Electrical Impedance Tomography: strategie algoritmiche per il problema inverso

La tomografia ad impedenza elettrica è un metodo di imaging relativamente nuovo che ha suscitato interesse in un ampia gamma di discipline, la sua portabilità, sicurezza e basso costo suggeriscono che potrebbe risolvere diversi problemi clinici. Matematicamente il problema dell'EIT può essere suddiviso in un problema in avanti e uno inverso. Il problema forward, si basa su un'equazione differenziale parziale ellittica, e definisce l'insieme delle tensioni misurate a partire da una distribuzione nota di conducibilità. Il problema inverso è modellato come un problema dei minimi quadrati non lineare, in cui si cerca di ridurre al minimo la differenza tra le tensioni misurate e quelle generate dalla conducibilità ricostruita. Il problema inverso è mal posto e porta ad una soluzione che non dipende con continuità dai dati e quindi le tecniche di ricostruzione richiedono l'introduzione di un termine di regolarizzazione. L'elaborato si concentra sulle strategie algoritmiche per il problema inverso e sulla realizzazione di un'interfaccia grafica in grado di settare i parametri e confrontare velocemente i metodi proposti. Il progetto nella sua visione più ampia vorrebbe utilizzare le strategie algoritmiche proposte per dati ottenuti dal sistema prodotto dall'Università di Bologna nel laboratorio di Ingegneria Cellulare e Molecolare (ICM) di Cesena. I risultati dei test consentono di delineare quali siano gli strumenti migliori per poter arrivare ad una corretta ricostruzione dell'immagine nonché suggerire possibili miglioramenti della configurazione hardware al fine arrivare a risultati sperimentali completi.

Ottimizzazione unidimensionale nella scuola secondaria di secondo grado: un percorso didattico con GeoGebra

L'argomento principale discusso in questa tesi riguarda la proposta di un'attività laboratoriale circa la trattazione di problemi di ottimizzazione unidimensionale in una scuola secondaria di secondo grado. Tale argomento rientra, infatti, tra le voci all'interno dei programmi ministeriali stilati per le classi terze dei Licei Scientifici, come applicazione dello studio e dell'analisi della parabola e come preambolo per la trattazione di problemi isoperimetrici e geometrici. Si tratta, dunque, di risolvere dei problemi di massimo e minimo senza utilizzare la derivata, sfruttando solamente la parabola e l'aspetto grafico del problema. Da qui, l'importanza di soffermarsi sulla visualizzazione corretta della situazione problematica, facendo proprie le potenzialità di software didattici, come GeoGebra, che permettono agli studenti di risolvere le proprie difficoltà. Verrà quindi illustrato il percorso didattico progettato: i risultati teorici elaborati e le modalità di ragionamento; lo sviluppo storico che vi è dietro, soffermandosi sugli studi di alcuni matematici importanti; alcune applicazioni reali dell'ottimizzazione, mostrando specialmente qualche legame con la fisica. Viene riportato, anche, lo svolgimento di alcuni esercizi, confrontando sia la modalità più tradizionale che quella incentrata sulla costruzione grafica su GeoGebra. Nell'ultimo Capitolo, infine, viene fornita una analisi dei feedback e dei risultati relativa all'attività laboratoriale, che è stata presentata all'interno di una classe terza di un Liceo Scientifico: verranno esaminati i livelli di competenze raggiunti e gli eventuali vantaggi offerti da una trattazione di questo tipo.

Impossible Space circolare per favorire la locomozione naturale

In questa relazione di tesi verrà affrontato il problema della locomozione naturale in ambienti virtuali che possiedono una grandezza maggiore dello spazio reale nel quale l'utente si muove. Negli anni sono stati sviluppati numerosi metodi di navigazione, ma tra tutti la locomozione naturale è il sistema che porta un livello di immersione maggiore nello spazio virtuale, più di qualsiasi altra tecnica. In questo lavoro di tesi verrà proposto un algoritmo in grado di favorire la locomozione naturale all'interno di lunghi spazi chiusi, andando a modificare la geometria dello spazio virtuale (che andrà ad assumere una forma circolare) e mantendendo comunque un certo grado di realismo dal punto di vista dell'utente. L'obiettivo è quello di tradurre uno spazio virtuale chiuso e lungo (caso comune: un corridoio) in una forma circolare inscritta in una stanza di 2x2m, con un approccio simile a quello degli impossible spaces, con l'obiettivo di studiare in futuro entro quale percentuale di sovrapposizione l'utente si accorge di trovarsi in una geometria impossibile. Nel primo capitolo verranno introdotti i concetti chiave di VR e AR, nonché un'introduzione all'Engine Unity e al software Blender. Nel secondo capitolo si tratterà di computer graphics, quindi si introdurranno i concetti base della grafica 3D con un focus sulla matematica alla base di ogni processo grafico. Nel terzo capitolo verrà affrontano il concetto di embodiment, quindi la percezione del proprio corpo, l'importanza dell'immersitvità dei sistemi virtuali e verrà descritto un paper precedentemente realizzato riguardante tale concetto. Nel capitolo quattro si parlerà del movimento all'interno dei sistemi di realtà virtuale, della locomozione naturale e delle tecniche per rendere tale metodo più accessibile. Nel capitolo cinque infine verrà descritto l'algoritmo realizzato e verranno mostrati i risultati.

