Dimensionamento di un sistema wireless epidermico energeticamente autonomo per il monitoraggio di parametri fisiologici

Il presente lavoro di Tesi è stato incentrato sul dimensionamento di un sistema wireless epidermico abile a monitorare parametri fisiologici. La fase iniziale del lavoro è stata spesa per indagare le varie tipologie di sorgenti utili ad effettuare Energy Harvesting in contesti applicativi biomedicali, ed analizzare lo stato dell’arte in merito ai sistemi miniaturizzati, passivi, interfacciabili alla superficie corporea, configurabili nel settore di ricerca e-skin. Il corpo centrale del lavoro è stato quello di dimensionare un nuovo sistema wireless epidermico, energeticamente autonomo. Tale sistema è stato strutturato in tre catene costitutive. La prima di queste definita di Energy Harvesting e storage, presenta una cella solare, un boost converter –charger per il management della potenza ed una thin film battery come elemento di storage. La seconda catena è configurabile come quella di ricezione, in cui l’elemento cruciale è una Wake-Up Radio (WUR), la cui funzione è quella di abilitare il sistema di misura costituito da Microcontroller e sensore solo quando un Reader comunicherà la corretta sequenza di bit abilitanti alla lettura. La presente scelta ha mostrato vantaggi in termini di ridotti consumi. La terza ed ultima catena del sistema per mezzo di Microcontrollore e Transceiver consentirà di trasmettere via RF il dato letto al Reader. Una interfaccia grafica utente implementata in Matlab è stata ideata per la gestione dei dati. La sezione ultima della Tesi è stata impostata analizzando i possibili sviluppi futuri da seguire, in particolare integrare il sistema completo utilizzando un substrato flessibile così come il Kapton e dotare il sistema di sensoristica per misure biomediche specialistiche per esempio la misura del SpO2.

IoT e progettazione di sistemi di Home Automation: un caso di studio reale basato su framework e standard open

La nascita della Internet of Things, come conseguenza dell'aumento della capacità di calcolo e adozione di connettività in nuovi dispositivi, ha permesso l'apporto di nuove tecnologie negli oggetti di uso quotidiano e ha cambiano il modo in cui le persone utilizzano e interagiscono con questi oggetti. La Home Automation, da sempre orientata al controllo locale e remoto di apparecchiature domestiche, non ha mai raggiunto una grande diffusione per colpa del costo elevato, una controproducente chiusura rispetto ad altri sistemi e una certa difficoltà nella sua programmazione da parte dei possibili utenti. Le possibilità offerte dalla IoT e i limiti della Home Automation hanno suggerito lo sviluppo di un sistema in grado si superare queste limitazioni sfruttando le tecnologie più adatte a integrare Smart Object e sistemi, gli uni con gli altri, in maniera semplice e rapida. Il progetto e lo sviluppo di una soluzione reale di Home Automation basata su un impianto domotico commerciale ha permesso di dimostrare come strumenti opensource e tecnologie orientate alla IoT consentano, se opportunamente integrate, di migliorare sia la fruibilità dei sistemi domotici, attraverso la maggiore apertura verso altri sistemi, sia l'interazione con l'utente che sarà in grado di creare in modo semplice e diretto scenari di utilizzo sempre nuovi.

Sviluppo e sperimentazione di sensori per il monitoraggio della qualità dell'aria

Individuare e conoscere la natura degli inquinanti atmosferici e disporre dei dati delle emissioni sono azioni fondamentali per formulare politiche ambientali incentrate sul miglioramento della qualità dell'aria e monitorarne l'efficacia. Sorge l'esigenza di un controllo costante della qualità dell'aria, processo che avviene utilizzando delle centraline di monitoraggio fisse sparse nelle vie delle maggiori città o nei pressi dei principali insediamenti industriali. Lo scopo di questo progetto è quello di realizzare una stazione di monitoraggio mobile al fine di aumentare la superficie di controllo, realizzando un oggetto dinamico capace di acquisire dati sull'inquinamento. Questo è stato fatto applicando ad un drone un sistema di sensori capaci di rilevare le variazioni dei livelli di concentrazione degli agenti inquinanti. Ciò permette di eliminare le stazioni di monitoraggio fisse, le quali rappresentano una spesa ingente. Inoltre, attraverso l'utilizzo di un drone, è possibile monitorare siti più vasti, permettendo un monitoraggio costante e ripetuto nel tempo. La prima parte dell'elaborato analizza il sistema Embedded utilizzato per l'acquisizione dei dati, concentrando l'attenzione prevalentemente sui moduli utilizzati. La seconda descrive quali sono i primi passi per cominciare ad utilizzare i sensori posti sulla Gases Board 2.0 e risponde ai dubbi più comuni su quali parametri di configurazione adottare per un avere una risposta adeguata, quale processo di calibrazione seguire o come trasformare i dati acquisiti, espressi in tensioni, in valori di concentrazione di gas. La terza parte illustra i test effettuati per verificare il corretto funzionamento del sistema completo, con l’esposizione delle problematiche individuate, e una presentazione delle alternative più valide per superarle.

