Keratometry device for surgical support

Abstract Background High astigmatisms are usually induced during corneal suturing subsequent to tissue transplantation or any other surgery which involves corneal suturing. One of the reasons is that the procedure is intimately dependent on the surgeon's skill for suturing identical stitches. In order to evaluate the influence of the irregularity on suturing for the residual astigmatism, a prototype for ophthalmic surgical support has been developed. The final intention of this prototype is to be an evaluation tool for guided suture and as an outcome diminish the postoperative astigmatism. Methods The system consists of hand held ring with 36 infrared LEDs, that is to be projected onto the lachrymal film of the cornea. The image is reflected back through the optics of the ocular microscope and its distortion from the original circular shape is evaluated by developed software. It provides keratometric and circularity measurements during surgery in order to guide the surgeon for uniformity in suturing. Results The system is able to provide up to 23D of astigmatism (32D - 55D range) and is ± 0.25D accurate. It has been tested in 14 volunteer patients intraoperative and has been compared to a commercial keratometer Nidek Oculus Hand-held corneal topographer. The correlation factors are 0.92 for the astigmatism and 0.97 for the associated axis. Conclusion The system is potentially efficient for guiding the surgeon on uniformity of suturing, presenting preliminary data indicating an important decrease on the residual astigmatism, from an average of 8D - for patients not submitted to the prototype guidance - to 1.4D - for patients who have actually been submitted to the prototype guidance - after the first 24 hours post-surgery and in the subsequent weeks. It also indicates that the surgeon should achieve circularity greater or equal to 98% in order to avoid postoperative astigmatisms over 1D. Trial Registration Trial registration number: CAAE - 0212.0.004.000-09.

Hand-carried ultrasound performed at bedside in cardiology inpatient setting – a comparative study with comprehensive echocardiography

Abstract Background Hand-carried ultrasound (HCU) devices have been demonstrated to improve the diagnosis of cardiac diseases over physical examination, and have the potential to broaden the versatility in ultrasound application. The role of these devices in the assessment of hospitalized patients is not completely established. In this study we sought to perform a direct comparison between bedside evaluation using HCU and comprehensive echocardiography (CE), in cardiology inpatient setting. Methods We studied 44 consecutive patients (mean age 54 ± 18 years, 25 men) who underwent bedside echocardiography using HCU and CE. HCU was performed by a cardiologist with level-2 training in the performance and interpretation of echocardiography, using two-dimensional imaging, color Doppler, and simple calliper measurements. CE was performed by an experienced echocardiographer (level-3 training) and considered as the gold standard. Results There were no significant differences in cardiac chamber dimensions and left ventricular ejection fraction determined by the two techniques. The agreement between HCU and CE for the detection of segmental wall motion abnormalities was 83% (Kappa = 0.58). There was good agreement for detecting significant mitral valve regurgitation (Kappa = 0.85), aortic regurgitation (kappa = 0.89), and tricuspid regurgitation (Kappa = 0.74). A complete evaluation of patients with stenotic and prosthetic dysfunctional valves, as well as pulmonary hypertension, was not possible using HCU due to its technical limitations in determining hemodynamic parameters. Conclusion Bedside evaluation using HCU is helpful for assessing cardiac chamber dimensions, left ventricular global and segmental function, and significant valvular regurgitation. However, it has limitations regarding hemodynamic assessment, an important issue in the cardiology inpatient setting.

Can climate shape flight activity patterns of Plebeia remota Hymenoptera, Apidae)?

Flight activity of foragers of four colonies of Plebeia remota (Holmberg, 1903) was registered from December 1998 to December 1999, using an automated system (photocells and PLC system). The colonies originated from two different regions: Cunha, state of São Paulo, and Prudentópolis, state of Paraná, Brazil. Flight activity was influenced by different climatic factors in each season. In the summer, the intensity of the correlations between flight activity and climatic factors was smaller than in the other seasons. During the autumn and winter, solar radiation was the factor that most influenced flight activity, while in the spring, this activity was influenced mainly by temperature. Except in the summer, the various climatic factors similarly influenced flight activity of all of the colonies. Flight activity was not affected by geographic origin of the colonies. Information concerning seasonal differences in flight activity of P. remota will be useful for prediction of geographic distribution scenarios under climatic changes.

Facilitatory effects of an auditory warning stimulus in a visual location identification task and a visual shape identification task

The occurrence of a weak auditory warning stimulus increases the speed of the response to a subsequent visual target stimulus that must be identified. This facilitatory effect has been attributed to the temporal expectancy automatically induced by the warning stimulus. It has not been determined whether this results from a modulation of the stimulus identification process, the response selection process or both. The present study examined these possibilities. A group of 12 young adults performed a reaction time location identification task and another group of 12 young adults performed a reaction time shape identification task. A visual target stimulus was presented 1850 to 2350 ms plus a fixed interval (50, 100, 200, 400, 800, or 1600 ms, depending on the block) after the appearance of a fixation point, on its left or right side, above or below a virtual horizontal line passing through it. In half of the trials, a weak auditory warning stimulus (S1) appeared 50, 100, 200, 400, 800, or 1600 ms (according to the block) before the target stimulus (S2). Twelve trials were run for each condition. The S1 produced a facilitatory effect for the 200, 400, 800, and 1600 ms stimulus onset asynchronies (SOA) in the case of the side stimulus-response (S-R) corresponding condition, and for the 100 and 400 ms SOA in the case of the side S-R non-corresponding condition. Since these two conditions differ mainly by their response selection requirements, it is reasonable to conclude that automatic temporal expectancy influences the response selection process.

