caratterizzati da grandi potenze di calcolo, suggerisce però la ricerca di strade alternative e meno onerose. Una soluzione promettente ed attualmente oggetto di studio sembra essere costituita dalle proprietà del canale wireless. Un ponte radio è caratterizzato da una funzione di trasferimento che dipende dall'ambiente in cui ci si trova e, per il teorema di reciprocità, risulta essere lo stesso per i due utenti che l'hanno instaurato. Oggetto della tesi è lo studio ed il confronto di alcune delle tecniche possibili per estrarre una chiave segreta da un mezzo condiviso, come quello del canale wireless. Si presenterà il contesto in cui verrà sviluppato l'elaborato. Si affronteranno in particolare due casi di interesse, costituiti dalla attuale tecnologia di propagazione del segnale a banda stretta (impiegata per la maggior parte delle trasmissioni senza fili) per passare a quella relativamente più recente della banda Ultra-larga (UWB). Verranno poi illustrate delle tecniche per ottenere stringhe di bit dai segnali acquisiti, e saranno proposti dei metodi per la loro correzione da eventuali discordanze. Saranno infine riportate le conclusioni sul lavoro svolto e le possibili strade future.

Social learning and action understanding in human observers: contributions of sensori-motor constraints and prior information

The aim of this thesis was to investigate the respective contribution of prior information and sensorimotor constraints to action understanding, and to estimate their consequences on the evolution of human social learning. Even though a huge amount of literature is dedicated to the study of action understanding and its role in social learning, these issues are still largely debated. Here, I critically describe two main perspectives. The first perspective interprets faithful social learning as an outcome of a fine-grained representation of others’ actions and intentions that requires sophisticated socio-cognitive skills. In contrast, the second perspective highlights the role of simpler decision heuristics, the recruitment of which is determined by individual and ecological constraints. The present thesis aims to show, through four experimental works, that these two contributions are not mutually exclusive. A first study investigates the role of the inferior frontal cortex (IFC), the anterior intraparietal area (AIP) and the primary somatosensory cortex (S1) in the recognition of other people’s actions, using a transcranial magnetic stimulation adaptation paradigm (TMSA). The second work studies whether, and how, higher-order and lower-order prior information (acquired from the probabilistic sampling of past events vs. derived from an estimation of biomechanical constraints of observed actions) interacts during the prediction of other people’s intentions. Using a single-pulse TMS procedure, the third study investigates whether the interaction between these two classes of priors modulates the motor system activity. The fourth study tests the extent to which behavioral and ecological constraints influence the emergence of faithful social learning strategies at a population level. The collected data contribute to elucidate how higher-order and lower-order prior expectations interact during action prediction, and clarify the neural mechanisms underlying such interaction. Finally, these works provide/open promising perspectives for a better understanding of social learning, with possible extensions to animal models.

Progetto di un'applicazione web per servizi di mobilità urbana tramite l'uso di OpenData

Apertura, partecipazione, collaborazione e possibilità di creare una competenza collettiva sono i motivi che portano alla nascita e alla diffusione degli OpenData, i quali favoriscono l'interoperabilità e la trasparenza dei governi nei confronti dei cittadini, inoltre migliorano l'efficienza delle amministrazioni pubbliche, e mettono in grado le persone di affrontare meglio le decisioni che riguardano la loro vita potendo utilizzare informazioni che prima non erano disponibili. Il lavoro svolto nell'elaborato si colloca nel settore della mobilità urbana e nasce dalla decisione dell'azienda Tper di mettere a disposizione i propri dati in formato OpenData sul sito web http://www.tper.it/tper-open-data. L'obiettivo principale è la realizzazione di un'applicazione in grado di fornire informazioni in tempo reale sulle linee di autobus, e relative fermate, in una determinata area di interesse.

