PIATTAFORMA DI DATA VISUALIZATION GUIDATA DALLA MODELLAZIONE STATISTICA DEI DATI Applicazione a dati sanitari di pazienti oncologici della regione Emila-Romagna

Una gestione, un’analisi e un’interpretazione efficienti dei big data possono cambiare il modello lavorativo, modificare i risultati, aumentare le produzioni, e possono aprire nuove strade per l’assistenza sanitaria moderna. L'obiettivo di questo studio è incentrato sulla costruzione di una dashboard interattiva di un nuovo modello e nuove prestazioni nell’ambito della Sanità territoriale. Lo scopo è quello di fornire al cliente una piattaforma di Data Visualization che mostra risultati utili relativi ai dati sanitari in modo da fornire agli utilizzatori sia informazioni descrittive che statistiche sulla attuale gestione delle cure e delle terapie somministrate. Si propone uno strumento che consente la navigazione dei dati analizzando l’andamento di un set di indicatori di fine vita calcolati a partire da pazienti oncologici della Regione Emilia Romagna in un arco temporale che va dal 2010 ad oggi.

Sviluppo e valutazione di un modello GT-Power di un motore sovralimentato ad accensione comandata e iniezione diretta alimentato ad idrogeno

Negli ultimi decenni sempre più attenzione è stata posta sugli effetti derivanti dalla produzione dell'energia. In particolare, emissioni di specie inquinanti e gas serra sono state oggetto di continue limitazioni al fine di raggiungere soluzioni energetiche sempre meno climalteranti. Ciò ha evidenziato la necessità di sviluppare nuove soluzioni inerenti alla mobilità sostenibile. Tra le possibili soluzioni, l'utilizzo di idrogeno rappresenta una delle più promettenti grazie alle proprietà chimiche che lo contraddistinguono. L'impiego di tale elemento come combustibile in un tradizionale motore a combustione interna propriamente convertito garantirebbe la possibilità di una transizione energetica progressiva grazie all'utilizzo di una tecnologia già ampiamente consolidata e avanzata. Questo lavoro si concentra sullo sviluppo di un modello 1D di un motore a combustione interna alimentato ad idrogeno per studiarne le potenzialità. Al fine di ottenere dati attendibili, si è sviluppato e validato un modello su un motore noto di cui i dati in benzina erano disponibili. Successivamente, tale modello è stato convertito all'utilizzo di idrogeno. Completata la conversione sono state svolte svariate prove al variare dei principali parametri motoristici quali: lambda, anticipo d'accensione, giri, carico. Il modello sviluppato ha mostrato risultati comparabili con i dati attualmente disponibili in letteratura al variare delle diverse condizioni operative. In particolare, alte efficienze e basse emissioni sono garantite da combustioni magre, tuttavia alti carichi non possono essere raggiunti per limiti derivanti dal gruppo di sovralimentazione. Sono stati ottenuti promettenti risultati che incoraggiano uno sviluppo avanzato del modello, con l’obbiettivo futuro di effettuare esperimenti con l’idrogeno su un motore reale.

Sviluppo di un modello matematico per il controllo della massa iniettata da un iniettore GDI benzina ad alta pressione

Una delle principali sfide odierne è la volontà di ridurre l’impatto ambientale, causato dalle attività umane, riducendo le emissioni inquinanti. Per questo motivo, negli ultimi anni, i requisiti di omologazione dei motori a combustione interna sono diventati sempre più selettivi, evidenziando la necessità di utilizzare nuove e più avanzate tecnologie. Tra le possibili alternative, le nuove tecnologie che forniscono i risultati più promettenti sono le cosiddette Low Temperature Combustions (LTC). Una di esse è la Gasoline Compression Ignition (GCI) che è caratterizzata da una combustione mediante il processo di auto-accensione di un carburante tipo benzina ed è in grado di ottenere un’elevata efficienza con ridotte emissioni inquinanti. Per poter controllare correttamente una combustione GCI, è necessario realizzare un pattern di iniezioni consecutive al fine di raggiungere le condizioni termodinamiche nel cilindro per garantire l’auto-accensione della benzina. I principali problemi dovuti alla realizzazione di un’iniezione multipla sono la generazione di onde di alta pressione nel condotto di iniezione e, nel caso di iniettori Gasoline Direct Injection (GDI) solenoidali, la magnetizzazione residua dei coil dello stesso. Sia le onde di pressione che la magnetizzazione residua comportano una variazione di massa iniettata rispetto al valore previsto. In questo elaborato è presentato un modello matematico realizzato per compensare le variazioni di massa che avvengono durante un pattern di due iniezioni consecutive in un iniettore GDI benzina ad alta pressione. Con tale modello, è possibile correggere i parametri che caratterizzano le iniezioni per introdurre il quantitativo desiderato di benzina indipendentemente dal pattern selezionato.