Electron collisions with the HCOOH...(H2O)n (n=1, 2 and 3) complexes in liquid phase: the influence on the π* shape resonance of formic acid

In this conference we report cross sections for elastic collisions of low-energy electrons with the HCOOH…(H2O)n complexes, with n = 1, 2 and 3. The scattering cross sections were computed with the Schwinger multichannel method [K. Takatsuka and V. McKoy, Phys. Rev. A 24 , 2473 (1981); Phys. Rev. A 30 , 1734 (1984)] with pseudopotentials [M. H. F. Bettega, L. G. Ferreira, and M. A. P. Lima, Phys. Rev. A 47, 1111 (1993)] in the static-exchange and static-exchange plus polarization approximations, for energies from 0.5 eV to 6 eV. We considered some diÆerent hydrogen-bonded structures for the complexes that were generated with classical Monte Carlo simulations [K. Coutinho and S. Canuto, J. Chem. Phys. 113, 9132, (2000)]. The aim of this work is to investigate the effect of the surrounding water molecules on the π* shape resonance of the solute. Previous theoretical and experimental studies carried out in the gas phase reported a π* state for HCOOH at around 1.9 eV. For the n = 1 case and for all complexes, the stabilization of the resonance was observed (it appears at lower energy compared to the value obtained in the gas phase), as reported previously for the CH2O…H2O complexes [T. C. Freitas, M. A. P. Lima, S. Canuto, and M. H. F. Bettega, Phys. Rev. A 80, 062710 (2009)]. This result indicates that the presence of the solvent may affect the processes related to the π* state, such as the molecular dissociation by electron impact. For the n = 2 case we have observed both stabilization and destabilization of the π* resonance, that is associated with the hydrogen bond donor or acceptor role of the water molecules in the complexes. For the n = 3 case, preliminary static-exchange results show the stabilization of the π* state. We propose an explanation of the stabilization/destabilization of the π* state in terms of the polarization of the solute due to the surrounding water molecules and the net charge in the solute.

Shape resonance spectrum of cytosine-guanine pairs.

Single and double strand breaks in DNA can be caused by low-energy electrons, the most abundant secondary products of the interaction of ionizing radiation to the biological matter. Attachment of these electrons to biomolecules lead to the formation of transient negative ions (TNIs) [1], often referred to as resonances, a process that may lead to significant vibrational excitation and dissociation. In the present study, we employ the parallel version [2] of the Schwinger Multichannel Method implemented with pseudopotentials [3] to obtain the shape resonance spectrum of cytosine-guanine (CG) pairs, with special attention to π* transient anion states. Recent experimental studies pointed out a quasi-continuum vibrational excitation spectrum for electron collisions against formic acid dimers [4], suggesting that electron attachment into π* valence orbitals could induce proton transfer in these dimers. In addition, our previous studies on the shape resonance spectra of the hydrogen-bonded complexes comprising formic acid and formamide units indicated interesting electron delocalization (localization) effects arising from the presence (absence) of inversion symmetry centers in the complexes [5]. In the present work, we extend the studies on hydrogen-bonded complexes to the CG pair, where localization of ¼¤ anions would be expected, based on the previous results. References [1]. B. Boudaïffa, P. Cloutier, D. Hunting, M. A. Huels, L. Sanche, Science 287, 1658 (2000). [2]. J. S. dos Santos, R. F. da Costa , M. T. do N. Varella, J. Chem. Phys. 136, 084307 (2012). [3]. M. H. F. Bettega, L. G. Ferreira, M. A. P. Lima, Phys. Rev. A 47, 1111 (1993). [4]. M. Allan, Phys. Rev. Lett. 98, 123201 (2007). [5]. T. C. Freitas, S. dA. Sanchez, M. T. do N. Varella, M. H. F. Bettega, Phys. Rev. A 84, 062714 (2011).

Shape resonance spectra of uracil, 5-fluorouracil, and 5-chlorouracil.

We report on the shape resonance spectra of uracil, 5-fluorouracil, and 5-chlorouracil, as obtained from fixed-nuclei elastic scattering calculations performed with the Schwinger multichannel method with pseudopotentials. Our results are in good agreement with the available electron transmission spectroscopy data, and support the existence of three π* resonances in uracil and 5-fluorouracil. As expected, the anion states are more stable in the substituted molecules than in uracil. Since the stabilization is stronger in 5-chlorouracil, the lowest π* resonance in this system becomes a bound anion state. The present results also support the existence of a low-lying σ ∗ CCl shape resonance in 5- chlorouracil. Exploratory calculations performed at selected C–Cl bond lengths suggest that the σ ∗ CCl resonance could couple to the two lowest π* states, giving rise to a very rich dissociation dynamics. These facts would be compatible with the complex branching of the dissociative electron attachment cross sections, even though we cannot discuss any details of the vibration dynamics based only on the present fixed-nuclei results.