Development of control-oriented models of Dual Clutch Transmission systems

A control-oriented model of a Dual Clutch Transmission was developed for real-time Hardware In the Loop (HIL) applications, to support model-based development of the DCT controller. The model is an innovative attempt to reproduce the fast dynamics of the actuation system while maintaining a step size large enough for real-time applications. The model comprehends a detailed physical description of hydraulic circuit, clutches, synchronizers and gears, and simplified vehicle and internal combustion engine sub-models. As the oil circulating in the system has a large bulk modulus, the pressure dynamics are very fast, possibly causing instability in a real-time simulation; the same challenge involves the servo valves dynamics, due to the very small masses of the moving elements. Therefore, the hydraulic circuit model has been modified and simplified without losing physical validity, in order to adapt it to the real-time simulation requirements. The results of offline simulations have been compared to on-board measurements to verify the validity of the developed model, that was then implemented in a HIL system and connected to the TCU (Transmission Control Unit). Several tests have been performed: electrical failure tests on sensors and actuators, hydraulic and mechanical failure tests on hydraulic valves, clutches and synchronizers, and application tests comprehending all the main features of the control performed by the TCU. Being based on physical laws, in every condition the model simulates a plausible reaction of the system. The first intensive use of the HIL application led to the validation of the new safety strategies implemented inside the TCU software. A test automation procedure has been developed to permit the execution of a pattern of tests without the interaction of the user; fully repeatable tests can be performed for non-regression verification, allowing the testing of new software releases in fully automatic mode.

Transistors elettrochimici organici e la loro applicazione come sensori.

La presente tesi tratta della fabbricazione e del funzionamento di transistors elettrochimici organici (OECTs) composti da fi�lm sottili di poly(3,4-ethylenedioxythiophene) disperso con polystyrenesulfonic acid, o PEDOT:PSS, oltre che del loro possibile utilizzo come sensori. La trattazione si apre con una panoramica sui polimeri conduttivi, siano essi puri o drogati, e sulle loro caratteristiche chimiche ed elettriche: diversi metodi di drogaggio consentono il loro utilizzo come semiconduttori. Tra questi polimeri, il PEDOT �e uno dei pi�u utilizzati poich�e presenta accessibilit�a d'uso e ottima stabilit�a nel suo stato drogato, pur risultando insolubile in acqua; per ovviare a questo problema lo si polimerizza con PSS. Le propriet�a di questo composto sono poi ampiamente discusse, soprattutto in ambito di applicazioni tecniche, per le quali �e neccessario che il polimero in soluzione sia depositato su un substrato. A questo scopo vengono presentate le principali techiche che consentono la deposizione, permettendo di creare fil�lm sottili di materiale da utilizzarsi, nell'ambito di questa tesi, come gate e canale dei transistors elettrochimici. A seguire viene esposta la struttura degli OECTs e spiegato il loro funzionamento, modellizzando i dispositivi con un semplice circuito elettrico. Il confronto dei meno noti OECTs con i meglio conosciuti transistors a eff�etto campo semplifi�ca la comprensione del funzionamento dei primi, i quali sono rilevanti ai fi�ni di questa trattazione per il loro possibile funzionamento come sensori. In seguito alla spiegazione teorica, vengono illustrati i metodi seguiti per la deposizione di �film sottili di PEDOT:PSS tramite Spin Coating e per la fabbricazione degli OECTs su cui sono state eff�ettuate le misure, le quali sono state scelte e presentate in base ai risultati gi�a ottenuti in letteratura e a seconda dei dati ritenuti necessari alla caratterizzazione del transistor elettrochimico nell'ottica di un suo possibile utilizzo come sensore. Perci�o sono state eseguite misure amperometriche in funzione delle tensioni di gate e di drain, alternatamente tenendo costante una e variando l'altra, oltre che in funzione della concentrazione di elettrolita, dell'area del canale e del tempo. In conclusione sono presentati i dati sperimentali ottenuti ed una loro analisi.

Riabilitazione e valutazione di pazienti con deficit neurologici mediante l'utilizzo di realtà virtuale, feedback aumentati, sensori inerziali e tecnologie video a basso costo.

