Implementazione di una nuova metodologia per la simulazione di un motore sovralimentato ad alte prestazioni

In questo lavoro verrà analizzato lo sviluppo di una nuova modellazione matematica per la simulazione della dinamica del flusso all’interno del sistema di aspirazione per motori sovralimentati. Tale modellazione si basa sulla risoluzione numerica mediante la formulazione proposta da Courant, Isaacson e Rees (CIR) nel 1952 per il set delle equazioni non conservative di Eulero per il caso monodimensionale. L’applicazione attraverso il software Matlab-Simulink di tali discretizzazioni numeriche garantisce la possibilità di calcolare la dinamica del flusso all’interno del condotto. L’innovazione proposta da questo lavoro consiste nel considerare l’intero stato da iterare come un vettore, permettendo di gestire parte delle operazioni da compiere con delle matrici. Questo approccio è stato adottato sia per una maggior velocità di calcolo, sia per rendere più agevole la modifica della geometria, ad esempio in fase di progettazione. La routine di lancio del nuovo modello, infatti, gestirà autonomamente la scrittura delle matrici, a partire dai pochi parametri necessari per la definizione della geometria all’interno del codice. Si andranno quindi a presentare i passaggi più importanti che hanno portato alla scrittura del codice, con particolare attenzione poi alla fase di validazione del modello. Essa sarà basata sia su un altro codice presente in letteratura, modellato anch’esso attraverso risoluzione CIR, sia mediante dati sperimentali utilizzati per la validazione di tale implementazione. Seguirà infine un’analisi dettagliata sui fattori che influenzano, positivamente e negativamente, l’esito delle simulazioni realizzate, come la discretizzazione spaziale e quella temporale, prestando sempre particolare attenzione alla stabilità del metodo.

Sviluppo di un sistema miniaturizzato per il controllo real-time di assetto di nano e microsatelliti

Microsatelliti e nanosatelliti, come ad esempio i Cubesat, sono carenti di sistemi integrati di controllo d’assetto e di manovra orbitale. Lo scopo di questa tesi è stato quello di realizzare un sistema compatibile con Cubesat di una unità, completo di attuatori magnetici e attuatori meccanici, comprendente tutti i sensori e l’elettronica necessaria per il suo funzionamento, creando un dispositivo totalmente indipendente dal veicolo su cui è installato, capace di funzionare sia autonomamente che ricevendo comandi da terra. Nella tesi sono descritte le campagne di simulazioni numeriche effettuate per validare le scelte tecnologiche effettuate, le fasi di sviluppo dell’elettronica e della meccanica, i test sui prototipi realizzati e il funzionamento del sistema finale. Una integrazione così estrema dei componenti può implicare delle interferenze tra un dispositivo e l’altro, come nel caso dei magnetotorquer e dei magnetometri. Sono stati quindi studiati e valutati gli effetti della loro interazione, verificandone l’entità e la validità del progetto. Poiché i componenti utilizzati sono tutti di basso costo e di derivazione terrestre, è stata effettuata una breve introduzione teorica agli effetti dell’ambiente spaziale sull’elettronica, per poi descrivere un sistema fault-tolerant basato su nuove teorie costruttive. Questo sistema è stato realizzato e testato, verificando così la possibilità di realizzare un controller affidabile e resistente all’ambiente spaziale per il sistema di controllo d’assetto. Sono state infine analizzate alcune possibili versioni avanzate del sistema, delineandone i principali aspetti progettuali, come ad esempio l’integrazione di GPS e l’implementazione di funzioni di determinazione d’assetto sfruttando i sensori presenti a bordo.

