Caratterizzazione sperimentale di trasduttori piezoelettrici mediante circuiti equivalenti elettromeccanici

Attualmente la costante diffusione delle sensor network e lo sviluppo di apparati elettronici a basso consumo di energia hanno fatto in modo di motivare la ricerca nel campo dell’elettronica che tenta di spiegare il concetto dell'energy harvesting per raccogliere energia dall'ambiente circostante. I sistemi che raccolgono quella energia che normalmente va persa sono di diversi tipi.

Implementazione dell'algoritmo filtered back-projection (FBP) per architetture low-power di tipo systems-on-chip

Il presente lavoro di tesi, svolto presso i laboratori dell'X-ray Imaging Group del Dipartimento di Fisica e Astronomia dell'Università di Bologna e all'interno del progetto della V Commissione Scientifica Nazionale dell'INFN, COSA (Computing on SoC Architectures), ha come obiettivo il porting e l’analisi di un codice di ricostruzione tomografica su architetture GPU installate su System-On-Chip low-power, al fine di sviluppare un metodo portatile, economico e relativamente veloce. Dall'analisi computazionale sono state sviluppate tre diverse versioni del porting in CUDA C: nella prima ci si è limitati a trasporre la parte più onerosa del calcolo sulla scheda grafica, nella seconda si sfrutta la velocità del calcolo matriciale propria del coprocessore (facendo coincidere ogni pixel con una singola unità di calcolo parallelo), mentre la terza è un miglioramento della precedente versione ottimizzata ulteriormente. La terza versione è quella definitiva scelta perché è la più performante sia dal punto di vista del tempo di ricostruzione della singola slice sia a livello di risparmio energetico. Il porting sviluppato è stato confrontato con altre due parallelizzazioni in OpenMP ed MPI. Si è studiato quindi, sia su cluster HPC, sia su cluster SoC low-power (utilizzando in particolare la scheda quad-core Tegra K1), l’efficienza di ogni paradigma in funzione della velocità di calcolo e dell’energia impiegata. La soluzione da noi proposta prevede la combinazione del porting in OpenMP e di quello in CUDA C. Tre core CPU vengono riservati per l'esecuzione del codice in OpenMP, il quarto per gestire la GPU usando il porting in CUDA C. Questa doppia parallelizzazione ha la massima efficienza in funzione della potenza e dell’energia, mentre il cluster HPC ha la massima efficienza in velocità di calcolo. Il metodo proposto quindi permetterebbe di sfruttare quasi completamente le potenzialità della CPU e GPU con un costo molto contenuto. Una possibile ottimizzazione futura potrebbe prevedere la ricostruzione di due slice contemporaneamente sulla GPU, raddoppiando circa la velocità totale e sfruttando al meglio l’hardware. Questo studio ha dato risultati molto soddisfacenti, infatti, è possibile con solo tre schede TK1 eguagliare e forse a superare, in seguito, la potenza di calcolo di un server tradizionale con il vantaggio aggiunto di avere un sistema portatile, a basso consumo e costo. Questa ricerca si va a porre nell’ambito del computing come uno tra i primi studi effettivi su architetture SoC low-power e sul loro impiego in ambito scientifico, con risultati molto promettenti.

Progettazione ed implementazione di una piattaforma per il monitoraggio della copertura internet mobile attraverso un approccio di data-crowdsourcing

L'obiettivo di questa Tesi di laurea è di creare un applicativo che informi gli utenti sulle reti circostanti, in particolare sulla qualità del segnale, sulle zone in cui la rete mobile è carente e sui punti d'accesso aperti. Per l'implementazione del servizio, è stato adottato un modello di business, il Crowdsourcing, per raccogliere informazioni sui sistemi di connessione, affinché qualsiasi utente dotato di Smartphone possa aggiungere elementi al dataset.