La neuroriabilitazione è un processo attraverso cui individui affetti da patologie neurologiche mirano al conseguimento di un recupero completo o alla realizzazione del loro potenziale ottimale benessere fisico, mentale e sociale. Elementi essenziali per una riabilitazione efficace sono: una valutazione clinica da parte di un team multidisciplinare, un programma riabilitativo mirato e la valutazione dei risultati conseguiti mediante misure scientifiche e clinicamente appropriate. Obiettivo principale di questa tesi è stato sviluppare metodi e strumenti quantitativi per il trattamento e la valutazione motoria di pazienti neurologici. I trattamenti riabilitativi convenzionali richiedono a pazienti neurologici l’esecuzione di esercizi ripetitivi, diminuendo la loro motivazione. La realtà virtuale e i feedback sono in grado di coinvolgerli nel trattamento, permettendo ripetibilità e standardizzazione dei protocolli. È stato sviluppato e valutato uno strumento basato su feedback aumentati per il controllo del tronco. Inoltre, la realtà virtuale permette l’individualizzare il trattamento in base alle esigenze del paziente. Un’applicazione virtuale per la riabilitazione del cammino è stata sviluppata e testata durante un training su pazienti di sclerosi multipla, valutandone fattibilità e accettazione e dimostrando l'efficacia del trattamento. La valutazione quantitativa delle capacità motorie dei pazienti viene effettuata utilizzando sistemi di motion capture. Essendo il loro uso nella pratica clinica limitato, una metodologia per valutare l’oscillazione delle braccia in soggetti parkinsoniani basata su sensori inerziali è stata proposta. Questi sono piccoli, accurati e flessibili ma accumulano errori durante lunghe misurazioni. È stato affrontato questo problema e i risultati suggeriscono che, se il sensore è sul piede e le accelerazioni sono integrate iniziando dalla fase di mid stance, l’errore e le sue conseguenze nella determinazione dei parametri spaziali sono contenuti. Infine, è stata presentata una validazione del Kinect per il tracking del cammino in ambiente virtuale. Risultati preliminari consentono di definire il campo di utilizzo del sensore in riabilitazione.

Sensori resistivi per un microsistema di monitoraggio ambientale

Panoramica sui sensori resistivi, scelta di alcuni di essi per un progetto di monitoraggio ambientale, e poi realizzazione del PCB con i sensori.

Sensori di conducibilità per applicazioni in ambito dialitico: stato dell'arte

Nel presente lavoro di tesi sono state introdotte le basi dell'insufficienza renale, delle terapie dialitiche, il concetto di biofeedback e le misure di conducibilità e concentrazione. Sono stati poi introdotti i modelli cinetici di conducibilità e concentrazione del sodio. Queste premesse sono servite a fornire le basi per l'analisi dei sensori di conducibilità attualmente in uso su macchine per emodialisi: il Diascan, Il Natrium e l'OLC.

Studio e realizzazione di sensori per una veneziana frangisole intelligente

La tesi si divide in due parti, la prima riguarda lo studio e caratterizzazione di sensori di luminosità e temperatura per una barriera frangisole intelligente. La seconda parte si basa sullo studio di una connessione wireless attraverso l'utilizzo di moduli XBee.

Fog escaping: un'applicazione di mobile data CrowdSourcing per il supporto alla mobilità veicolare

In questa Tesi di laurea, si è affrontato il problema della mobilità veicolare in caso di nebbie. Si è quindi sviluppato un prototipo con architettura Client-Server, che si è soffermato maggiormente sull’analisi dei dati per la creazione di un percorso alternativo. Si è preso in considerazione il sistema operativo mobile di Apple, iOS7 che rappresenta uno dei Sistemi Operativi mobili maggiormente presenti sul mercato oggigiorno e che possiede un buon bacino di utenze. La parte Server è stata sviluppata secondo l’architettura REST; è presente un Server HTTP che riceve richieste e risponde in modo adeguato ai Client tramite lo scambio bidirezionale di dati in formato JSON. Nella parte Server è inclusa la base di dati: un componente molto importante poiché implementa al suo interno, parte della logica di Sistema tramite stored procedure. La parte Client è un’applicazione per dispositivi iPad e iPhone chiamata Fog Escaping; essa è stata sviluppata secondo il pattern MVC (Model- View-Controller). Fog Escaping implementa un algoritmo Greedy di ricerca del percorso alternativo, che può essere utilizzato per diverse tipologie di applicazioni.