Sviluppo di un codice per il calcolo delle frequenze naturali di cavità acustiche e strutture per applicazioni aeronautiche

Lo scopo di questo lavoro è lo sviluppo, mediante il linguaggio di programmazione Python, di un applicativo per il calcolo e la visualizzazione di frequenze naturali per strutture e cavità. L’applicativo consiste di un’interfaccia grafica e di una libreria nella quale si trovano le diverse tipologie di strutture e cavità presenti in letteratura. I vari sistemi possono essere vincolati da diverse condizioni al contorno e sono inoltre costituiti da materiali isotropi, nel caso di strutture, e fluidi, nel caso di cavità. La prima parte del lavoro comprende la codifica delle soluzioni analitiche per l’analisi modale. La seconda fase è, invece, incentrata sulla validazione del codice, utilizzando un software commerciale per la comparazione di frequenze naturali e forme dei modi.

Gamification e User eXperience: uno studio per Casa Bufalini

L'obiettivo di questo lavoro di tesi è, quindi, quello di studiare delle soluzioni all'avanguardia ed effettuare la progettazione di un nuovo modulo innovativo di una web app attualmente in uso sul sito #Cesenadavivere di Casa Bufalini. Quest'ultima dovrà essere in grado di introdurre la navigazione di percorsi in modalità gaming, cioè tramite funzioni di riconoscimento automatico di punti di interesse come monumenti, edifici o stanze, a partire da immagini di elementi che li caratterizzano. Il progetto prevede anche di analizzare lo stato dell'arte dello sviluppo della web app e definirne al meglio l'evoluzione. Per renderlo possibile è necessario uno studio approfondito dello stato dell'arte di User Experience e Gamification. Queste due materie vengono sempre più utilizzate nella progettazione di applicazioni e tecnologie di contesti non di gioco, con il fine di aumentare il coinvolgimento degli utenti e migliorando la qualità del prodotto finale. Infatti, queste tecniche sono tutt'altro che utilizzate per il solo scopo di gioco, ma hanno il compito di rendere più fruibili e coinvolgenti le partecipazioni o utilizzi delle persone. L'obiettivo finale è quello di realizzare e proporre la realizzazione di un prototipo dell'interfaccia grafica che successivamente verrà valutata con un coinvolgimento di utenti target. Il risultato atteso sarà ottenere la migliore interfaccia grafica per soddisfare le necessità date dalla scelta delle possibili tecnologie da utilizzare. Queste necessità verranno prima ipotizzate dallo studio dello stato dell'arte delle materie e della piattaforma e poi verranno successivamente convalidate tramite dei test, i quali verranno effettuati cercando di coinvolgere un numero che vada da minimo cinque a dieci persone.

Data Visualization e Sonification per aumentare la consapevolezza sull'inquinamento attraverso un'applicazione web interattiva

Nonostante la consapevolezza sulle condizioni non ottimali della qualità dell'aria sia sempre più diffusa, a molte persone risulta ancora insidioso comprendere il significato dei dati sull'argomento tramite la sola rappresentazione grafica. L'obbiettivo di questo progetto è quello di presentare, tramite un'applicazione web interattiva, le informazioni sull'inquinamento atmosferico in maniera più semplice e coinvolgente. La strategia scelta è la Sonificazione: un processo che trasforma un dato di qualsiasi natura in un suono che ne rispecchia le caratteristiche. Su questa base, vengono approfondite le problematiche dell'inquinamento, le metodologie di rappresentazione e le debolezze di queste ultime. Dopo essere entrato in dettaglio sul funzionamento della Sonificazione e sulle sue applicazioni, il volume segue lo sviluppo del sistema in tutte le sue fasi: l'analisi dei requisiti, la scelta delle tecnologie, l'implementazione e i test. L'elaborato presta particolare attenzione a spiegare in dettaglio la realizzazione della traccia audio di Sonificazione, l'elemento più importante di tutto l'applicativo.

Progetto e implementazione di software di segmentazione assistita di immagini mediche e predizione di biomarkers