Sviluppo di un metodo termoanalitico per la quantificazione di microplastiche in matrici complesse

Microplastics (MPs) are highly debated emerging contaminants that are widespread on Earth. Nowadays, assessment of the risk that MPs pose on human health and environment were not developed yet, and standardized analytical methods for their quantification in complex matrices do not exist. Therefore, the formulation of standards which regulating MPs emission in the environment is not possible. The purpose of this study was to develop and apply a method for the analysis of MPs in sewage sludges and water from a wastewater treatment plant (WWTP), due to the relevance of those matrices as important pathway for MPs to enter the environment. Seven polymers were selected, because of their relevance on market production and their frequency of occurrence in such plants: polyethylene terephthalate (PET), polyethylene (PE), polypropylene (PP), polystyrene (PS), polycarbonate (PC), polyvinyl chloride (PVC), and nylon 6 (PA-6). In the study, a pre-treatment procedure was optimised using Fenton’s reagent and analyses carried out by combining thermochemolysis with Py-GC-MS after sample filtration on quartz (0.3 µm). Polymer quantification was performed with solid polymer mixture in silica and good correlations were obtained with internal calibration. As main results, Fenton's reagent negatively affected the recovery of some polymers (PP, PE, PS, PA-6) and a possible matrix interference was noticed, especially for PET and PVC. The WWTP allowed a good abatement of PS, PE, PP and PVC (on average 90 %) and comparable results were hypothesised for the other polymers. Polymer concentrations is sewage sludges ranged between < 2 μg/gdry and 3.5 mg/ gdry, for PC and PVC, respectively. Possible overestimations for PET and PVC, due to matrix interreferences, were taken into account and discussed.

Il modello matriciale di Leslie applicato all'ecologia delle popolazioni

La matrice di Leslie è uno degli strumenti più utilizzati in ecologia nella dinamica delle popolazioni. Infatti a partire dallo studio dell'autovalore dominante della matrice e dell'autovettore ad esso associato è possibile prevedere l'evolversi della popolazione (sviluppo o estinzione), la convergenza di ogni classe di età e la sensibilità dell'autovalore dominante al variare delle componenti della matrice. L'obiettivo di questo elaborato è quindi quello di presentare e studiare questo modello matriciale, applicandolo a esempi di popolazioni e analizzandone le analogie con il Metodo delle Potenze.

Analisi delle modalità di termoregolazione nei sistemi di perfusione ex-vivo degli organi addominali - reni e fegato - destinati al trapianto.