Dielectrophoresis (dep) and electrowetting (ewod) as an anti-fouling process for antibacterial surfaces

Nowadays the medical field is struggling to decrease bacteria biofilm formation which leads to infection. Biomedical devices sterilization has not changed over a long period of time. This results in high costs for hospitals healthcare managements. The objective of this project is to investigate electric field effects and surface energy manipulation as solutions for preventing bacteria biofilm for future devices. Based on electrokinectic environments 2 different methods were tested: feasibility of electric gradient through mediums (DEP) reinforced by numerical simulations; and EWOD by the fabrication of golden interdigitated electrodes on silicon glass substrates, standard ~480 nm Teflon (PTFE) layer and polymeric gasket to contain the bacteria medium. In the first experiment quantitative analysis was carried out to achieve forces required to reject bacteria without considering dielectric environment limitations as bacteria and medium frequency dependence. In the second experiment applied voltages was characterized by droplets contact angle measurements and put to the live bacteria tests. The project resulted on promising results for DEP application due to its wide range of frequency that can be used to make a “general” bacteria rejecting; but in terms of practicality, EWOD probably have higher potential for success but more experiments are needed to verify if can prevent biofilm adhesion besides the Teflon non-adhesive properties (including limitations as Teflon breakthrough, layer sensitivity) at incubation times larger than 24 hours.

Unione Europea e sanità

La tesi di dottorato "Unione Europea e Sanità" è uno studio sistematico del diritto alla salute e della protezione della sanità pubblica nell'ordinamento giuridico dell'Unione Europea. Il primo capitolo analizza le competenze sanitarie dell'Unione Europea, introdotte per la prima volta dal Trattato di Maastricht e definitivamente sistemate all'art. 168 TFUE. La norma identifica alcuni settori specifici nei quali l'Unione può agire e altri, quali l'organizzazione dei sistemi sanitari e la fornitura di cure mediche, che rimangono in capo agli Stati membri. Il secondo capitolo esamina le deroghe e le esigenze imperative connesse alla salvaguardia della salute nel mercato interno ed è suddiviso in tre sezioni dedicate alla libera circolazione delle merci, al diritto di stabilimento e alla libera prestazione dei servizi. Nella prima ci si è occupati dello sviluppo della legislazione farmaceutica. Nella seconda si sono analizzati il mutuo riconoscimento delle qualifiche professionali e le legislazioni statali che restringono il diritto di stabilimento degli operatori sanitari transfrontalieri. Nella terza si è rivolta l'attenzione alla mobilità dei pazienti che, attraverso la giurisprudenza della Corte di Giustizia, è stata trasfusa in un atto di diritto derivato. Il terzo capitolo si concentra sul ruolo del diritto alla salute nell'ordinamento giuridico dell'Unione Europea in considerazione del valore vincolante della Carta dei diritti fondamentali. Coerentemente, si è scelto di mantenere una struttura tripartita. Nella prima sezione, ci si interroga sull'esistenza di tale diritto alla luce dei pochi casi presenti. Nella seconda, lo si analizza per il tramite delle obbligazioni di proteggere, rispettare ed adempiere, enucleate attraverso alcuni strumenti internazionali e si verifica il ruolo del principio di non discriminazione in relazione all'accesso alle cure. Nella terza, infine, si verifica il ruolo del consenso informato rispetto alla sperimentazione clinica ed alla donazione di materiale biologico.

Operational research applied to regional healthcare system

In this thesis we focus on optimization and simulation techniques applied to solve strategic, tactical and operational problems rising in the healthcare sector. At first we present three applications to Emilia-Romagna Public Health System (SSR) developed in collaboration with Agenzia Sanitaria e Sociale dell'Emilia-Romagna (ASSR), a regional center for innovation and improvement in health. Agenzia launched a strategic campaign aimed at introducing Operations Research techniques as decision making tools to support technological and organizational innovations. The three applications focus on forecast and fund allocation of medical specialty positions, breast screening program extension and operating theater planning. The case studies exploit the potential of combinatorial optimization, discrete event simulation and system dynamics techniques to solve resource constrained problem arising within Emilia-Romagna territory. We then present an application in collaboration with Dipartimento di Epidemiologia del Lazio that focuses on population demand of service allocation to regional emergency departments. Finally, a simulation-optimization approach, developed in collaboration with INESC TECH center of Porto, to evaluate matching policies for the kidney exchange problem is discussed.