Development of a biorefinery scheme for the valorization of olive mill wastewaters and grape pomaces

In the Mediterranean area, olive mill wastewater (OMW) and grape pomace (GP) are among the major agro-industrial wastes produced. These two wastes have a high organic load and high phytotoxicity. Thus, their disposal in the environment can lead to negative effects. Second-generation biorefineries are dedicated to the valorization of biowaste by the production of goods from such residual biomasses. This approach can combine bioremediation approaches to the generation of noble molecules, biomaterials and energy. The main aim of this thesis work was to study the anaerobic digestion of OMW and GP under different operational conditions to produce volatile fatti acids (VFAs) (first stage aim) and CH4 (second stage aim). To this end, a packed-bed biofilm reactor (PBBR) was set up to perform the anaerobic acidogenic digestion of the liquid dephenolized stream of OMW (OMWdeph). In parallel, the solid stream of OMW (OMWsolid), previously separated in order to allow the solid phase extraction of polyphenols, was addressed to anaerobic methanogenic digestion to obtain CH4. The latter experiment was performed in 100ml Pyrex bottles which were maintained at different temperatures (55-45-37°C). Together with previous experiments, the anaerobic acidogenic digestion of fermented GP (GPfreshacid) and dephenolized and fermented GP (GPdephacid) was performed in 100ml Pyrex bottles to estimate the concentration of VFAs achievable from each aforementioned GPs. Finally, the same matrices of GP and not pre-treated GP (GPfresh) were digested under anaerobic methanogenic condition to produce CH4. Anaerobic acidogenic and methanogenic digestion processes of GPs lasted about 33 days. Instead, the anaerobic acidogenic and methanogenic digestion process of OMWs lasted about 121 and 60 days, respectively. Each experiment was periodically monitored by analysing volume and composition of produced biogas and VFA concentration. Results showed that VFAs were produced in higher concentrations in GP compared to OMWdeph. The overall concentration of VFAs from GPfreshacid was approximately 39.5 gCOD L-1, 29 gCOD L-1 from GPdephacid, and 8.7 gCOD L-1 from OMWdeph. Concerning the CH4 production, the OMWsolid reached a high biochemical methane potential (BMP) at a thermophilic temperature (55°) than at mesophlic ones (37-45°C). The value reached was about 358.7 mlCH4 gSVsub-1. In contrast, GPfresh got a high BMP but at a mesophilic temperature. The BMP was about 207.3 mlCH4 gSVsub-1, followed by GPfreshacid with about 192.6 mlCH4 gSVsub-1 and lastly GPdephacid with about 102.2 mlCH4 gSVsub-1. In summary, based on the gathered results, GP seems to be a better carbon source for acidogenic and methanogenic microrganism compared to OMW, because higher amount of VFAs and CH4 were produced in AD of GP than OMW. In addition to these products, polyphenols were extracted by means of a solid phase extraction (SPE) procedure by another research group, and VFAs were utilised for biopolymers production, in particular polyhydroxyalkanoates (PHAs), by the same research group in which I was involved.

Innovazione strategica ed innovazione tecnologica: definizione delle diverse tipologie d'innovazione e sinergie tra di esse.

Questa tesi ha l’obiettivo di analizzare lo stretto rapporto esistente tra innovazione tecnologica ed innovazione strategica al fine di comprenderne le dinamiche di relazione. Il lavoro è suddiviso in due parti: una prima parte prettamente teorica in cui verranno trattati gli aspetti delle due diverse tipologie di innovazione e le sinergie che si innescano tra di esse, ed una seconda parte in cui, alla luce degli argomenti teorici delineati nella prima, si illustrerà il percorso di Apple dalla sua fondazione, ponendo l’enfasi su quei prodotti l’hanno portata ad essere l’azienda simbolo di innovazione, qualità e design che tutti noi oggi conosciamo.