Modellazione elettromeccanica di una macchina automatica opercolatrice

Nella tesi si è studiata una macchina automatica per l'industria farmaceutica: l'Adapta 100, un'opercolatrice (macchina riempi-capsule) prodotta da IMA SpA. Gli scopi della tesi erano chiarire il flusso di potenza dei vari assi e valutare un possibile risparmio energetico. La macchina infatti ha diversi motori: uno, collegato all'asse master, che comanda i gruppi non rimovibili e gli altri che comandano i gruppi di dosaggio. Tali motori in generale, per qualche tratto del ciclo della macchina, potranno lavorare come generatori, anche considerando il solo funzionamento a regime: si avrà cioè, in qualche istante, che le forze esterne tendono ad accelerare il motore, che così assorbe energia meccanica e produce energia elettrica. Attualmente tale energia viene dissipata in apposite resistenze collegate ai motori; ci si è chiesti se non si potesse invece immagazzinare l'energia prodotta, ad esempio per usarla in caso di black-out, per frenare delicatamente la macchina senza che gli assi perdano la fase. Un'alternativa è quella di ridistribuire la potenza generata istante per istante collegando i motori a un comune bus DC. Prima però è necessario conoscere gli andamenti di coppia e velocità di ciascun motore: per questo ci si è ricondotti al modello della macchina a 1 gdl, riducendo tutte le coppie e le inerzie all'asse motore. Si sono studiati i due assi più importanti in termini di coppie e potenze di picco: questi sono l'asse master e l'asse di dosaggio della polvere farmaceutica. Il modello è stato concretamente implementato con degli script MATLAB. Il modello risulta flessibile, per considerare le varie modalità di funzionamento della macchina, e considera i principali termini di coppia, inclusi attriti (inseriti sotto forma di rendimenti) e forze esterne di lavorazione. Tra queste è particolarmente importante la forza di compattazione della polvere, che è stata modellata con la formula di Kawakita, nota dalla letteratura.

Ottimizzazione di un'unita di controllo per protesi mioelettrica di arto superiore e confronto prestazionale tramite programmable automation controller e motion capture

Con il passare degli anni le tecnologie nel campo delle protesi mioelettriche di arto superiore stanno compiendo sempre più passi in avanti. In questo elaborato di tesi si darà un iniziale introduzione sulla protesica di arto superiore cercando di coprire tutte le possibili tipologie di protesi, prestando particolare attenzione agli arti artificiali mioelettrici. Gli scopi di questo studio sono in prima analisi una miglioria dell'unità di controllo di una protesi comandata da segnali elettromiografici di superficie, tramite l'utilizzo del nuovo IDE della Microchip (MPLAB X). In seconda analisi, invece, si attuerà un confronto prestazionale a livello di consumo in corrente di un prototipo di protesi mioelettrica nata dalla sinergia tra l'azienda "Selex ES" e il "Centro Protesi INAIL di Vigorso di Budrio". Per questo studio ci si è serviti di stereofotogrammetrica per la determinazione delle grandezze meccaniche, mentre tramite un sistema PAC si è riusciti ad ottenere specifiche grandezze elettriche. Lo studio ha portato, a livello di Firmware, l'inserimento del giusto comando di attuazione di un servofreno comandato in corrente e l'introduzione di una particolare modalità a basso consumo che consente un risparmio energetico di circa il 60% rispetto alla vecchia modalità. Discorso diverso per i risultati del confronto prestazionale che non ha portato ai risultati sperati in fase di progetto.

Valutazione dell'efficienza ambientale dei tetti verdi a livello globale: Confronto tra casi di studio

Nel mio lavoro di tesi è stata valutata l'influenza climatica sulle prestazioni dei tetti verdi relativamente alla riduzione del runoff, il risparmio energetico e il miglioramento della qualità dell'aria.

Controllo di un impianto ad aria compressa per limitare gli avviamenti del compressore mediante regolatore misto retroazione-azione in avanti

Progetto di un sistema di controllo della pressione dellʼaria compressa in un serbatoio. In particolare, dopo aver introdotto gli impianti ad aria compressa e mostrato i vari parametri di tali impianti, si vedrà̀ un modo di progettare un sistema di controllo che permetta di inviare allʼutenza una portata di aria che consenta di mantenere costante la pressione nel serbatoio di accumulo, dal quale lʼutenza preleva la portata. Il sistema permetterà di variare allʼoccorrenza lo spazio nocivo (o volume nocivo) del compressore volumetrico dellʼimpianto, in base a quanto volume dʼaria viene richiesto ad ogni ciclo di mandata dallʼutenza (volume dʼaria per ciclo o portata dʼaria); in generale i compressori di questo tipo di impianti possono essere o volumetrici o rotativi, ma in questo lavoro di tesi ci si concentrerà su compressori volumetrici. Il sistema servirà a fare in modo di mantenere la pressione nel serbatoio costante, per evitare dannose sovrappressioni al suo interno (o al contrario pressioni troppo basse), che con lʼausilio di pressostati inducono lo spegnimento del compressore (pressioni troppo basse al contrario ne inducono lʼaccensione se spento), con successivo riavviamento. Quindi il sistema aiuterà a limitare il più possibile il numero di avviamenti, riducendo il consumo energetico dovuto alle correnti di spunto ed evitando di danneggiare il compressore. Per verificare il corretto funzionamento del sistema si utilizzerà un modello simulato del sistema di controllo della pressione nel serbatoio realizzato in ambiente software Simulink. Verrà infine anche quantificato il risparmio economico che si ottiene con lʼintroduzione del sistema.