La perfusione ex-vivo, ossia dopo il prelievo e prima del trapianto, degli organi si afferma come una delle possibili strategie per superare il divario esistente tra il numero dei pazienti in lista d’attesa e il numero degli organi disponibili e idonei al trapianto. Questo divario ha portato alla necessità di includere tra i donatori anche quelli marginali (anziani, con comorbidità, con cause di morte come l’arresto cardiaco e tempi di ischemia), fino ad oggi considerati non trapiantabili. L’utilizzo di questi organi ha messo in evidenza alcuni limiti di quella che, ad oggi, è stata considerata la tecnica di riferimento per la preservazione ex-vivo degli organi: la conservazione statica ipotermica che risulta, infatti, efficace per gli organi ottimali, mentre per quelli più compromessi, sembra accentuare di più il danno d’organo e incrementare il rischio di fallimento o di complicazioni. Si sono, perciò, affermate tecniche di conservazione dinamica per poter conservare gli organi in un ambiente simil-fisiologico, limitando i tempi di ischemia, valutandone la funzionalità ed eventualmente applicando dei trattamenti terapeutici. I diversi protocolli di perfusione sono stati implementati in numerosi sistemi per l’esecuzione dei trattamenti di perfusione ex-vivo. Essi differiscono principalmentente per la modalità termica eseguita: ipotermia (4-12°C), midtermia (13-24°C), subnormotermia (25-35°C), normotermia (35-37°C) o modalità combinate: tanto più la temperatura si avvicina a quella del corpo, tanto più occorre ricreare un ambiente fisiologico per l’organo. L’analisi delle unità termiche costituenti i sistemi di perfusione dei reni e fegati disponibili ha messo in evidenza i principali limiti e vantaggi di ogni soluzione adottata. Risulta evidente che una gestione ideale della termoregolazione constente di coprire i più vasti intervalli di temperatura, di combinare le diverse modalità, senza complicazioni esecutive e con limitati interventi da parte dell’operatore.

Il modello di oscillatore armonico come caso di studio per mostrare il ruolo della matematica nella fisica: anchor equations ed epistemic games come strumenti di analisi di libri di testo e tutorial

Nel modo in cui oggigiorno viene intrapresa la ricerca, l’interdisciplinarità assume una posizione di sempre maggior rilievo in pressoché ogni ambito del sapere. Questo è particolarmente evidente nel campo delle discipline STEM (Scienza, Tecnologia, Ingegneria, Matematica), considerando che i problemi a cui esse fanno fronte (si pensi agli studi sul cambiamento climatico o agli avanzamenti nel campo dell’intelligenza artificiale) richiedono la collaborazione ed integrazione di discipline diverse. Anche nella ricerca educativa, l’interdisciplinarità ha acquisito negli ultimi anni una notevole rilevanza ed è stata oggetto di riflessioni teoriche e di valutazioni sulle pratiche didattiche. Nell’ampio contesto di questo dibattito, questa tesi si focalizza sull’analisi dell’interdisciplinarità tra fisica e matematica, ma ancora più nel dettaglio sul ruolo che la matematica ha nei modelli fisici. L’aspetto che si vuole sottolineare è l’esigenza di superare una concezione banale e semplicistica, sebbene diffusa, per la quale la matematica avrebbe una funzione strumentale rispetto alla fisica, a favore invece di una riflessione che metta in luce il ruolo strutturale della formalizzazione matematica per l’avanzamento della conoscenza in fisica. Per fare ciò, si prende in esame il caso di studio dell’oscillatore armonico attraverso due lenti diverse che mettono in luce altrettanti temi. La prima, quella dell’anchor equation, aiuterà a cogliere gli aspetti fondamentali del ruolo strutturale della matematica nella modellizzazione dell’oscillatore armonico. La seconda, quella degli epistemic games, verrà utilizzata per indagare materiale didattico, libri di testo e tutorial, per comprendere come diverse tipologie di risorse possano condurre gli studenti ad intendere in modi diversi la relazione di interdisciplinarità tra fisica e matematica in questo contesto.

Modello di ottimizzazione per l’analisi di più comunità energetiche nella stessa rete di distribuzione con diversi fornitori

La tesi descrive un modello AIMMS di ottimizzazione dei flussi di potenza tra gli utenti di una comunità energetica rinnovabile. Il modello considera la presenza nella stessa rete di distribuzione di più comunità energetiche. Ogni utente può scegliere un fornitore diverso dagli altri anche se partecipa ad una comunità. Sono considerati generatori fotovoltaici e sistemi di accumulo. Per i carichi sono stati generati profili tipici di utenze domestiche. Il modello è in grado di valutare i prezzi delle transazioni di energia interne a ciascuna comunità, in base alle tariffe orarie dei fornitori di energia. Per la rete di distribuzione test IEEE a 123 nodi, la tesi presenta una analisi di sensitività al variare della taglia dei sistemi di accumulo, della potenza di picco dei generatori fotovoltaici, della potenza richiesta dai carichi, del numero di comunità energetiche e dei fornitori.

