Characterization of optical transduction-based molecular systems and nanoparticles for the development of chemical sensors

With the increasing importance that nanotechnologies have in everyday life, it is not difficult to realize that also a single molecule, if properly designed, can be a device able to perform useful functions: such a chemical species is called chemosensor, that is a molecule of abiotic origin that signals the presence of matter or energy. Signal transduction is the mechanism by which an interaction of a sensor with an analyte yields a measurable form of energy. When dealing with the design of a chemosensor, we need to take into account a “communication requirement” between its three component: the receptor unit, responsible for the selective analyte binding, the spacer, which controls the geometry of the system and modulates the electronic interaction between the receptor and the signalling unit, whose physico-chemical properties change upon complexation. A luminescent chemosensor communicates a variation of the physico-chemical properties of the receptor unit with a luminescence output signal. This thesis work consists in the characterization of new molecular and nanoparticle-based system which can be used as sensitive materials for the construction of new optical transduction devices able to provide information about the concentration of analytes in solution. In particular two direction were taken. The first is to continue in the development of new chemosensors, that is the first step for the construction of reliable and efficient devices, and in particular the work will be focused on chemosensors for metal ions for biomedical and environmental applications. The second is to study more efficient and complex organized systems, such as derivatized silica nanoparticles. These system can potentially have higher sensitivity than molecular systems, and present many advantages, like the possibility to be ratiometric, higher Stokes shifts and lower signal-to-noise ratio.

Valutazione di tecniche di copertura per futuri sistemi wireless indoor

Si è scelto di analizzare in modo approfondito tecniche di copertura radio e di trasmissione basate sull’uso di array di antenne ( facenti parte della famiglia Multiple Input Multiple Output, MIMO) in alcune tipologie tipiche di scenari indoor, come ad esempio ambienti commerciali o uffici in strutture multipiano. Si è studiato l’utilizzo di array di antenne di varie tipologie e a varie frequenze per implementare tecniche di diversità oppure tecniche a divisione di spazio (beam-switching, beamforming) per servire contemporaneamente utenti in diverse celle o in diversi settori senza ricorrere ad altre tecniche di divisione (di frequenza, tempo o codice), che invece verranno utilizzate in conbinazione combinate in sistemi di futura generazione.

Advanced Techniques for Face Recognition under Challenging Environments

Automatically recognizing faces captured under uncontrolled environments has always been a challenging topic in the past decades. In this work, we investigate cohort score normalization that has been widely used in biometric verification as means to improve the robustness of face recognition under challenging environments. In particular, we introduce cohort score normalization into undersampled face recognition problem. Further, we develop an effective cohort normalization method specifically for the unconstrained face pair matching problem. Extensive experiments conducted on several well known face databases demonstrate the effectiveness of cohort normalization on these challenging scenarios. In addition, to give a proper understanding of cohort behavior, we study the impact of the number and quality of cohort samples on the normalization performance. The experimental results show that bigger cohort set size gives more stable and often better results to a point before the performance saturates. And cohort samples with different quality indeed produce different cohort normalization performance. Recognizing faces gone after alterations is another challenging problem for current face recognition algorithms. Face image alterations can be roughly classified into two categories: unintentional (e.g., geometrics transformations introduced by the acquisition devide) and intentional alterations (e.g., plastic surgery). We study the impact of these alterations on face recognition accuracy. Our results show that state-of-the-art algorithms are able to overcome limited digital alterations but are sensitive to more relevant modifications. Further, we develop two useful descriptors for detecting those alterations which can significantly affect the recognition performance. In the end, we propose to use the Structural Similarity (SSIM) quality map to detect and model variations due to plastic surgeries. Extensive experiments conducted on a plastic surgery face database demonstrate the potential of SSIM map for matching face images after surgeries.