Parallel Layout Construction Algorithm for Irregular Shape Packing Problems

Cutting and packing problems arise in a variety of industries, including garment, wood and shipbuilding. Irregular shape packing is a special case which admits irregular items and is much more complex due to the geometry of items. In order to ensure that items do not overlap and no item from the layout protrudes from the container, the collision free region concept was adopted. It represents all possible translations for a new item to be inserted into a container with already placed items. To construct a feasible layout, collision free region for each item is determined through a sequence of Boolean operations over polygons. In order to improve the speed of the algorithm, a parallel version of the layout construction was proposed and it was applied to a simulated annealing algorithm used to solve bin packing problems. Tests were performed in order to determine the speed improvement of the parallel version over the serial algorithm

Shape design optimization of road acoustic barriers featuring top-edge devices by using Genetic Algotithms and Boundary Elements

[EN] This paper presents a Boundary Elements (BE) approach for the efficiency improvement of road acoustic barriers, mora specifically, for the shape design optimization of top-edge devices in the search for the best designs in terms of screening performance, usually represented by the insertion loss (IL).

Active fibre-reinforced composites with embedded shape memory alloys

This dissertation concerns active fibre-reinforced composites with embedded shape memory alloy wires. The structural application of active materials allows to develop adaptive structures which actively respond to changes in the environment, such as morphing structures, self-healing structures and power harvesting devices. In particular, shape memory alloy actuators integrated within a composite actively control the structural shape or stiffness, thus influencing the composite static and dynamic properties. Envisaged applications include, among others, the prevention of thermal buckling of the outer skin of air vehicles, shape changes in panels for improved aerodynamic characteristics and the deployment of large space structures. The study and design of active composites is a complex and multidisciplinary topic, requiring in-depth understanding of both the coupled behaviour of active materials and the interaction between the different composite constituents. Both fibre-reinforced composites and shape memory alloys are extremely active research topics, whose modelling and experimental characterisation still present a number of open problems. Thus, while this dissertation focuses on active composites, some of the research results presented here can be usefully applied to traditional fibre-reinforced composites or other shape memory alloy applications. The dissertation is composed of four chapters. In the first chapter, active fibre-reinforced composites are introduced by giving an overview of the most common choices available for the reinforcement, matrix and production process, together with a brief introduction and classification of active materials. The second chapter presents a number of original contributions regarding the modelling of fibre-reinforced composites. Different two-dimensional laminate theories are derived from a parent three-dimensional theory, introducing a procedure for the a posteriori reconstruction of transverse stresses along the laminate thickness. Accurate through the thickness stresses are crucial for the composite modelling as they are responsible for some common failure mechanisms. A new finite element based on the First-order Shear Deformation Theory and a hybrid stress approach is proposed for the numerical solution of the two-dimensional laminate problem. The element is simple and computationally efficient. The transverse stresses through the laminate thickness are reconstructed starting from a general finite element solution. A two stages procedure is devised, based on Recovery by Compatibility in Patches and three-dimensional equilibrium. Finally, the determination of the elastic parameters of laminated structures via numerical-experimental Bayesian techniques is investigated. Two different estimators are analysed and compared, leading to the definition of an alternative procedure to improve convergence of the estimation process. The third chapter focuses on shape memory alloys, describing their properties and applications. A number of constitutive models proposed in the literature, both one-dimensional and three-dimensional, are critically discussed and compared, underlining their potential and limitations, which are mainly related to the definition of the phase diagram and the choice of internal variables. Some new experimental results on shape memory alloy material characterisation are also presented. These experimental observations display some features of the shape memory alloy behaviour which are generally not included in the current models, thus some ideas are proposed for the development of a new constitutive model. The fourth chapter, finally, focuses on active composite plates with embedded shape memory alloy wires. A number of di®erent approaches can be used to predict the behaviour of such structures, each model presenting different advantages and drawbacks related to complexity and versatility. A simple model able to describe both shape and stiffness control configurations within the same context is proposed and implemented. The model is then validated considering the shape control configuration, which is the most sensitive to model parameters. The experimental work is divided in two parts. In the first part, an active composite is built by gluing prestrained shape memory alloy wires on a carbon fibre laminate strip. This structure is relatively simple to build, however it is useful in order to experimentally demonstrate the feasibility of the concept proposed in the first part of the chapter. In the second part, the making of a fibre-reinforced composite with embedded shape memory alloy wires is investigated, considering different possible choices of materials and manufacturing processes. Although a number of technological issues still need to be faced, the experimental results allow to demonstrate the mechanism of shape control via embedded shape memory alloy wires, while showing a good agreement with the proposed model predictions.

Il passato nell’epoca della sua (ri)producibilità digitale. Torino 1943 - 45. Metodologia della ricerca con tecnologie informatiche. Sistema storico-territoriale di informazione multimediale