Tecniche di rilievo topografico per il monitoraggio del costruito

Il presente lavoro si riferisce ad una delle attività di monitoraggio topografico più diffuse e consolidate: il controllo altimetrico per mezzo della livellazione geometrica di precisione, finalizzato alla determinazione dei dislivelli – e della loro variazione nel tempo – tra capisaldi appositamente istituiti sulla struttura. Va ricordato infatti che in Topografia non è possibile determinare direttamente la quota assoluta di un punto, ma solamente il dislivello, ossia la differenza di quota fra punti della superficie fisica. Il caso di studio si riferisce nello specifico ad un oggetto di grandissimo interesse: le Due Torri di Bologna. La Torre degli Asinelli e la Torre Garisenda di Bologna sono infatti soggette da lungo tempo ad una attività di monitoraggio altimetrico con la tecnica della livellazione geometrica di precisione, oggi realizzata con strumentazione digitale. L’attività viene condotta dall’area di Geomatica del Dipartimento di Ingegneria Civile, Chimica, Ambientale e dei Materiali (DICAM) dell’Università di Bologna in collaborazione con il Comune di Bologna. Scopo della tesi è illustrare gli aspetti teorici alla base della tecnica della livellazione geometrica e le operazioni che sono state eseguite sul campo ed in laboratorio, in affiancamento a quanto effettuato dal DICAM con il coordinamento del Prof. G. Bitelli. Nel Capitolo 1 viene descritta la metodologia di rilevamento mediante livellazione geometrica di precisione e la tecnica di elaborazione dei dati tramite la compensazione per osservazioni indirette secondo il principio dei minimi quadrati. Nel Capitolo 2 viene presentato il caso di studio e descritto il rilievo che è stato effettuato durante il periodo della tesi. Vengono illustrate le fasi operative sul campo e la successiva fase di predisposizione dei dati per la compensazione. Infine si illustra l’elaborazione numerica realizzata per la determinazione delle quote nel sistema di riferimento locale utilizzato.

INSPECTOR-PI: Progettazione e Sviluppo di un Sistema Mobile per il Controllo e il Monitoraggio basato su Tecnologie Embedded e Internet of Things

La nostra sfida è stata sviluppare un dispositivo che potesse riunire differenti funzionalità, dalla telepresenza alla visione dei dati on demand, e fosse in grado di portare innovazione nel panorama attuale. Abbiamo quindi deciso di creare un device che potesse svolgere attività d’ispezione e monitoraggio, concentrandoci nel corso dell’implementazione su alcuni possibili campi di utilizzo. Il sistema che abbiamo realizzato è open-source, modulare e dinamico, in grado di rispondere a esigenze diverse e facilmente riadattabile. Il prototipo progettato è in grado di comunicare con uno smartphone, grazie al quale viene guidato dall’utente primario, e di trasmettere in rete i dati rilevati dai diversi sensori integrati. Le informazioni generate sono gestibili attraverso una piattaforma online: il device utilizza il Cloud per storicizzare i dati, rendendoli potenzialmente accessibili a chiunque. Per la configurazione hardware abbiamo usato la kit-board Pi2Go e la piattaforma Raspberry Pi, alle quali abbiamo unito una videocamera e alcuni sensori di prossimità, temperatura e umidità e distanza. È nato così il prototipo InspectorPi, un veicolo telecomandato tramite dispositivo mobile in grado di esplorare ambienti ostili in cui vi sono difficoltà fisiche o ambientali alle quali sovvenire.