Applicazioni di tecnologie IoT e wearable alla domotica: un caso di studio

Oggigiorno milioni di persone fanno uso di Internet per gli utilizzi più disparati: dalla ricerca di informazioni sul Web al gioco online; dall'invio e ricezione di email all'uso di applicazioni social e tante altre attività. Mentre milioni di dispositivi ci offrono queste possibilità, un grande passo in avanti sta avvenendo in relazione all'uso di Internet come una piattaforma globale che permetta a oggetti di tutti i giorni di coordinarsi e comunicare tra di loro. È in quest'ottica che nasce Internet of Things, l'Internet delle cose, dove un piccolo oggetto come un braccialetto può avere un grande impatto nel campo medico per il monitoraggio da remoto di parametri vitali o per la localizzazione di pazienti e personale e l'effettuazione di diagnosi da remoto; dove un semplice sensore ad infrarosso può allertarci a distanza di una presenza non autorizzata all'interno della nostra abitazione; dove un'autovettura è in grado di leggere i dati dai sensori distribuiti sulla strada. Questa tesi vuole ripercorrere gli aspetti fondamentali di Internet of Things, dai sistemi embedded fino alla loro applicazione nella vita odierna, illustrando infine un progetto che mostra come alcune tecnologie IoT e wearable possano integrarsi nella domotica, come per esempio l'utilizzo di uno smartwatch, come Apple Watch, per il controllo dell'abitazione.

Un sistema di controllo accessi basato su tecnologie wearable

Negli ultimi anni il mondo ha assistito ad un'espansione esponenziale del mercato mobile, un settore che ha rivoluzionato le nostre vite e le nostre abitudini. Parallelamente, sono entrati in commercio i primi dispositivi commerciali dell'era dell'Internet delle Cose (Internet-of-Things), un paradigma secondo il quale oggetti utilizzati quotidianamente possono dialogare tra loro mediante Internet al fine di migliorare la vita personale e i processi produttivi aziendali. Un'applicazione pratica di Internet-of-Things è costituita dai dispositivi indossabili (wearable) capaci per mezzo di sensori di raccogliere dati sanitari, ambientali e fisici attorno a noi. I dispositivi indossabili attualmente in commercio permettono di collegarsi tramite protocolli e standard come WiFi e Bluetooth ad altri dispositivi, siano essi indossabili, smartphone o computer. Da questo concetto nasce l’idea di far comunicare un indossabile con altri dispositivi utilizzati in un contesto aziendale. In questo documento verrà preso in considerazione un tassello fondamentale nella gestione delle risorse umane e della sicurezza: il controllo degli accessi in un edificio e lo sblocco di un varco, sia esso un tornello, una porta o una serranda. Verrà quindi analizzato e progettato un sistema che possa effettuare le operazioni di timbratura e di apertura di varchi dall'orologio Apple Watch e da iPhone collegandosi ad un terminale dedicato.

IBeacon: evoluzione della microgeolocalizzazione

Obiettivo di questa tesi è l'analisi e l'approfondimento di una tecnologia di nuova generazione che prende il nome di iBeacon. Basata sulla localizzazione di prossimità (wireless) a bassi consumi energetici e sviluppata da Apple, l'iBeacon sfrutta il protocollo Bluetooth Low Energy con il quale riesce ad utilizzare al meglio l'energia, permettendo alle batterie dei dispositivi che lo implementano di durare molto più a lungo. In questa argomentazione, vengono elencate e descritte alcune tecniche di comunicazione wireless a medio-corto raggio (Wi-Fi, Infrarosso, RFID, NFC, Bluetooth, BLE), che utilizzano lo scambio di informazioni senza fili, descrivendone una breve storia, dalla loro evoluzione nel tempo e nei modi, ad alcune caratteristiche di utilizzo. L'argomentazione poi focalizzerà l'attenzione sui metodi di localizzazione utilizzati dall'iBeacon, fornendone le funzionalità e le caratteristiche principali di questa nuova tecnologia e discutendone i vantaggi, i limiti tecnologici e di sviluppo del protocollo, fino a delineare alcune soluzioni per quanto riguarda le soglie di sicurezza e di privacy. L'analisi poi confronterà l'iBeacon con i maggiori antagonisti che utilizzano questa tecnica di microgeolocalizzazione (NFC, EddyStone). Si cercherà inoltre di delineare in maniera più dettagliata le specifiche tecniche che costituiscono questa nuova tecnologia di prossimità, dal protocollo di comunicazione alla componentistica hardware. Successivamente verrà descritto come un dispositivo iOS si interfaccia con un iBeacon, delineandone le API e il setup e mostrando i diversi passaggi per la creazione di un prototipo di applicazione. Si cercherà infine di pianificare, progettare e costruire una rete con iBeacon. Come ultima analisi, si prenderà in esame la relazione tra l'iBeacon e l'Internet of Things (IoT), e gli sviluppi che potrà portare all'evoluzione del Marketing di Prossimità, mostrando un esempio concreto di utilizzo efficace di questa innovativa tecnologia (EXPO 2015).