Se il lavoro dello storico è capire il passato come è stato compreso dalla gente che lo ha vissuto, allora forse non è azzardato pensare che sia anche necessario comunicare i risultati delle ricerche con strumenti propri che appartengono a un'epoca e che influenzano la mentalità di chi in quell'epoca vive. Emergenti tecnologie, specialmente nell’area della multimedialità come la realtà virtuale, permettono agli storici di comunicare l’esperienza del passato in più sensi. In che modo la storia collabora con le tecnologie informatiche soffermandosi sulla possibilità di fare ricostruzioni storiche virtuali, con relativi esempi e recensioni? Quello che maggiormente preoccupa gli storici è se una ricostruzione di un fatto passato vissuto attraverso la sua ricreazione in pixels sia un metodo di conoscenza della storia che possa essere considerato valido. Ovvero l'emozione che la navigazione in una realtà 3D può suscitare, è un mezzo in grado di trasmettere conoscenza? O forse l'idea che abbiamo del passato e del suo studio viene sottilmente cambiato nel momento in cui lo si divulga attraverso la grafica 3D? Da tempo però la disciplina ha cominciato a fare i conti con questa situazione, costretta soprattutto dall'invasività di questo tipo di media, dalla spettacolarizzazione del passato e da una divulgazione del passato parziale e antiscientifica. In un mondo post letterario bisogna cominciare a pensare che la cultura visuale nella quale siamo immersi sta cambiando il nostro rapporto con il passato: non per questo le conoscenze maturate fino ad oggi sono false, ma è necessario riconoscere che esiste più di una verità storica, a volte scritta a volte visuale. Il computer è diventato una piattaforma onnipresente per la rappresentazione e diffusione dell’informazione. I metodi di interazione e rappresentazione stanno evolvendo di continuo. Ed è su questi due binari che è si muove l’offerta delle tecnologie informatiche al servizio della storia. Lo scopo di questa tesi è proprio quello di esplorare, attraverso l’utilizzo e la sperimentazione di diversi strumenti e tecnologie informatiche, come si può raccontare efficacemente il passato attraverso oggetti tridimensionali e gli ambienti virtuali, e come, nel loro essere elementi caratterizzanti di comunicazione, in che modo possono collaborare, in questo caso particolare, con la disciplina storica. La presente ricerca ricostruisce alcune linee di storia delle principali fabbriche attive a Torino durante la seconda guerra mondiale, ricordando stretta relazione che esiste tra strutture ed individui e in questa città in particolare tra fabbrica e movimento operaio, è inevitabile addentrarsi nelle vicende del movimento operaio torinese che nel periodo della lotta di Liberazione in città fu un soggetto politico e sociale di primo rilievo. Nella città, intesa come entità biologica coinvolta nella guerra, la fabbrica (o le fabbriche) diventa il nucleo concettuale attraverso il quale leggere la città: sono le fabbriche gli obiettivi principali dei bombardamenti ed è nelle fabbriche che si combatte una guerra di liberazione tra classe operaia e autorità, di fabbrica e cittadine. La fabbrica diventa il luogo di "usurpazione del potere" di cui parla Weber, il palcoscenico in cui si tengono i diversi episodi della guerra: scioperi, deportazioni, occupazioni .... Il modello della città qui rappresentata non è una semplice visualizzazione ma un sistema informativo dove la realtà modellata è rappresentata da oggetti, che fanno da teatro allo svolgimento di avvenimenti con una precisa collocazione cronologica, al cui interno è possibile effettuare operazioni di selezione di render statici (immagini), di filmati precalcolati (animazioni) e di scenari navigabili interattivamente oltre ad attività di ricerca di fonti bibliografiche e commenti di studiosi segnatamente legati all'evento in oggetto. Obiettivo di questo lavoro è far interagire, attraverso diversi progetti, le discipline storiche e l’informatica, nelle diverse opportunità tecnologiche che questa presenta. Le possibilità di ricostruzione offerte dal 3D vengono così messe a servizio della ricerca, offrendo una visione integrale in grado di avvicinarci alla realtà dell’epoca presa in considerazione e convogliando in un’unica piattaforma espositiva tutti i risultati. Divulgazione Progetto Mappa Informativa Multimediale Torino 1945 Sul piano pratico il progetto prevede una interfaccia navigabile (tecnologia Flash) che rappresenti la pianta della città dell’epoca, attraverso la quale sia possibile avere una visione dei luoghi e dei tempi in cui la Liberazione prese forma, sia a livello concettuale, sia a livello pratico. Questo intreccio di coordinate nello spazio e nel tempo non solo migliora la comprensione dei fenomeni, ma crea un maggiore interesse sull’argomento attraverso l’utilizzo di strumenti divulgativi di grande efficacia (e appeal) senza perdere di vista la necessità di valicare le tesi storiche proponendosi come piattaforma didattica. Un tale contesto richiede uno studio approfondito degli eventi storici al fine di ricostruire con chiarezza una mappa della città che sia precisa sia topograficamente sia a livello di navigazione multimediale. La preparazione della cartina deve seguire gli standard del momento, perciò le soluzioni informatiche utilizzate sono quelle fornite da Adobe Illustrator per la realizzazione della topografia, e da Macromedia Flash per la creazione di un’interfaccia di navigazione. La base dei dati descrittivi è ovviamente consultabile essendo contenuta nel supporto media e totalmente annotata nella bibliografia. È il continuo evolvere delle tecnologie d'informazione e la massiccia diffusione dell’uso dei computer che ci porta a un cambiamento sostanziale nello studio e nell’apprendimento storico; le strutture accademiche e gli operatori economici hanno fatto propria la richiesta che giunge dall'utenza (insegnanti, studenti, operatori dei Beni Culturali) di una maggiore diffusione della conoscenza storica attraverso la sua rappresentazione informatizzata. Sul fronte didattico la ricostruzione di una realtà storica attraverso strumenti informatici consente anche ai non-storici di toccare con mano quelle che sono le problematiche della ricerca quali fonti mancanti, buchi della cronologia e valutazione della veridicità dei fatti attraverso prove. Le tecnologie informatiche permettono una visione completa, unitaria ed esauriente del passato, convogliando tutte le informazioni su un'unica piattaforma, permettendo anche a chi non è specializzato di comprendere immediatamente di cosa si parla. Il miglior libro di storia, per sua natura, non può farlo in quanto divide e organizza le notizie in modo diverso. In questo modo agli studenti viene data l'opportunità di apprendere tramite una rappresentazione diversa rispetto a quelle a cui sono abituati. La premessa centrale del progetto è che i risultati nell'apprendimento degli studenti possono essere migliorati se un concetto o un contenuto viene comunicato attraverso più canali di espressione, nel nostro caso attraverso un testo, immagini e un oggetto multimediale. Didattica La Conceria Fiorio è uno dei luoghi-simbolo della Resistenza torinese. Il progetto è una ricostruzione in realtà virtuale della Conceria Fiorio di Torino. La ricostruzione