La segmentazione prevede la partizione di un'immagine in aree strutturalmente o semanticamente coerenti. Nell'imaging medico, è utilizzata per identificare, contornandole, Regioni di Interesse (ROI) clinico, quali lesioni tumorali, oggetto di approfondimento tramite analisi semiautomatiche e automatiche, o bersaglio di trattamenti localizzati. La segmentazione di lesioni tumorali, assistita o automatica, consiste nell’individuazione di pixel o voxel, in immagini o volumi, appartenenti al tumore. La tecnica assistita prevede che il medico disegni la ROI, mentre quella automatica è svolta da software addestrati, tra cui i sistemi Computer Aided Detection (CAD). Mediante tecniche di visione artificiale, dalle ROI si estraggono caratteristiche numeriche, feature, con valore diagnostico, predittivo, o prognostico. L’obiettivo di questa Tesi è progettare e sviluppare un software di segmentazione assistita che permetta al medico di disegnare in modo semplice ed efficace una o più ROI in maniera organizzata e strutturata per futura elaborazione ed analisi, nonché visualizzazione. Partendo da Aliza, applicativo open-source, visualizzatore di esami radiologici in formato DICOM, è stata estesa l’interfaccia grafica per gestire disegno, organizzazione e memorizzazione automatica delle ROI. Inoltre, è stata implementata una procedura automatica di elaborazione ed analisi di ROI disegnate su lesioni tumorali prostatiche, per predire, di ognuna, la probabilità di cancro clinicamente non-significativo e significativo (con prognosi peggiore). Per tale scopo, è stato addestrato un classificatore lineare basato su Support Vector Machine, su una popolazione di 89 pazienti con 117 lesioni (56 clinicamente significative), ottenendo, in test, accuratezza = 77%, sensibilità = 86% e specificità = 69%. Il sistema sviluppato assiste il radiologo, fornendo una seconda opinione, non vincolante, adiuvante nella definizione del quadro clinico e della prognosi, nonché delle scelte terapeutiche.

Supporto alla creazione e gestione di una rete virtualizzata basata su controller Ryu

L'erogazione dei servizi informatici tramite cloud è ormai una delle soluzioni più in voga nel mercato odierno, tant'è che, analizzando le statistiche fornite dalle piattaforme principali, anche il futuro sembra andare proprio in quella direzione. Quest'evoluzione avrà un forte impatto persino nelle telecomunicazioni, dove le tecniche di virtualizzazione e softwarizzazione vengono già oggi impiegate per facilitare la gestione delle infrastrutture di rete, creando le cosiddette SDN (Software Defined Network). I provider che scelgono di adottare queste soluzioni ottengono un elevato grado di flessibilità dei propri servizi, facilitando notevolmente lo sviluppo di nuove funzionalità, grazie alla presenza di controller esterni a cui vengono demandati gli aspetti di gestione della rete stessa. In uno scenario di questo tipo è fondamentale che gli strumenti volti allo studio e alla sperimentazione di reti software-based siano in grado di stare al passo con i tempi, utilizzando tecnologie all'avanguardia ed accessibili anche agli utenti che si interfacciano per la prima volta con queste metodologie. Perché questo sia possibile è necessario che telecomunicazioni e sviluppo software, aspetti storicamente appartenenti a due mondi dell'informatica paralleli, si uniscano. Ad oggi gli strumenti che permettono di operare su SDN sono innumerevoli, ma spesso accomunati dalla mancanza di qualsivoglia interfaccia grafica, restringendo l'utenza di riferimento ad un gruppo ancor più di nicchia, escludendo gli utilizzatori alle prime armi. L'obiettivo di questo progetto è proporre uno strumento alternativo, basato su Ryu, che permetta all’utente di creare, configurare e gestire secondo le proprie esigenze una rete virtuale, attraverso un’interfaccia grafica e un simulatore interattivo per controllare e visualizzare lo stato dei dispositivi connessi. Infine, verranno analizzati i vantaggi didattici ottenuti dall'impiego dell'applicativo rispetto alle metodologie classiche.

Tecnologie di Monitoraggio per Architetture ad Eventi in Ambito Enterprise

La maggioranza degli applicativi che utilizziamo quotidianamente come siti di e-commerce e portali di home banking basano il proprio funzionamento su un’infrastruttura a microservizi, cioè un modello architetturale in cui un insieme di più sottocomponenti collabora scambiandosi dati per permettere agli utenti finali di fruire di un servizio. Questo pattern rappresenta lo standard adottato dagli applicativi moderni che ha ormai soppiantato il più datato modello monolitico in cui l’intero funzionamento veniva gestito in un’unica unità implementativa di grandi dimensioni, difficile da sviluppare e mantenere all’aumentare delle funzionalità richieste. Decomporre un unico software in più sottocomponenti permette di ridistribuirne la complessità totale richiedendo però un insieme di accortezze e di strumenti consoni per gestire tutte le entità da sviluppare. A tale scopo al giorno d’oggi è molto importante l’utilizzo della telemetria, cioè la tecnologia che consiste nella raccolta a distanza dei dati generati dai componenti a scopo di analisi di funzionamento e performance dell’intera piattaforma. L’adozione di questa tecnologia comporta numerosi benefici, sia a livello implementativo che dal punto di vista del mantenimento della piattaforma, che potrà essere monitorata anche dopo il rilascio. In questo elaborato di tesi sono stati implementati due use case realistici di piattaforme a microservizi che ricevono ed elaborano dati, alle quali sono state aggiunte nella fase di sviluppo software le funzionalità di due diversi strumenti di telemetria. L’obiettivo è permettere l’analisi dello storico delle elaborazioni eseguite per poter ricostruire il funzionamento dell’intero applicativo a scatola chiusa, analizzando le metriche generate nei log dei microservizi o in un’interfaccia grafica raggiungibile tramite browser. All’interno dell’elaborato verranno descritti tutti i dettagli implementativi, analizzando poi i benefici ottenuti dall’adozione di questi strumenti.