Applicazione di un modello bi-obiettivo per la progettazione sostenibile di sistemi produttivi riconfigurabili

Negli ultimi anni la competitività nei mercati è notevolmente cresciuta, la complessità dei prodotti industriali è considerevolmente aumentata e quest’ultimi devono ora essere accuratamente ottimizzati sotto ogni aspetto. I prodotti, oltre ad avere dei cicli di vita più brevi, sono soggetti a un’alta personalizzazione e a una domanda variabile. Per rimanere competitive, le aziende manifatturiere devono possedere nuovi tipi di sistemi di produzione che siano convenienti e molto reattivi a tutti questi cambiamenti del mercato, quali i Sistemi di produzione riconfigurabili (Reconfigurable Manufacturing System - RMS). La particolarità di tali sistemi risiede nella capacità di cambiare rapidamente le loro strutture hardware e software, aspetto che li renda idonei a soddisfare la produzione moderna. Oltre agli aspetti produttivi, l’attenzione odierna è incentrata anche sulle tematiche ambientali legate al risparmio energetico durante i processi produttivi, alla riduzione delle quantità di CO2 emesse e alla sostenibilità ambientale. L’obiettivo di questa tesi è quello di proporre un modello di ottimizzazione multi-obiettivo che tenga conto sia della minimizzazione del tempo complessivo necessario alla movimentazione dei prodotti e alla riconfigurazione delle macchine, e sia della minimizzazione del consumo energetico. Tale modello è stato applicato ad un caso studio realistico che ha permesso di individuare un trade-off tecnico-ambientale individuando la frontiera di Pareto con punto di ottimo (134.6 min; 9346.3 kWh) che si discosta del 57% dal valore trovato ottimizzando la funzione tempo, e dello 0.76% dal valore ottenuto ottimizzando la funzione energia.

Modello di simulazione per l’analisi delle criticità di un nuovo reparto di confezionamento: il caso Orogel Società Cooperativa Agricola

L’elaborato in questione tratta la creazione, lo sviluppo e l’utilizzo di un modello di simulazione volto a simulare il funzionamento futuro di un reparto di confezionamento di vegetali surgelati, ad oggi ancora in fase di costruzione. L’obiettivo di questo modello è quello di individuare ed analizzare a priori le possibili criticità e i possibili colli di bottiglia che potrebbero verificarsi in seguito alla messa in funzione del nuovo impianto. Il modello di simulazione sarà quindi uno strumento di supporto alle decisioni che permetterà, all’azienda Orogel, di indirizzare al meglio i propri investimenti e di risparmiare tempo e costi in fase di avvio dell’impianto. Il modello, creato per mezzo del software Plant Simulation, è stato dapprima validato simulando ordini di produzione realmente realizzati dall’azienda in passato. Successivamente, a seguito di un riscontro positivo sul funzionamento del modello, si è passati al suo utilizzo. Sono state, quindi, eseguite simulazioni riferite sia al funzionamento nominale dell’impianto sia a possibili scenari alternativi come, ad esempio, un aumento delle battute della linea. È seguita una fase di analisi dei risultati nei diversi scenari. Quello che si è riscontrato è che, durante il funzionamento nominale, non vi sono particolari criticità mentre, in determinati scenari alternativi, sono stati individuati alcuni colli di bottiglia. Sono state, dunque, suggerite possibili soluzioni per fronteggiare tali problematiche.

Implementazione di un sistema di traduzione automatica: un caso di studio per la traduzione italiano-cinese