serve a arricchire la cultura storica sia a chi la produce, attraverso una ricerca accurata delle fonti, sia a chi può poi usufruirne, soprattutto i giovani, che, attratti dall’aspetto ludico della ricostruzione, apprendono con più facilità. La costruzione di un manufatto in 3D fornisce agli studenti le basi per riconoscere ed esprimere la giusta relazione fra il modello e l’oggetto storico. Le fasi di lavoro attraverso cui si è giunti alla ricostruzione in 3D della Conceria: . una ricerca storica approfondita, basata sulle fonti, che possono essere documenti degli archivi o scavi archeologici, fonti iconografiche, cartografiche, ecc.; . La modellazione degli edifici sulla base delle ricerche storiche, per fornire la struttura geometrica poligonale che permetta la navigazione tridimensionale; . La realizzazione, attraverso gli strumenti della computer graphic della navigazione in 3D. Unreal Technology è il nome dato al motore grafico utilizzato in numerosi videogiochi commerciali. Una delle caratteristiche fondamentali di tale prodotto è quella di avere uno strumento chiamato Unreal editor con cui è possibile costruire mondi virtuali, e che è quello utilizzato per questo progetto. UnrealEd (Ued) è il software per creare livelli per Unreal e i giochi basati sul motore di Unreal. E’ stata utilizzata la versione gratuita dell’editor. Il risultato finale del progetto è un ambiente virtuale navigabile raffigurante una ricostruzione accurata della Conceria Fiorio ai tempi della Resistenza. L’utente può visitare l’edificio e visualizzare informazioni specifiche su alcuni punti di interesse. La navigazione viene effettuata in prima persona, un processo di “spettacolarizzazione” degli ambienti visitati attraverso un arredamento consono permette all'utente una maggiore immersività rendendo l’ambiente più credibile e immediatamente codificabile. L’architettura Unreal Technology ha permesso di ottenere un buon risultato in un tempo brevissimo, senza che fossero necessari interventi di programmazione. Questo motore è, quindi, particolarmente adatto alla realizzazione rapida di prototipi di una discreta qualità, La presenza di un certo numero di bug lo rende, però, in parte inaffidabile. Utilizzare un editor da videogame per questa ricostruzione auspica la possibilità di un suo impiego nella didattica, quello che le simulazioni in 3D permettono nel caso specifico è di permettere agli studenti di sperimentare il lavoro della ricostruzione storica, con tutti i problemi che lo storico deve affrontare nel ricreare il passato. Questo lavoro vuole essere per gli storici una esperienza nella direzione della creazione di un repertorio espressivo più ampio, che includa gli ambienti tridimensionali. Il rischio di impiegare del tempo per imparare come funziona questa tecnologia per generare spazi virtuali rende scettici quanti si impegnano nell'insegnamento, ma le esperienze di progetti sviluppati, soprattutto all’estero, servono a capire che sono un buon investimento. Il fatto che una software house, che crea un videogame di grande successo di pubblico, includa nel suo prodotto, una serie di strumenti che consentano all'utente la creazione di mondi propri in cui giocare, è sintomatico che l'alfabetizzazione informatica degli utenti medi sta crescendo sempre più rapidamente e che l'utilizzo di un editor come Unreal Engine sarà in futuro una attività alla portata di un pubblico sempre più vasto. Questo ci mette nelle condizioni di progettare moduli di insegnamento più immersivi, in cui l'esperienza della ricerca e della ricostruzione del passato si intreccino con lo studio più tradizionale degli avvenimenti di una certa epoca. I mondi virtuali interattivi vengono spesso definiti come la forma culturale chiave del XXI secolo, come il cinema lo è stato per il XX. Lo scopo di questo lavoro è stato quello di suggerire che vi sono grosse opportunità per gli storici impiegando gli oggetti e le ambientazioni in 3D, e che essi devono coglierle. Si consideri il fatto che l’estetica abbia un effetto sull’epistemologia. O almeno sulla forma che i risultati delle ricerche storiche assumono nel momento in cui devono essere diffuse. Un’analisi storica fatta in maniera superficiale o con presupposti errati può comunque essere diffusa e avere credito in numerosi ambienti se diffusa con mezzi accattivanti e moderni. Ecco perchè non conviene seppellire un buon lavoro in qualche biblioteca, in attesa che qualcuno lo scopra. Ecco perchè gli storici non devono ignorare il 3D. La nostra capacità, come studiosi e studenti, di percepire idee ed orientamenti importanti dipende spesso dai metodi che impieghiamo per rappresentare i dati e l’evidenza. Perché gli storici possano ottenere il beneficio che il 3D porta con sè, tuttavia, devono sviluppare un’agenda di ricerca volta ad accertarsi che il 3D sostenga i loro obiettivi di ricercatori e insegnanti. Una ricostruzione storica può essere molto utile dal punto di vista educativo non sono da chi la visita ma, anche da chi la realizza. La fase di ricerca necessaria per la ricostruzione non può fare altro che aumentare il background culturale dello sviluppatore. Conclusioni La cosa più importante è stata la possibilità di fare esperienze nell’uso di mezzi di comunicazione di questo genere per raccontare e far conoscere il passato. Rovesciando il paradigma conoscitivo che avevo appreso negli studi umanistici, ho cercato di desumere quelle che potremo chiamare “leggi universali” dai dati oggettivi emersi da questi esperimenti. Da punto di vista epistemologico l’informatica, con la sua capacità di gestire masse impressionanti di dati, dà agli studiosi la possibilità di formulare delle ipotesi e poi accertarle o smentirle tramite ricostruzioni e simulazioni. Il mio lavoro è andato in questa direzione, cercando conoscere e usare strumenti attuali che nel futuro avranno sempre maggiore presenza nella comunicazione (anche scientifica) e che sono i mezzi di comunicazione d’eccellenza per determinate fasce d’età (adolescenti). Volendo spingere all’estremo i termini possiamo dire che la sfida che oggi la cultura visuale pone ai metodi tradizionali del fare storia è la stessa che Erodoto e Tucidide contrapposero ai narratori di miti e leggende. Prima di Erodoto esisteva il mito, che era un mezzo perfettamente adeguato per raccontare e dare significato al passato di una tribù o di una città. In un mondo post letterario la nostra conoscenza del passato sta sottilmente mutando nel momento in cui lo vediamo rappresentato da pixel o quando le informazioni scaturiscono non da sole, ma grazie all’interattività con il mezzo. La nostra capacità come studiosi e studenti di percepire idee ed orientamenti importanti dipende spesso dai metodi che impieghiamo per rappresentare i dati e l’evidenza. Perché gli storici possano ottenere il beneficio sottinteso al 3D, tuttavia, devono sviluppare un’agenda di ricerca volta ad accertarsi che il 3D sostenga i loro obiettivi di ricercatori e insegnanti. Le esperienze raccolte nelle pagine precedenti ci portano a pensare che in un futuro non troppo lontano uno strumento come il computer sarà l’unico mezzo attraverso cui trasmettere conoscenze, e dal punto di vista didattico la sua interattività consente coinvolgimento negli studenti come nessun altro mezzo di comunicazione moderno.