Smart City e Analisi di Big Data da Tracce Vodafone di Dispositivi Mobili

I dispositivi mobili, dagli smartphone ai tablet, sono entrati a far parte della nostra quotidianità. Controllando l’infrastruttura delle comunicazioni, rispetto a qualsiasi altro settore, si ha un maggiore accesso a informazioni relative alla geo-localizzazione degli utenti e alle loro interazioni. Questa grande mole di informazioni può aiutare a costruire città intelligenti e sostenibili, che significa modernizzare ed innovare le infrastrutture, migliorare la qualità della vita e soddisfare le esigenze di cittadini, imprese e istituzioni. Vodafone offre soluzioni concrete nel campo dell’info-mobilità consentendo la trasformazione delle nostre città in Smart City. Obiettivo della tesi e del progetto Proactive è cercare di sviluppare strumenti che, a partire da dati provenienti dalla rete mobile Vodafone, consentano di ricavare e di rappresentare su cartografia dati indicanti la presenza dei cittadini in determinati punti d’interesse, il profilo di traffico di determinati segmenti viari e le matrici origine/destinazione. Per fare questo verranno prima raccolti e filtrati i dati della città di Milano e della regione Lombardia provenienti dalla rete mobile Vodafone per poi, in un secondo momento, sviluppare degli algoritmi e delle procedure in PL/SQL che siano in grado di ricevere questo tipo di dato, di analizzarlo ed elaborarlo restituendo i risultati prestabiliti. Questi risultati saranno poi rappresentati su cartografia grazie a QGis e grazie ad una Dashboard aziendale interna di Vodafone. Lo sviluppo delle procedure e la rappresentazione cartografica dei risultati verranno eseguite in ambiente di Test e se i risultati soddisferanno i requisiti di progetto verrà effettuato il porting in ambiente di produzione. Grazie a questo tipo di soluzioni, che forniscono dati in modalità anonima e aggregata in ottemperanza alle normative di privacy, le aziende di trasporto pubblico, ad esempio, potranno essere in grado di gestire il traffico in modo più efficiente.

Servizi di Discovery in IoT: una Soluzione MQTT-based per Gateway Kura

Grazie alla costante evoluzione tecnologica, negli ultimi anni sempre più oggetti di vita quotidiana stanno accedendo ad Internet. Il proliferare dei dispositivi “smart” ha dato il via ad una nuova rivoluzione tecnologica: quella di Internet of Things (IoT), che sta portando nelle mani degli utenti un elevatissimo numero di informazioni in grado di offrire notevoli benefici alla vita di ogni giorno. Per poter accedere ai dati messi a disposizione risulterà necessario realizzare un servizio in grado di consentire la scoperta, l’accesso e l’interazione con i nodi della rete che si occuperanno della gestione delle informazioni. In letteratura sono già disponibili alcuni di questi meccanismi, ma essi presentano dei difetti che verrebbero ancor più accentuati dalle ridotte capacità computazionali dei terminali IoT. In questo progetto di tesi verrà presentato un servizio di discovery per gateway IoT Kura-based, pensato, grazie all’utilizzo del protocollo di messaggistica MQTT, per operare con terminali dalle performance limitate ed in situazioni di scarsa connettività. Il servizio realizzato prevede che degli smartphone Android richiedano a tutti i gateway in una determinata località i parametri per entrare nel loro network. La richiesta verrà inviata mediante un messaggio MQTT pubblicato in un topic location-specific su un broker remoto. I gateway che riceveranno il messaggio, se interessati alle caratteristiche del client, gli risponderanno comunicando i dati di accesso al network in modo che il dispositivo possa auto-configurarsi per accedervi. Ad accesso avvenuto client e gateway comunicheranno in modo diretto attraverso un broker locale. In fase di testing si valuteranno le performance del servizio analizzando i tempi di risposta e l’utilizzo di risorse lato gateway, e l’assorbimento di potenza lato client.

Sviluppo di metodologie per l'interazione tra un sistema di ausilio a ipovedenti e dispositivi iOS

L’oggetto di questa tesi riguarda la predisposizione un sistema di ausilio per non vedenti, basato su visione 3D, alla comunicazione in rete. Si è quindi sviluppata un’applicazione per dispositivi iOS che sia in grado di ricevere e interpretare i dati inviati da tale sistema. In particolare, questo lavoro si inserisce in un lavoro più ampio che ha l’obiettivo di fornire diverse modalità di interfacciamento con il sistema di rilevazione ostacoli per utenti ipovedenti e di sostituire le attuali tecnologie cablate con tecnologie wireless. Il seguente lavoro descrive i problemi emersi e le soluzioni adottate durante lo sviluppo del sistema, al fine di fornire un’adeguata documentazione a coloro che avranno intenzione di proseguire nell’ampliamento delle funzioni realizzabili.