Il lavoro di tesi presentato è nato da una collaborazione con il Politecnico di Macao, i referenti sono: Prof. Rita Tse, Prof. Marcus Im e Prof. Su-Kit Tang. L'obiettivo consiste nella creazione di un modello di traduzione automatica italiano-cinese e nell'osservarne il comportamento, al fine di determinare se sia o meno possibile l'impresa. Il trattato approfondisce l'argomento noto come Neural Language Processing (NLP), rientrando dunque nell'ambito delle traduzioni automatiche. Sono servizi che, attraverso l'ausilio dell'intelligenza artificiale sono in grado di elaborare il linguaggio naturale, per poi interpretarlo e tradurlo. NLP è una branca dell'informatica che unisce: computer science, intelligenza artificiale e studio di lingue. Dal punto di vista della ricerca, le più grandi sfide in questo ambito coinvolgono: il riconoscimento vocale (speech-recognition), comprensione del testo (natural-language understanding) e infine la generazione automatica di testo (natural-language generation). Lo stato dell'arte attuale è stato definito dall'articolo "Attention is all you need" \cite{vaswani2017attention}, presentato nel 2017 a partire da una collaborazione di ricercatori della Cornell University.\\ I modelli di traduzione automatica più noti ed utilizzati al momento sono i Neural Machine Translators (NMT), ovvero modelli che attraverso le reti neurali artificiali profonde, sono in grado effettuare traduzioni o predizioni. La qualità delle traduzioni è particolarmente buona, tanto da arrivare quasi a raggiungere la qualità di una traduzione umana. Il lavoro infatti si concentrerà largamente sullo studio e utilizzo di NMT, allo scopo di proporre un modello funzionale e che sia in grado di performare al meglio nelle traduzioni da italiano a cinese e viceversa.

Progettazione di un modulo di rinnovo dell'aria ambiente con recupero termico. Applicazione ad un caso reale

L’elaborato riguarda la progettazione di un modulo di rinnovo dell’aria ambiente con recupero termico, che integri anche la funzione di climatizzazione invernale ed estiva. L’applicazione è partita dall’analisi di un caso reale, ossia la palazzina uffici dell’azienda Galletti S.p.A. Per tutti gli uffici interessati si è proceduto alla verifica del carico termico invernale, nonché dei fabbisogni di aria di rinnovo sulla base dei tassi di occupazione previsti dalle norme e parallelamente dei tassi di occupazione reali. In tale elaborato vengono illustrate le due normative relative alla ventilazione applicabili in Italia, quella italiana (UNI 10339) e quella europea (UNI EN 16798-1), le quali permetteranno di ottenere i valori di ricambi d’aria necessari per i singoli ambienti. Per effettuare i ricambi di aria si è scelto di dimensionare un sistema di VMC puntuale. Successivamente si sono analizzati i principali inquinanti indoor e tra questi è stata scelta come indice di qualità dell’aria interna la concentrazione di CO2, in quanto il controllo della sua concentrazione permette di avere un indice di un corretto ricambio dell’aria ambiente. Per effettuare il dimensionamento della macchina si sono presi come locali tipo undici uffici dello stabilimento Galletti. Nel lavoro di selezione sono stati individuati i recuperatori a piastre in alluminio e i ventilatori necessari. Si è poi applicato un modello dinamico di accumulo di CO2 in ambienti chiusi creato in Galletti per monitorare l’andamento della concentrazione di CO2 nel tempo con diversi valori di portata di rinnovo, considerando tre livelli di isolamento dell’involucro. Il modello fornisce indicazioni sul tipo di regolazione che si prevede per la macchina. Per ciascun ambiente è stata formulata una proposta di sostituzione dell’unità di climatizzazione presente (fan coil) con una nuova unità in grado di fare fronte al tasso di rinnovo richiesto ed alla climatizzazione invernale in condizioni di progetto.

Progettazione di un kit di supporto ai corsi Project Based Learning: il ruolo del tutor nel modello Tech to Market.