Reconstruction from image correspondences

A single picture provides a largely incomplete representation of the scene one is looking at. Usually it reproduces only a limited spatial portion of the scene according to the standpoint and the viewing angle, besides it contains only instantaneous information. Thus very little can be understood on the geometrical structure of the scene, the position and orientation of the observer with respect to it remaining also hard to guess. When multiple views, taken from different positions in space and time, observe the same scene, then a much deeper knowledge is potentially achievable. Understanding inter-views relations enables construction of a collective representation by fusing the information contained in every single image. Visual reconstruction methods confront with the formidable, and still unanswered, challenge of delivering a comprehensive representation of structure, motion and appearance of a scene from visual information. Multi-view visual reconstruction deals with the inference of relations among multiple views and the exploitation of revealed connections to attain the best possible representation. This thesis investigates novel methods and applications in the field of visual reconstruction from multiple views. Three main threads of research have been pursued: dense geometric reconstruction, camera pose reconstruction, sparse geometric reconstruction of deformable surfaces. Dense geometric reconstruction aims at delivering the appearance of a scene at every single point. The construction of a large panoramic image from a set of traditional pictures has been extensively studied in the context of image mosaicing techniques. An original algorithm for sequential registration suitable for real-time applications has been conceived. The integration of the algorithm into a visual surveillance system has lead to robust and efficient motion detection with Pan-Tilt-Zoom cameras. Moreover, an evaluation methodology for quantitatively assessing and comparing image mosaicing algorithms has been devised and made available to the community. Camera pose reconstruction deals with the recovery of the camera trajectory across an image sequence. A novel mosaic-based pose reconstruction algorithm has been conceived that exploit image-mosaics and traditional pose estimation algorithms to deliver more accurate estimates. An innovative markerless vision-based human-machine interface has also been proposed, so as to allow a user to interact with a gaming applications by moving a hand held consumer grade camera in unstructured environments. Finally, sparse geometric reconstruction refers to the computation of the coarse geometry of an object at few preset points. In this thesis, an innovative shape reconstruction algorithm for deformable objects has been designed. A cooperation with the Solar Impulse project allowed to deploy the algorithm in a very challenging real-world scenario, i.e. the accurate measurements of airplane wings deformations.