Architetture per smart health: il caso FitStadium

L'obiettivo della tesi è progettare un'architettura abilitante per scenari smart health, concentrandosi sulla parte end-user (non sulla parte server-cloud), ossia sperimentando l'ambito dei wearable devices e facendo riferimento al binomio fitness-Apple Watch, comodo perchè presente nell'azienda FitStadium che ci fornisce motivazioni, requisiti e goals. Nel primo capitolo si analizzeranno le soluzioni offerte attualmente dal mercato per la realizzazione di servizi legati al fitness, focalizzandosi in particolare sulle architetture proposte e come quest'ultime possano convivere con l'ecosistema FitStadium. Il secondo capitolo è riservato invece all'approfondimento delle tecnologie Apple, che verranno utilizzate concretamente per la realizzazione del caso di studio. Ancora una volta si farà attenzione alle possibilità architetturali offerte da queste tecnologie. Nel terzo capitolo viene trattato nella sua interezza il caso di studio, analizzandone in particolare lo stato pre e post tesi. Verrà cioè descritta l'applicazione implementata insieme alla presentazione di un'architettura abilitante anche per gli scenari smart health. Infine, all'interno del capito 4 viene descritto più precisamente il concetto di smart health e il percorso che ha condotto alla sua definizione.

Actor Kit: Design and Development of an Actor Framework for Swift

Nell'ambito dello sviluppo software, la concorrenza è sempre stata vista come la strada del futuro. Tuttavia, questa è stata spesso ignorata a causa del continuo sviluppo dell'hardware che ha permesso agli sviluppatori di continuare a scrivere software sequenziale senza doversi preoccupare delle performance. In un'era in cui le nuove architetture hardware presentano processori multi-core, tutto questo non è più possibile. L'obiettivo di questa tesi è stato quello di considerare il Modello ad Attori come valida alternativa allo sviluppo di applicazioni in ambito mobile e quindi di progettare, sviluppare e distribuire un nuovo framework sulla base di tale modello. Il lavoro parte quindi da una panoramica di Swift, il nuovo linguaggio di programmazione presentato da Apple al WWDC 2014, in cui vengono analizzati nel dettaglio i meccanismi che abilitano alla concorrenza. Successivamente viene descritto il modello ad attori in termini di: attori, proprietà, comunicazione e sincronizzazione. Segue poi un'analisi delle principali implementazioni di questo modello, tra cui: Scala, Erlang ed Akka; quest'ultimo rappresenta la base su cui è stato ispirato il lavoro di progettazione e sviluppo del framework Actor Kit. Il quarto capitolo descrive tutti i concetti, le idee e i principi su cui il framework Actor Kit è stato progettato e sviluppato. Infine, l'ultimo capitolo presenta l'utilizzo del framework in due casi comuni della programmazione mobile: 1) Acquisizione dati da Web API e visualizzazione sull'interfaccia utente. 2) Acquisizione dati dai sensori del dispositivo. In conclusione Actor Kit abilita la progettazione e lo sviluppo di applicazioni secondo un approccio del tutto nuovo nell'ambito mobile. Un possibile sviluppo futuro potrebbe essere l'estensione del framework con attori che mappino i framework standard di Apple; proprio per questo sarà reso pubblico con la speranza che altri sviluppatori possano evolverlo e renderlo ancora più completo e performante.