Le nuove sfide del fotovoltaico in Italia. Saggio di traduzione in prospettiva testuale.

Questa tesi, nata all'interno del progetto "LANGUAGE TOOLKIT: Le lingue straniere al servizio dell'internazionalizzazione d'impresa", ha come oggetto la traduzione funzionale dall'italiano all'inglese dei tre testi proposti e redatti dall'azienda cesenate Bloomfield Srl: la lettera di presentazione aziendale, il sito web e il company profile. I testi si rivolgono ad un pubblico non esperto in materia che desidera ampliare le proprie conoscenze in merito alle possibilità offerte dalle nuove tecnologie rinnovabili per il risparmio energetico, con particolare riguardo a quelle fotovoltaiche. Questo lavoro parte dal presupposto che l'analisi testuale dei testi di partenza sia una fase propedeutica imprescindibile per la traduzione degli stessi: dopo aver presentato una panoramica generale sulle fonti rinnovabili e l'energia solare, sono stati esaminati infatti i tre testi italiani e i fattori linguistici ed extralinguistici di maggior rilievo. Successivamente, la tesi si focalizza sul commento alla traduzione: dopo aver illustrato l'approccio familiarizzante, ovvero la macrostrategia traduttiva adottata, sono stati analizzati i livelli testuale, morfosintattico e lessicale. E' stata effettuata, inoltre, un'analisi approfondita degli aspetti terminologici relativi alle fonti di energia rinnovabili: in particolare, sono state esaminate le modalità d'impiego dei termini specialistici nei testi divulgativi e la loro frequenza. Infine, la tesi approfondisce il tema della traduzione come atto comunicativo interculturale, presentando e analizzando gli aspetti culturospecifici che in fase traduttiva sono spesso causa di dubbi e difficoltà.

Impianto di trigenerazione e attestato di qualificazione energetica

Gli obiettivi di questa tesi sono: - Approfondire gli aspetti normativi contenuti nella normativa UNI TS 11300; - Redigere gli attestati di qualificazione energetica di due edifici universitari in costruzione in zona Navile (Facoltà di chimica ed astronomia) utilizzando il software MC4; - Analizzare i dati della centrale di trigenerazione del comprensorio fieristico-direzionale di Bologna; - Approfondire gli aspetti della Bioedilizia e del risparmio energetico.

Riqualificazione architettonica ed energetica: il caso del comparto via Torino-via degli Ortolani a Bologna

Effettuando un’analisi della condizione attuale del parco edilizio che costituisce le nostre città e periferie, ciò che si può rilevare è che questo, allo stato attuale, risulta in condizioni di grave degrado tecnologico, energetico, sociale ed architettonico. Diviene pertanto necessario intervenire su questa ampia porzione di città. A tal fine possono essere attuati due metodi di intervento: la trasformazione dell’esistente attraverso la completa sostituzione dei manufatti edilizi, oppure la riqualificazione dell’esistente con opere mirate. Questo secondo modello di intervento ha il pregio di riconoscere il valore culturale del tessuto edilizio esistente, puntando a criteri di sviluppo sostenibile, e guardando ai manufatti esistenti riconoscendone il potenziale economico ed architettonico. Allo stato attuale pertanto la disciplina punta a questo secondo metodo di intervento ricercando soluzioni in grado di modificare le prestazioni dell’edificio fino a renderle soddisfacenti in rapporto alle nuove esigenze ambientali, economiche, del vivere contemporaneo dell’individuo e della collettività nel suo complesso. Tra le opere che possono essere attuate al fine di riqualificare queste preziose aree, oltre a quelle di riqualificazione che mirano al miglioramento del comportamento energetico e della qualità architettonica dell’edificio esistente, si considera anche l’intervento per addizione, che permette la densificazione dei tessuti esistenti attraverso l’aumento del numero di alloggi sociali e l’implementazione dei servizi. In questo modo si va ad implementare e completare la gamma di prestazioni di un manufatto edilizio che non è più in grado di soddisfare tutte quelle esigenze del vivere contemporaneo. Il risultato finale è quindi un sistema edilizio che, grazie all’intervento, può vantare una valorizzazione complessiva del patrimonio immobiliare, grazie agli elevati livelli di prestazione energetica, alle condizioni di vivibilità eccellenti raggiunte e alla migliorata qualità architettonica.