Some issues concerning the dynamic response and damage of composite laminates subjected to low velocity impact

Abstract. This thesis presents a discussion on a few specific topics regarding the low velocity impact behaviour of laminated composites. These topics were chosen because of their significance as well as the relatively limited attention received so far by the scientific community. The first issue considered is the comparison between the effects induced by a low velocity impact and by a quasi-static indentation experimental test. An analysis of both test conditions is presented, based on the results of experiments carried out on carbon fibre laminates and on numerical computations by a finite element model. It is shown that both quasi-static and dynamic tests led to qualitatively similar failure patterns; three characteristic contact force thresholds, corresponding to the main steps of damage progression, were identified and found to be equal for impact and indentation. On the other hand, an equal energy absorption resulted in a larger delaminated area in quasi-static than in dynamic tests, while the maximum displacement of the impactor (or indentor) was higher in the case of impact, suggesting a probably more severe fibre damage than in indentation. Secondly, the effect of different specimen dimensions and boundary conditions on its impact response was examined. Experimental testing showed that the relationships of delaminated area with two significant impact parameters, the absorbed energy and the maximum contact force, did not depend on the in-plane dimensions and on the support condition of the coupons. The possibility of predicting, by means of a simplified numerical computation, the occurrence of delaminations during a specific impact event is also discussed. A study about the compressive behaviour of impact damaged laminates is also presented. Unlike most of the contributions available about this subject, the results of compression after impact tests on thin laminates are described in which the global specimen buckling was not prevented. Two different quasi-isotropic stacking sequences, as well as two specimen geometries, were considered. It is shown that in the case of rectangular coupons the lay-up can significantly affect the damage induced by impact. Different buckling shapes were observed in laminates with different stacking sequences, in agreement with the results of numerical analysis. In addition, the experiments showed that impact damage can alter the buckling mode of the laminates in certain situations, whereas it did not affect the compressive strength in every case, depending on the buckling shape. Some considerations about the significance of the test method employed are also proposed. Finally, a comprehensive study is presented regarding the influence of pre-existing in-plane loads on the impact response of laminates. Impact events in several conditions, including both tensile and compressive preloads, both uniaxial and biaxial, were analysed by means of numerical finite element simulations; the case of laminates impacted in postbuckling conditions was also considered. The study focused on how the effect of preload varies with the span-to-thickness ratio of the specimen, which was found to be a key parameter. It is shown that a tensile preload has the strongest effect on the peak stresses at low span-to-thickness ratios, leading to a reduction of the minimum impact energy required to initiate damage, whereas this effect tends to disappear as the span-to-thickness ratio increases. On the other hand, a compression preload exhibits the most detrimental effects at medium span-to-thickness ratios, at which the laminate compressive strength and the critical instability load are close to each other, while the influence of preload can be negligible for thin plates or even beneficial for very thick plates. The possibility to obtain a better explanation of the experimental results described in the literature, in view of the present findings, is highlighted. Throughout the thesis the capabilities and limitations of the finite element model, which was implemented in an in-house program, are discussed. The program did not include any damage model of the material. It is shown that, although this kind of analysis can yield accurate results as long as damage has little effect on the overall mechanical properties of a laminate, it can be helpful in explaining some phenomena and also in distinguishing between what can be modelled without taking into account the material degradation and what requires an appropriate simulation of damage. Sommario. Questa tesi presenta una discussione su alcune tematiche specifiche riguardanti il comportamento dei compositi laminati soggetti ad impatto a bassa velocità. Tali tematiche sono state scelte per la loro importanza, oltre che per l’attenzione relativamente limitata ricevuta finora dalla comunità scientifica. La prima delle problematiche considerate è il confronto fra gli effetti prodotti da una prova sperimentale di impatto a bassa velocità e da una prova di indentazione quasi statica. Viene presentata un’analisi di entrambe le condizioni di prova, basata sui risultati di esperimenti condotti su laminati in fibra di carbonio e su calcoli numerici svolti con un modello ad elementi finiti. È mostrato che sia le prove quasi statiche sia quelle dinamiche portano a un danneggiamento con caratteristiche qualitativamente simili; tre valori di soglia caratteristici della forza di contatto, corrispondenti alle fasi principali di progressione del danno, sono stati individuati e stimati uguali per impatto e indentazione. D’altro canto lo stesso assorbimento di energia ha portato ad un’area delaminata maggiore nelle prove statiche rispetto a quelle dinamiche, mentre il massimo spostamento dell’impattatore (o indentatore) è risultato maggiore nel caso dell’impatto, indicando la probabilità di un danneggiamento delle fibre più severo rispetto al caso dell’indentazione. In secondo luogo è stato esaminato l’effetto di diverse dimensioni del provino e diverse condizioni al contorno sulla sua risposta all’impatto. Le prove sperimentali hanno mostrato che le relazioni fra l’area delaminata e due parametri di impatto significativi, l’energia assorbita e la massima forza di contatto, non dipendono dalle dimensioni nel piano dei provini e dalle loro condizioni di supporto. Viene anche discussa la possibilità di prevedere, per mezzo di un calcolo numerico semplificato, il verificarsi di delaminazioni durante un determinato caso di impatto. È presentato anche uno studio sul comportamento a compressione di laminati danneggiati da impatto. Diversamente della maggior parte della letteratura disponibile su questo argomento, vengono qui descritti i risultati di prove di compressione dopo impatto su laminati sottili durante le quali l’instabilità elastica globale dei provini non è stata impedita. Sono state considerate due differenti sequenze di laminazione quasi isotrope, oltre a due geometrie per i provini. Viene mostrato come nel caso di provini rettangolari la sequenza di laminazione possa influenzare sensibilmente il danno prodotto dall’impatto. Due diversi tipi di deformate in condizioni di instabilità sono stati osservati per laminati con diversa laminazione, in accordo con i risultati dell’analisi numerica. Gli esperimenti hanno mostrato inoltre che in certe situazioni il danno da impatto può alterare la deformata che il laminato assume in seguito ad instabilità; d’altra parte tale danno non ha sempre influenzato la resistenza a compressione, a seconda della deformata. Vengono proposte anche alcune considerazioni sulla significatività del metodo di prova utilizzato. Infine viene presentato uno studio esaustivo riguardo all’influenza di carichi membranali preesistenti sulla risposta all’impatto dei laminati. Sono stati analizzati con simulazioni numeriche ad elementi finiti casi di impatto in diverse condizioni di precarico, sia di trazione sia di compressione, sia monoassiali sia biassiali; è stato preso in considerazione anche il caso di laminati impattati in condizioni di postbuckling. Lo studio si è concentrato in particolare sulla dipendenza degli effetti del precarico dal rapporto larghezza-spessore del provino, che si è rivelato un parametro fondamentale. Viene illustrato che un precarico di trazione ha l’effetto più marcato sulle massime tensioni per bassi rapporti larghezza-spessore, portando ad una riduzione della minima energia di impatto necessaria per innescare il danneggiamento, mentre questo effetto tende a scomparire all’aumentare di tale rapporto. Il precarico di compressione evidenzia invece gli effetti più deleteri a rapporti larghezza-spessore intermedi, ai quali la resistenza a compressione del laminato e il suo carico critico di instabilità sono paragonabili, mentre l’influenza del precarico può essere trascurabile per piastre sottili o addirittura benefica per piastre molto spesse. Viene evidenziata la possibilità di trovare una spiegazione più soddisfacente dei risultati sperimentali riportati in letteratura, alla luce del presente contributo. Nel corso della tesi vengono anche discussi le potenzialità ed i limiti del modello ad elementi finiti utilizzato, che è stato implementato in un programma scritto in proprio. Il programma non comprende alcuna modellazione del danneggiamento del materiale. Viene però spiegato come, nonostante questo tipo di analisi possa portare a risultati accurati soltanto finché il danno ha scarsi effetti sulle proprietà meccaniche d’insieme del laminato, esso possa essere utile per spiegare alcuni fenomeni, oltre che per distinguere fra ciò che si può riprodurre senza tenere conto del degrado del materiale e ciò che invece richiede una simulazione adeguata del danneggiamento.