Studio dell’evoluzione dei segni del paesaggio rurale tradizionale: una proposta di metodo parametrico ed applicazione alla scala dell’azienda agricola

Il presupposto della ricerca consiste nel riconosciuto valore storico-testimoniale e identitario e in un significativo potenziale d’indicazione pianificatoria e progettuale che detengono in sé i segni del paesaggio rurale tradizionale. Allo stato attuale, sebbene tali valori vengano ampiamente affermati sia nell’ambiente normativo-amministrativo che in quello scientifico, è tuttora riscontrabile una carenza di appropriati metodi e tecniche idonei a creare opportuni quadri conoscitivi per il riconoscimento, la catalogazione e il monitoraggio dei paesaggi rurali tradizionali a supporto di politiche, di piani e di progetti che interessano il territorio extraurbano. La ricerca si prefigge l’obiettivo generale della messa a punto di un set articolato ed originale di strumenti analitici e interpretativi di carattere quantitativo idonei per lo studio delle trasformazioni fisiche dei segni del paesaggio rurale tradizionale e per la valutazione del loro grado di integrità e rilevanza alla scala dell’azienda agricola. Tale obiettivo primario si è tradotto in obiettivi specifici, il cui conseguimento implica il ricorso ad un caso studio territoriale. A tal proposito è stato individuato un campione di 11 aziende agricole assunte quali aree studio, per una superficie complessiva pari all’incirca 200 ha, localizzate nel territorio dell’alta pianura imolese (Emilia-Romagna). L’analisi e l’interpretazione quantitativa delle trasformazioni fisiche avvenute a carico dei sopraccitati segni sono state condotte a decorrere da prima dell’industrializzazione all’attualità e per numerosi istanti temporali. Lo studio si presenta sia come contributo di metodo concernente la lettura diacronica dei caratteri tradizionali spaziali e compositivi del territorio rurale, sia come contributo conoscitivo relativo alle dinamiche evolutive dei paesaggi tradizionali rurali dell’area indagata.

Co-simulazione e co-progetto non lineare/elettromagnetico di sistemi wireless non convenzionali

L’attività di ricerca contenuta in questa tesi si è concentrata nello sviluppo e nell’implementazione di tecniche per la co-simulazione e il co-progetto non lineare/elettromagnetico di sistemi wireless non convenzionali. Questo lavoro presenta un metodo rigoroso per considerare le interazioni tra due sistemi posti sia in condizioni di campo vicino che in condizioni di campo lontano. In sostanza, gli effetti del sistema trasmittente sono rappresentati da un generatore equivalente di Norton posto in parallelo all’antenna del sistema ricevente, calcolato per mezzo del teorema di reciprocità e del teorema di equivalenza. La correttezza del metodo è stata verificata per mezzo di simulazioni e misure, concordi tra loro. La stessa teoria, ampliata con l’introduzione degli effetti di scattering, è stata usata per valutare una condizione analoga, dove l’elemento trasmittente coincide con quello ricevente (DIE) contenuto all’interno di una struttura metallica (package). I risultati sono stati confrontati con i medesimi ottenibili tramite tecniche FEM e FDTD/FIT, che richiedono tempi di simulazione maggiori di un ordine di grandezza. Grazie ai metodi di co-simulazione non lineari/EM sopra esposti, è stato progettato e verificato un sistema di localizzazione e identificazione di oggetti taggati posti in ambiente indoor. Questo è stato ottenuto dotando il sistema di lettura, denominato RID (Remotely Identify and Detect), di funzioni di scansione angolare e della tecnica di RADAR mono-pulse. Il sistema sperimentale, creato con dispositivi low cost, opera a 2.5 GHz ed ha le dimensioni paragonabili ad un normale PDA. E’ stato sperimentata la capacità del RID di localizzare, in scenari indoor, oggetti statici e in movimento.