Analisi dei comportamenti degli utenti per lo sviluppo di un sistema di App Recommendation

Negli ultimi cinque anni lo sviluppo di applicazioni mobile ha visto un grandissimo incremento dovuto pricipalmente all’esplosione della diffusione di smartphone; questo fenomeno ha reso disponibile agli analisti una enorme quantità di dati sulle abitudini degli utenti. L’approccio centralizzato nella distribuzione delle applicazioni da parte dei grandi provider quali Apple, Google e Microsoft ha permesso a migliaia di sviluppatori di tutto il mondo di raggiungere con i loro prodotti gli utenti finali e diffondere l’utilizzo di applicativi installabili; le app infatti sono diventate in poco tempo fondamentali nella vita di tutti i giorni e in alcuni casi hanno sostituito funzioni primarie del telefono cellulare. Obiettivo principale di questo studio sarà inferire pattern comportamentali dall’analisi di una grossa mole di dati riguardanti l’utilizzo dello smartphone e delle app installabili da parte di un gruppo di utenti. Ipotizzando di avere a disposizione tutte le azioni che un determinato bacino di utenza effettua nella selezione delle applicazioni di loro interesse quando accedono al marketplace (luogo digitale da cui è possibile scaricare nuove applicazioni ed installarle) è possibile stimare, ovviamente con un certo margine di errore, dati sensibili dell’utente quali: Sesso, Età, Interessi e così via analizzandoli in relazione ad un modello costruito su dati di un campione di utenti ben noto. Costruiremo così un modello utilizzando dati di utenti ben noti di cui conosciamo i dettagli sensibili e poi, tramite avanzate tecniche di regressione e classificazione saremo in grado di definire se esiste o meno una correlazione tra le azioni effettuate su uno Smartphone e il profilo dell’utente. La seconda parte della tesi sarà incentrata sull'analisi di sistemi di raccomandazioni attualmente operativi e ci concentreremo sullo studio di possibili sviluppi sviluppi futuri di questi sistemi partendo dai risultati sperimentali ottenuti.

You Can't Touch This: Touch-free Navigation Through Radiological Images

Keyboards, mice, and touch screens are a potential source of infection or contamination in operating rooms, intensive care units, and autopsy suites. The authors present a low-cost prototype of a system, which allows for touch-free control of a medical image viewer. This touch-free navigation system consists of a computer system (IMac, OS X 10.6 Apple, USA) with a medical image viewer (OsiriX, OsiriX foundation, Switzerland) and a depth camera (Kinect, Microsoft, USA). They implemented software that translates the data delivered by the camera and a voice recognition software into keyboard and mouse commands, which are then passed to OsiriX. In this feasibility study, the authors introduced 10 medical professionals to the system and asked them to re-create 12 images from a CT data set. They evaluated response times and usability of the system compared with standard mouse/keyboard control. Users felt comfortable with the system after approximately 10 minutes. Response time was 120 ms. Users required 1.4 times more time to re-create an image with gesture control. Users with OsiriX experience were significantly faster using the mouse/keyboard and faster than users without prior experience. They rated the system 3.4 out of 5 for ease of use in comparison to the mouse/keyboard. The touch-free, gesture-controlled system performs favorably and removes a potential vector for infection, protecting both patients and staff. Because the camera can be quickly and easily integrated into existing systems, requires no calibration, and is low cost, the barriers to using this technology are low.