Controllo dell'atto di prensione: coinvolgimento dell'area V6A nell'orientamento del polso

Prehension in an act of coordinated reaching and grasping. The reaching component is concerned with bringing the hand to object to be grasped (transport phase); the grasping component refers to the shaping of the hand according to the object features (grasping phase) (Jeannerod, 1981). Reaching and grasping involve different muscles, proximal and distal muscles respectively, and are controlled by different parietofrontal circuit (Jeannerod et al., 1995): a medial circuit, involving area of superior parietal lobule and dorsal premotor area 6 (PMd) (dorsomedial visual stream), is mainly concerned with reaching; a lateral circuit, involving the inferior parietal lobule and ventral premotor area 6 (PMv) (dorsolateral visual stream), with grasping. Area V6A is located in the caudalmost part of the superior parietal lobule, so it belongs to the dorsomedial visual stream; it contains neurons sensitive to visual stimuli (Galletti et al. 1993, 1996, 1999) as well as cells sensitive to the direction of gaze (Galletti et al. 1995) and cells showing saccade-related activity (Nakamura et al. 1999; Kutz et al. 2003). Area V6A contains also arm-reaching neurons likely involved in the control of the direction of the arm during movements towards objects in the peripersonal space (Galletti et al. 1997; Fattori et al. 2001). The present results confirm this finding and demonstrate that during the reach-to-grasp the V6A neurons are also modulated by the orientation of the wrist. Experiments were approved by the Bioethical Committee of the University of Bologna and were performed in accordance with National laws on care and use of laboratory animals and with the European Communities Council Directive of 24th November 1986 (86/609/EEC), recently revised by the Council of Europe guidelines (Appendix A of Convention ETS 123). Experiments were performed in two awake Macaca fascicularis. Each monkey was trained to sit in a primate chair with the head restrained to perform reaching and grasping arm movements in complete darkness while gazing a small fixation point. The object to be grasped was a handle that could have different orientation. We recorded neural activity from 163 neurons of the anterior parietal sulcus; 116/163 (71%) neurons were modulated by the reach-to-grasp task during the execution of the forward movements toward the target (epoch MOV), 111/163 (68%) during the pulling of the handle (epoch HOLD) and 102/163 during the execution of backward movements (epoch M2) (t_test, p ≤ 0.05). About the 45% of the tested cells turned out to be sensitive to the orientation of the handle (one way ANOVA, p ≤ 0.05). To study how the distal components of the movement, such as the hand preshaping during the reaching of the handle, could influence the neuronal discharge, we compared the neuronal activity during the reaching movements towards the same spatial location in reach-to-point and reach-to-grasp tasks. Both tasks required proximal arm movements; only the reach-to-grasp task required distal movements to orient the wrist and to shape the hand to grasp the handle. The 56% of V6A cells showed significant differences in the neural discharge (one way ANOVA, p ≤ 0.05) between the reach-to-point and the reach-to-grasp tasks during MOV, 54% during HOLD and 52% during M2. These data show that reaching and grasping are processed by the same population of neurons, providing evidence that the coordination of reaching and grasping takes place much earlier than previously thought, i.e., in the parieto-occipital cortex. The data here reported are in agreement with results of lesions to the medial posterior parietal cortex in both monkeys and humans, and with recent imaging data in humans, all of them indicating a functional coupling in the control of reaching and grasping by the medial parietofrontal circuit.