Progetto ed implementazione di protocolli a basso consumo energetico per reti wireless

"I computer del nuovo millennio saranno sempre più invisibili, o meglio embedded, incorporati agli oggetti, ai mobili, anche al nostro corpo. L'intelligenza elettronica sviluppata su silicio diventerà sempre più diffusa e ubiqua. Sarà come un'orchestra di oggetti interattivi, non invasivi e dalla presenza discreta, ovunque". [Mark Weiser, 1991] La visione dell'ubiquitous computing, prevista da Weiser, è ormai molto vicina alla realtà e anticipa una rivoluzione tecnologica nella quale l'elaborazione di dati ha assunto un ruolo sempre più dominante nella nostra vita quotidiana. La rivoluzione porta non solo a vedere l'elaborazione di dati come un'operazione che si può compiere attraverso un computer desktop, legato quindi ad una postazione fissa, ma soprattutto a considerare l'uso della tecnologia come qualcosa di necessario in ogni occasione, in ogni luogo e la diffusione della miniaturizzazione dei dispositivi elettronici e delle tecnologie di comunicazione wireless ha contribuito notevolmente alla realizzazione di questo scenario. La possibilità di avere a disposizione nei luoghi più impensabili sistemi elettronici di piccole dimensioni e autoalimentati ha contribuito allo sviluppo di nuove applicazioni, tra le quali troviamo le WSN (Wireless Sensor Network), ovvero reti formate da dispositivi in grado di monitorare qualsiasi grandezza naturale misurabile e inviare i dati verso sistemi in grado di elaborare e immagazzinare le informazioni raccolte. La novità introdotta dalle reti WSN è rappresentata dalla possibilità di effettuare monitoraggi con continuità delle più diverse grandezze fisiche, il che ha consentito a questa nuova tecnologia l'accesso ad un mercato che prevede una vastità di scenari indefinita. Osservazioni estese sia nello spazio che nel tempo possono essere inoltre utili per poter ricavare informazioni sull'andamento di fenomeni naturali che, se monitorati saltuariamente, non fornirebbero alcuna informazione interessante. Tra i casi d'interesse più rilevanti si possono evidenziare: - segnalazione di emergenze (terremoti, inondazioni) - monitoraggio di parametri difficilmente accessibili all'uomo (frane, ghiacciai) - smart cities (analisi e controllo di illuminazione pubblica, traffico, inquinamento, contatori gas e luce) - monitoraggio di parametri utili al miglioramento di attività produttive (agricoltura intelligente, monitoraggio consumi) - sorveglianza (controllo accessi ad aree riservate, rilevamento della presenza dell'uomo) Il vantaggio rappresentato da un basso consumo energetico, e di conseguenza un tempo di vita della rete elevato, ha come controparte il non elevato range di copertura wireless, valutato nell'ordine delle decine di metri secondo lo standard IEEE 802.15.4. Il monitoraggio di un'area di grandi dimensioni richiede quindi la disposizione di nodi intermedi aventi le funzioni di un router, il cui compito sarà quello di inoltrare i dati ricevuti verso il coordinatore della rete. Il tempo di vita dei nodi intermedi è di notevole importanza perché, in caso di spegnimento, parte delle informazioni raccolte non raggiungerebbero il coordinatore e quindi non verrebbero immagazzinate e analizzate dall'uomo o dai sistemi di controllo. Lo scopo di questa trattazione è la creazione di un protocollo di comunicazione che preveda meccanismi di routing orientati alla ricerca del massimo tempo di vita della rete. Nel capitolo 1 vengono introdotte le WSN descrivendo caratteristiche generali, applicazioni, struttura della rete e architettura hardware richiesta. Nel capitolo 2 viene illustrato l'ambiente di sviluppo del progetto, analizzando le piattaforme hardware, firmware e software sulle quali ci appoggeremo per realizzare il progetto. Verranno descritti anche alcuni strumenti utili per effettuare la programmazione e il debug della rete. Nel capitolo 3 si descrivono i requisiti di progetto e si realizza una mappatura dell'architettura finale. Nel capitolo 4 si sviluppa il protocollo di routing, analizzando i consumi e motivando le scelte progettuali. Nel capitolo 5 vengono presentate le interfacce grafiche utilizzate utili per l'analisi dei dati. Nel capitolo 6 vengono esposti i risultati sperimentali dell'implementazione fissando come obiettivo il massimo lifetime della rete.