Confronto tra Bluetooth classic e Bluetooth low energy nelle comunicazioni tra sensori inerziali e dispositivi mobili in applicazioni biomeccaniche in ambito medico e sportivo

In questo elaborato sono stati confrontati i moduli bluetooth WT11, BLE113 , BT121 rispetto alle loro caratteristiche di banda, consumo, range e utilizzabilita in un contesto applicativo stringente come quello degli utilizzi biomeccanici. Si sono prima elencati i settori di riferimento, per poi descrivere il contesto applicativo in ambito medico e sportivo. Il confronto finale ha tenuto conto delle modalita di comunicazione bluetooth classic e bluetooth low energy, cercando di motivare quale modulo risulti migliore per questo particolare e innovativo contesto.

Analisi delle prestazioni di un codice di calcolo open-source per l'elaborazione dati GNSS in modalità cinematica finalizzata al monitoraggio di strutture e applicazione di filtri sequenziali

Il presente lavoro di tesi si pone come obbiettivo l’elaborazione di dati GNSS in modalità cinematica post-processing per il monitoraggio strutturale e, in una seconda fase, lo studio delle precisioni raggiungibili delle soluzioni ottenute utilizzando algoritmi di post-elaborazione del dato. L’oggetto di studio è la torre Garisenda, situata in piazza Ravegnana, accanto alla torre Asinelli, nel centro storico di Bologna, da tempo oggetto di studi e monitoraggi per via della sua inclinazione particolarmente critica. Per lo studio è stato utilizzato un data set di quindici giorni, dal 15/12/2013 al 29/12/2013 compresi. Per l’elaborazione dei dati è stato utilizzato un software open source realizzato da ricercatori del Politecnico di Milano, goGPS. Quest'ultimo, essendo un codice nuovo, è stato necessario testarlo al fine di poter ottenere dei risultati validi. Nella prima fase della tesi si è quindi affrontato l’aspetto della calibrazione dei parametri che forniscono le soluzioni più precise per le finalità di monitoraggio considerando le possibili scelte offerte dal codice goGPS. In particolare sono stati imposti dei movimenti calibrati e si è osservata la soluzione al variare dei parametri selezionati scegliendo poi quella migliore, ossia il miglior compromesso tra la capacità di individuare i movimenti e il rumore della serie. Nella seconda fase, allo scopo di poter migliorare le precisioni delle soluzioni si sono valutati metodi di correzione delle soluzioni basati sull'uso di filtri sequenziali e sono state condotte analisi sull'incremento di precisione derivante dall'applicazione di tali correzioni.

Progettazione e implementazione di un’applicazione per il monitoraggio e la manutenzione predittiva di sistemi

Le macchine impiegate nei processi di produzione industriale sono soggette a usura e destinate a esibire malfunzionamenti qualora non venga attuata un'attenta opera di manutenzione preventiva. In questa tesi è proposta una proof of concept relativa alla manutenzione predittiva la quale, analizzando i segnali trasmessi dai sensori installati sulla macchina, mira a segnalare in tempo utile i guasti futuri, onde consentire l'attività manutentiva prima che si verifichi il guasto.

Strumenti di monitoraggio di dati web non strutturati

Negli ultimi anni i documenti web hanno attratto molta attenzione, poiché vengono visti come un nuovo mezzo che porta quello che sono le esperienze ed opinioni di un individuo da una parte all'altra del mondo, raggiungendo quindi persone che mai si incontreranno. Ed è proprio con la proliferazione del Web 2.0 che l’attenzione è stata incentrata sul contenuto generato dagli utenti della rete, i quali hanno a disposizione diverse piattaforme sulle quali condividere i loro pensieri, opinioni o andare a cercarne di altrui, magari per valutare l’acquisto di uno smartphone piuttosto che un altro o se valutare l’opzione di cambiare operatore telefonico, ponderando quali potrebbero essere gli svantaggi o i vantaggi che otterrebbe modificando la sia situazione attuale. Questa grande disponibilità di informazioni è molto preziosa per i singoli individui e le organizzazioni, che devono però scontrarsi con la grande difficoltà di trovare le fonti di tali opinioni, estrapolarle ed esprimerle in un formato standard. Queste operazioni risulterebbero quasi impossibili da eseguire a mano, per questo è nato il bisogno di automatizzare tali procedimenti, e la Sentiment Analysis è la risposta a questi bisogni. Sentiment analysis (o Opinion Mining, come è chiamata a volte) è uno dei tanti campi di studio computazionali che affronta il tema dell’elaborazione del linguaggio naturale orientato all'estrapolazione delle opinioni. Negli ultimi anni si è rilevato essere uno dei nuovi campi di tendenza nel settore dei social media, con una serie di applicazioni nel campo economico, politico e sociale. Questa tesi ha come obiettivo quello di fornire uno sguardo su quello che è lo stato di questo campo di studio, con presentazione di metodi e tecniche e di applicazioni di esse in alcuni studi eseguiti in questi anni.