On the accuracy of Software-based Energy Estimation Techniques

This paper examines the accuracy of software-based on-line energy estimation techniques. It evaluates today’s most widespread energy estimation model in order to investigate whether the current methodology of pure software-based energy estimation running on a sensor node itself can indeed reliably and accurately determine its energy consumption - independent of the particular node instance, the traffic load the node is exposed to, or the MAC protocol the node is running. The paper enhances today’s widely used energy estimation model by integrating radio transceiver switches into the model, and proposes a methodology to find the optimal estimation model parameters. It proves by statistical validation with experimental data that the proposed model enhancement and parameter calibration methodology significantly increases the estimation accuracy.

Service Descriptions and Linked Data for Integrating WSNs into Enterprise IT

This paper presents our ongoing work on enterprise IT integration of sensor networks based on the idea of service descriptions and applying linked data principles to them. We argue that using linked service descriptions facilitates a better integration of sensor nodes into enterprise IT systems and allows SOA principles to be used within the enterprise IT and within the sensor network itself.

Entwicklung von energieautarken, intelligenten Ladehilfsmitteln am Beispiel des inBin

Das autonome, intelligente Ladehilfsmittel verkörpert die Idee des Internets der Dinge in der Intralogistik in Reinform. Am Beispiel des inBin wird das Energy-Harvesting in der Intralogistik betrachtet und gezeigt, dass ein Behälter mit komplexen logistischen Funktionen unter realistischer Umgebungsbeleuchtung durch Solarzellen betrieben werden kann.

NodePM: A Remote Monitoring Alert System for Energy Consumption Using Probabilistic Techniques

In this paper, we propose an intelligent method, named the Novelty Detection Power Meter (NodePM), to detect novelties in electronic equipment monitored by a smart grid. Considering the entropy of each device monitored, which is calculated based on a Markov chain model, the proposed method identifies novelties through a machine learning algorithm. To this end, the NodePM is integrated into a platform for the remote monitoring of energy consumption, which consists of a wireless sensors network (WSN). It thus should be stressed that the experiments were conducted in real environments different from many related works, which are evaluated in simulated environments. In this sense, the results show that the NodePM reduces by 13.7% the power consumption of the equipment we monitored. In addition, the NodePM provides better efficiency to detect novelties when compared to an approach from the literature, surpassing it in different scenarios in all evaluations that were carried out.

Integration of WSNs into enterprise systems based on semantic physical business entities

Internet of Things based systems are anticipated to gain widespread use in industrial applications. Standardization efforts, like 6L0WPAN and the Constrained Application Protocol (CoAP) have made the integration of wireless sensor nodes possible using Internet technology and web-like access to data (RESTful service access). While there are still some open issues, the interoperability problem in the lower layers can now be considered solved from an enterprise software vendors' point of view. One possible next step towards integration of real-world objects into enterprise systems and solving the corresponding interoperability problems at higher levels is to use semantic web technologies. We introduce an abstraction of real-world objects, called Semantic Physical Business Entities (SPBE), using Linked Data principles. We show that this abstraction nicely fits into enterprise systems, as SPBEs allow a business object centric view on real-world objects, instead of a pure device centric view. The interdependencies between how currently services in an enterprise system are used and how this can be done in a semantic real-world aware enterprise system are outlined, arguing for the need of semantic services and semantic knowledge repositories. We introduce a lightweight query language, which we use to perform a quantitative analysis of our approach to demonstrate its feasibility.