L’istruzione superiore in Europa è stata oggetto di un significativo processo di riforma: è aumentato l’interesse per un modello di apprendimento intorno ai progetti, centrato sullo studente, che favorisse lo sviluppo di competenze trasversali – il project-based learning (PBL). Inserire il PBL nelle Università richiede un processo di innovazione didattica: il curriculum di un corso PBL e le competenze richieste all’insegnante si differenziano dall’apprendimento tradizionale. Senza un'adeguata attenzione ai metodi di supporto per insegnanti e studenti, questi approcci innovativi non saranno ampiamente adottati. L’obiettivo di questo studio è determinare in che modo sia possibile implementare un corso PBL non presenziato da figure esperte di PBL. Le domande della ricerca sono: è possibile implementare efficacemente un approccio PBL senza il coinvolgimento di esperti dei metodi di progettazione? come si declinano i ruoli della facilitazione secondo questa configurazione: come si definisce il ruolo di tutor d’aula? come rafforzare il supporto per l’implementazione del corso? Per rispondere alle domande di ricerca è stata utilizzata la metodologia AIM-R. Viene presentata la prima iterazione dell’implementazione di un corso di questo tipo, durante la quale sono state svolte attività di ricerca e raccolta dati. L’attività di facilitazione è affidata a tre figure diverse: docente, tutor d’aula e coach professionisti. Su questa base, sono stati definiti gli elementi costituenti un kit di materiale a supporto per l’implementazione di corsi PBL. Oltre a un set di documenti e strumenti condivisi, sono stati elaborati i vademecum per guidare studenti, tutor e docenti all’implementazione di questo tipo di corsi. Ricerche future dovranno essere volte a identificare fattori aggiuntivi che rendano applicabile il kit di supporto per corsi basati su un modello diverso dal Tech to Market o che utilizzino strumenti di progettazione diversi da quelli proposti durante la prima iterazione.

Traveling waves nei modelli di reazione e diffusione. Il modello di Tuckwell-Miura per la Cortical Spreading Depression

In questa tesi viene discusso il ruolo delle equazioni di diffusione e reazione e delle loro soluzioni di tipo traveling waves in alcuni modelli matematici per le scienze biomediche. Prima di tutto, viene analizzata l’equazione di Fisher-Kolmogorov-Petrovskii-Piskunov, che costituisce il prototipo di pdes di diffusione e reazione ad una specie. In seguito, si determinano condizioni per la nascita di instabilità di Turing nei modelli a due specie interagenti. La nostra attenzione si rivolge poi ai sistemi di diffusione e reazione con termini sorgente degeneri e caratterizzati dal possedere una famiglia di stati di equilibrio che dipende in modo continuo da un insieme di parametri. Si studiano gli effetti che una perturbazione ampia e fortemente localizzata di una delle popolazioni ha sulle soluzioni di tali sistemi e si ricavano condizioni affinché si generino traveling waves. Da ultimo, come applicazione degli studi effettuati, si analizza il modello di Tuckwell-Miura per la cortical spreading depression, un fenomeno in cui un’onda di depolarizzazione si propaga nelle cellule nervose della corteccia cerebrale.

Modelli Stocastici per la valutazione di un Total Return Swap

L’obiettivo del presente lavoro di tesi è quello di derivare la valutazione di un Total Return Swap (TRS) utilizzando la modellistica stocastica che sta alla base dello studio del pricing di derivati finanziari. I contratti di tipo swap, la cui origine è collocata intorno agli anni ’70, prevedono lo scambio di flussi tra due parti, definiti sulla base del sottostante. In particolare, un Total Return Swap è un derivato finanziario che prevede lo scambio periodico di pagamenti definiti rispetto alla gamba di performance del sottostante e alla gamba di interesse. L’elaborato è composto da un’introduzione alle nozioni matematiche preliminari alla costruzione di un modello di mercato utile a derivare il pricing di un derivato (i.e. Teoria di non arbitraggio, esistenza di una misura martingala e le condizioni sotto le quali questa è unica). Nel secondo capitolo, vengono presentate le definizioni finanziarie necessarie alla descrizione di tali prodotti (e.g. Tassi d’interesse spot e Tassi forward). Nel corso della tesi viene presentata una rassegna della modellistica per l’evoluzione dei tassi descritti da dinamiche di volta in volta più complesse, e.g. Modello di Vasicek, modello di Dothan e approccio di Heath-Jarrow-Morton (HJM). In tale contesto, sono state derivate le formule di valutazione ad Accrual e a Net Present Value (NPV) per il TRS sfruttando la teoria di non arbitraggio, la cui principale differenza diviene dal considerare o meno l’attualizzazione tramite il fattore di sconto stocastico dei flussi di cassa previsti tra le due parti del contratto. Nell’ultimo capitolo, viene presentata un’analisi delle due modalità di pricing effettuata su due TRS rispettivamente su basket di azioni e basket di indici.