Studio e sperimentazione del comportamento vibratorio di una lamella azionata da un attuatore piezoelettrico

Studio di una lamella di acciaio di dimensioni relativamente ridotte, a cui è incollato un attuatore piezoelettrico che ne causa la vibrazione, sfruttando il fenomeno della risonanza. Tale struttura possiede numerose peculiarità geometriche e di funzionamento che ne determinano il comportamento dinamico. Ci si prefigge l’obiettivo di studiare, con l’ausilio di prove sperimentali, il comportamento vibratorio del sistema, al fine di realizzare un modello agli elementi finiti che ne simuli il funzionamento e che sia impiegabile nella previsione degli effetti di modifiche strutturali e dinamiche.

Stima di abbondanza di Tursiops truncatus (Montagu, 1821) nel levante ligure ed evoluzione dei marcaggi naturali utili alla fotoidentificazione

Il bacino ligure, pur facendo parte della più grande area marina protetta del Mar Mediterraneo, il Santuario Pelagos, risulta essere una regione in cui le attività umane stanno condizionando la presenza di numerose specie di Cetacei. Fra tutte Tursiops truncatus, in virtù della sua distribuzione limitata per lo più alle acque basse (<200 metri) è la specie maggiormente soggetta alle conseguenze dirette e indirette dell’impatto antropico. Questo elaborato è stato condotto all’interno del più ampio progetto “Delfini Metropolitani” coordinato dall’Acquario di Genova. L’area di studio presa in esame è l’intero levante ligure con tre stazioni di ormeggio: Genova, Rapallo e Lerici. Tramite la tecnica della cattura-ricattura fotografica è stato possibile analizzare la distribuzione ed effettuare delle stime di abbondanza per il periodo di studio 2005 – 2012. Dai risultati e dal confronto con altri studi è emerso che il tursiope vive entro la piattaforma continentale e sembrerebbe che all’aumentare di quest’ultima aumenti la dimensione della popolazione. Per il periodo di studio considerato la popolazione non fa registrare trend demografici significativi, rimanendo costante fra 150 - 250 individui. In questo elaborato si sono anche studiate le differenze fra maschi e femmine nell’evoluzione dei marcaggi naturali. I risultati preliminari hanno mostrato una differenza significativa fra i due sessi. Il maschio ha un valore maggiore come cambiamento rispetto alle femmine, questo è dovuto al fatto che gli individui maschi hanno interazioni spesso aggressive per poter accedere alle femmine. Infine grazie all’analisi dell’evoluzione dei marcaggi naturali e delle differenze trovate, si è proposto un nuovo metodo per poter sessare gli animali. Questo qui proposto, comunque, è un metodo derivante da uno studio preliminare e si ha bisogno di successivi studi per testarne l’efficienza e l’affidabilità.

Sviluppo di nuove tecniche per la diagnosi e il monitoraggio di malattie dell'orecchio interno

Questa tesi nasce dall’idea di sfruttare i recenti sviluppi della tecnica nell’ambito delle elaborazioni tridimensionali su immagini interne al corpo umano per creare nuovi strumenti di diagnosi e controllo utili ai fini medici. In particolare, si cercherà un nuovo strumento di diagnosi per una malattia, ampiamente diffusa tra la popolazione, che colpisce l’orecchio interno: la cupololitiasi, anche nota come vertigine parossistica posizionale benigna. Il presente studio, che fa parte di un più ampio progetto di ricerca, è volto a definire un protocollo sia di misure antropometriche che di densità di tessuti e alla verifica di parametri, su un numero limitato di campioni, la cui presenza consente di rilevare la malattia. Si cercano misure che diano valori differenti tra orecchi interni sani e malati, cioè segnali inequivocabili della presenza della cupololitiasi. Si utilizzano immagini provenienti da TAC effettuate a pazienti sofferenti di cupololitiasi per scopi diagnostici; si elaborano in 3D e si misurano con il programma di Materializze: MIMICS.