Exploring High-resolution Magic Angle Spinning (HR-MAS) NMR Spectroscopy for Metabonomic Analysis of Apples

Classical liquid-state high-resolution (HR) NMR spectroscopy has proved a powerful tool in the metabonomic analysis of liquid food samples like fruit juices. In this paper the application of (1)H high-resolution magic angle spinning (HR-MAS) NMR spectroscopy to apple tissue is presented probing its potential for metabonomic studies. The (1)H HR-MAS NMR spectra are discussed in terms of the chemical composition of apple tissue and compared to liquid-state NMR spectra of apple juice. Differences indicate that specific metabolic changes are induced by juice preparation. The feasibility of HR-MAS NMR-based multivariate analysis is demonstrated by a study distinguishing three different apple cultivars by principal component analysis (PCA). Preliminary results are shown from subsequent studies comparing three different cultivation methods by means of PCA and partial least squares discriminant analysis (PLS-DA) of the HR-MAS NMR data. The compounds responsible for discriminating organically grown apples are discussed. Finally, an outlook of our ongoing work is given including a longitudinal study on apples.

Alpine Plants and Climate Change in Glacier National Park, New Zealand and Scotland

The first part of the lecture details a study of how receding glaciers and snowfields in Montana, New Zealand and Scotland affect the alpine plants that grow along and near their edges. Measuring and monitoring techniques are included. The second part describes the Global Observation Research Initiative in Alpine Environments (GLOBAL) whose purpose is "to establish and maintain a world-wide long-term observation network in alpine environments. Vegetation and temperature data collected at the GLORIA sites will be used for discerning trends in species diversity and temperature."

Weeds and endangered herbs have unforeseen dispersal helpers in the agri-environment: gastropods and earthworms

Agri-environmental schemes involving organic farming or set-aside management aim at promoting biodiversity and restoring ecosystem functioning in agrarian landscapes. Application of pesticides in these crop fields is strongly regulated facilitating the spread of weeds but also allowing for the establishment of endangered herbs and a variety of animals.Recent studies found gastropods and earthworms to be legitimate dispersers of seeds of wild plants. We assumed that both groups also playa significant role in the spread and establishment of wild plants within crop fields. Therefore, we are conducting a series of experiments in three different study systems on (1) the role of earthworms and gastropods as dispersers of rare herbs and weeds in an organic rye field in Germany, (2) the seed feeding behavior of gastropods of plants sown in fallow ground in Switzerland, and (3) weed dispersal in irrigated rice fields by golden apple snails in the Philippines.

Impact of different cultivation methods on the metabolic profile of apples studied by 1H HR-MAS NMR spectroscopy

The cultivation of dessert apples has to meet the consumer's increasing demand for high fruit quality and a sustainable mostly residue-free production while ensuring a competitive agricultural productivity. It is therefore of great interest to know the impact of different cultivation methods on the fruit quality and the chemical composition, respectively. Previous studies have demonstrated the feasibility of High Resolution Magic Angle Spinning (HR-MAS) NMR spectroscopy directly performed on apple tissue as analytical tool for metabonomic studies. In this study, HR-MAS NMR spectroscopy is applied to apple tissue to analyze the metabolic profiles of apples grown under 3 different cultivation methods. Golden Delicious apples were grown applying organic (Bio), integrated (IP) and low-input (LI) plant protection strategies. A total of 70 1H HR-MAS NMR spectra were analyzed by means of principle component analysis (PCA) and partial least squares discriminant analysis (PLS-DA). Apples derived from Bio-production could be well separated from the two other cultivation methods applying both, PCA and PLS-DA. Apples obtained from integrated (IP) and low-input (LI) production discriminated when taking the third PLS-component into account. The identified chemical composition and the compounds responsible for the separation, i.e. the PLS-loadings, are discussed. The results are compared with fruit quality parameters assessed by conventional methods. The present study demonstrates the potential of HR-MAS NMR spectroscopy of fruit tissue as analytical tool for finding markers for specific fruit production conditions like the cultivation method.