Confronto tra dispositivi per la Realtà Virtuale: OSVR vs Oculus Rift

La realtà virtuale è un campo in continua crescita e in costante studio, in particolare nell'applicazione nel campo del gaming e nella formazione. In questa tesi sono stati confrontati e testati due visori per la realtà virtuale di tipo immersivo: OSVR e Oculus Rift DK2. Per il confronto dei due dispositivi sono stati creati su Blender due modelli: una rappresentazione tridimensionale di Times Square molto realistica (sfruttando Google Street View per la visualizzazione degli edifici e dei banner pubblicitari) e un circuito di Go Kart stile cartoon. Successivamente alla creazione di questi, è stato utilizzato il motore grafico Unity per l'aggiunta della dinamica dei componenti dei visori e il completamento dei due progetti, per esempio l'utilizzo degli script per il movimento del go kart. Tramite lo strumento Profiler e il Frame Debugger di Unity sono stati eseguiti i test sulle performance e sono state svolte le considerazioni finali sui visori. I risultati ottenuti possono essere d'aiuto per uno studio successivo sulla realtà virtuale immersiva ed essere una base di partenza per le migliorie da adottare con lo scopo di ottenere migliori prestazioni ed una maggiore interattività con l'utente.

Analisi del sistema idraulico e di monitoraggio dei Consorzi dei canali di Reno e Savena e caratterizzazione degli eventi storici di siccita meteorologica ed idrologica del Fiume Reno a Casalecchio

La tesi è suddivisa in tre parti. Nella prima parte si descrive il sistema dei canali bolognesi che derivano acqua dal bacino montano del Fiume Reno e dal Torrente Savena, e il sistema di gestione e di monitoraggio utilizzato dal Consorzio dei canali di Reno e Savena. Nella seconda parte si illustra una proposta di sistema di visualizzazione dei dati idro-pluviometrici che si sta valutando, assieme al Presidente del Consorzio e ad Arpa, per il monitor che il Consorzio intende installare al fine di illustrare al pubblico il monitoraggio e l’evoluzione degli eventi di piena e di scarsità idrica/siccità. Nella terza parte, infine, si effettuano la stima e un’analisi della correlazione tra due diversi indici di siccità, meteorologica ed idrologica, per il bacino del Reno chiuso a Casalecchio. Il sistema dell’intero bacino del Reno e della rete dei canali cittadini risulta molto complesso. Vista tale complessità del sistema, si è proposto di distinguere uno scenario di piena e uno scenario di magra. Tra le diverse informazioni da visualizzare nel monitor si intendono anche visualizzare informazioni relative alla disponibilità idrica alla scala del bacino in esame. Per questo è stata svolta l’analisi sugli indici di siccità Standard Precipitation Index (SPI) e Streamflow Drought Index per il bacino del Reno chiuso a Casalecchio . Tali indici hanno portato a dei risultati consistenti con le condizioni idro-metereologiche e con le informazioni sugli impatti al suolo disponibili per alcuni degli eventi più significativi presi in esame. In base ai risultati ottenuti è possibile affermare che gli indici SPI e SDI a scala di bacino hanno una buona correlazione che permette di poter considerare anche la sola caratterizzazione pluviometrica per identificare la situazione della disponibilità idrica del fiume a monte dell’opera di presa del Canale di Reno.

Sviluppo di un sistema informatico per il controllo remoto di un osservatorio astronomico

L'obiettivo di questo elaborato è quello di indicare una via verso una nuova modalità di utilizzo degli osservatori astronomici disseminati lungo la penisola italiana. Utilizzando le tecnologie disponibili e integrandole fra loro il sistema che si andrà a progettare permetterà di controllare da remoto un osservatorio astronomico. Questa nuova modalità di interazione con strumenti scientifici quali i telescopi potrà rendere possibile nuove modalità di divulgazione astronomica, sia in ambito educativo fornendo nuovi strumenti alle scuole che in ambito culturale potendo avvicinare tutti i curiosi all'osservazione dei corpi celesti che circondano il pianeta Terra. Utilizzare la tecnologia per avvicinare le persone alla scienza è una grande sfida per il futuro: le nuove scoperte e le nuove invenzioni non sono ormai piu frutto di singole menti brillanti ma frutto di collaborazioni e figlie della "sapienza collettiva" che Internet sta fortificando e rendendo sempre piu fruibile.