Progettazione e sviluppo di una versione distribuita di un algoritmo di subspace clustering

Il task del data mining si pone come obiettivo l'estrazione automatica di schemi significativi da grandi quantità di dati. Un esempio di schemi che possono essere cercati sono raggruppamenti significativi dei dati, si parla in questo caso di clustering. Gli algoritmi di clustering tradizionali mostrano grossi limiti in caso di dataset ad alta dimensionalità, composti cioè da oggetti descritti da un numero consistente di attributi. Di fronte a queste tipologie di dataset è necessario quindi adottare una diversa metodologia di analisi: il subspace clustering. Il subspace clustering consiste nella visita del reticolo di tutti i possibili sottospazi alla ricerca di gruppi signicativi (cluster). Una ricerca di questo tipo è un'operazione particolarmente costosa dal punto di vista computazionale. Diverse ottimizzazioni sono state proposte al fine di rendere gli algoritmi di subspace clustering più efficienti. In questo lavoro di tesi si è affrontato il problema da un punto di vista diverso: l'utilizzo della parallelizzazione al fine di ridurre il costo computazionale di un algoritmo di subspace clustering.

Reclutamento di invertebrati bentonici in una grotta sottomarina del Mar Mediterraneo

Le grotte marine sono habitat molto particolari che presentano situazioni molto diverse da quelle riscontrabili nell’ambiente esterno. La variabilità nella struttura geomorfologica, la topografia, la profondità, l’orientamento e l’idrodinamismo rappresentano una vasta gamma di situazioni che consentono la presenza di popolamenti caratteristici, la cui unicità determina l’importanza della loro salvaguardia. La composizione delle comunità dipende fortemente dall'arrivo dei propaguli dall'esterno, e non solo dalla riproduzione di adulti presenti. Quindi, per determinare la struttura e la dinamica delle popolazioni marine, è di fondamentale importanza comprendere i processi che agiscono sul reclutamento. In particolare per gli organismi sessili la fase larvale rappresenta l'unico stadio di dispersione. Lo scopo di questo lavoro è analizzare il reclutamento dei popolamenti bentonici sulle pareti laterali e sulla volta della grotta sottomarina della Colombara, nell’area marina protetta di Portofino (Genova), per valutare la loro diversità specifica, abbondanza e distribuzione. Per far ciò sono stati posti 14 pannelli quadrati in forex PVC all’interno della grotta (8 sulla volta e 6 sulle pareti laterali) per un periodo di tempo di venti mesi. L’abbondanza degli organismi è stata stimata in termini di ricoprimento percentuale utilizzando un reticolo di 400 sottoquadrati da 1 cm². Le possibili differenze tra le strutture dei popolamenti, l’abbondanza delle specie e gli indici di diversità tra parete e volta della grotta sono state testate con l’analisi della varianza basata su permutazioni (PERMANOVA) utilizzando il software PRIMER 6. Dai risultati ottenuti sono emerse differenze qualitative e quantitative nella distribuzione dei popolamenti fra la volta e le pareti della grotta. Analizzando le singole specie, è possibile osservare come molte di queste tendano a reclutare maggiormente sulla volta rispetto alle pareti. In generale, la distribuzione degli organismi dipende, oltre che dai più conosciuti gradienti ambientali (idrodinamismo, luce ecc) dai processi ecologici. Considerando che i fattori ambientali ed ecologici interagiscono nel definire la struttura dei popolamenti e sono interdipendenti tra loro, possiamo ipotizzare che le distribuzioni spaziali osservate per le diverse specie dipendano in gran parte dall’ecologia larvale, che porta ad un più elevato tasso di reclutamento sulla volta piuttosto che sulle pareti della grotta.