Design and experimental characterization of antennas and wireless systems for innovative wearable and implantable ultra low–power applications

The present PhD thesis exploits the design skills I have been improving since my master thesis’ research. A brief description of the chapters’ content follows. Chapter 1: the simulation of a complete front–end is a very complex problem and, in particular, is the basis upon which the prediction of the overall performance of the system is possible. By means of a commercial EM simulation tool and a rigorous nonlinear/EM circuit co–simulation based on the Reciprocity Theorem, the above–mentioned prediction can be achieved and exploited for wireless links characterization. This will represent the theoretical basics of the entire present thesis and will be supported by two RF applications. Chapter 2: an extensive dissertation about Magneto–Dielectric (MD) materials will be presented, together with their peculiar characteristics as substrates for antenna miniaturization purposes. A designed and tested device for RF on–body applications will be described in detail. Finally, future research will be discussed. Chapter 3: this chapter will deal with the issue regarding the exploitation of renewable energy sources for low–energy consumption devices. Hence the problem related to the so–called energy harvesting will be tackled and a first attempt to deploy THz solar energy in an innovative way will be presented and discussed. Future research will be proposed as well. Chapter 4: graphene is a very promising material for devices to be exploited in the RF and THz frequency range for a wide range of engineering applications, including those ones marked as the main research goal of the present thesis. This chapter will present the results obtained during my research period at the National Institute for Research and Development in Microtechnologies (IMT) in Bucharest, Romania. It will concern the design and manufacturing of antennas and diodes made in graphene–based technology for detection/rectification purposes.

Strategie di osservazione, metodo di analisi e qualità dei prodotti per un esperimento mipas di seconda generazione.

In questo elaborato viene studiato un nuovo strumento satellitare chiamato MIPAS2k: uno spettrometro a trasformata di Fourier, in grado di misurare gli spettri di emissione dei gas atmosferici attraverso la tecnica di misure al lembo. Lo scopo di MIPAS2k è quello di determinare la distribuzione spaziale di quantità atmosferiche tra cui il VMR delle specie chimiche: ozono, acqua, acido nitrico e protossido di azoto. La necessità di idearne un successore è nata dopo la perdita di contatto con lo strumento MIPAS da cui MIPAS2k, pur preservandone alcune caratteristiche, presenta differenze fondamentali quali: i parametri osservazionali, il tipo di detector utilizzato per eseguire le scansioni al lembo e la logica attraverso cui vengono ricavate le distribuzioni dei parametri atmosferici. L’algoritmo attraverso cui viene effettuata l’inversione dei dati di MIPAS2k, chiamato FULL2D, usa la stessa logica di base di quello utilizzato per MIPAS chiamato Geo-Fit. La differenza fondamentale tra i due metodi risiede nel modo in cui i parametri sono rappresentati. Il Geo-Fit ricostruisce il campo atmosferico delle quantità da determinare tramite profili verticali mentre il FULL2D rappresenta i valori del campo atmosferico all’interno degli elementi della discretizzazione bidimensionale dell’atmosfera. Non avendo a disposizione misure del nuovo strumento si è dovuto valutarne le performance attraverso l’analisi su osservati simulati creati ricorrendo al modello diretto del trasferimento radiativo e utilizzando un’atmosfera di riferimento ad alta risoluzione. Le distribuzioni bidimensionali delle quantità atmosferiche di interesse sono state quindi ricavate usando il modello di inversione dei dati FULL2D applicato agli osservati simulati di MIPAS2k. I valori dei parametri ricavati sono stati confrontati con i valori dell’atmosfera di riferimento e analizzati utilizzando mappe e quantificatori. Con i risultati di queste analisi e' stato possibile determinare la risoluzione spaziale e la precisione dei prodotti di MIPAS2k per due diverse risoluzioni spettrali.

Un sistema per il salvataggio, la verifica e la notifica delle configurazioni degli apparati di rete della Scuola di Ingegneria e Architettura

In questo lavoro di tesi sono descritte: l’analisi dei requisiti, la progettazione, l’implementazione di un sistema per l’acquisizione automatizzata delle configurazioni degli apparati di rete della Scuola di Ingegneria e Architettura.

Geclock: Un sistema di e-learning dove il tempo è la moneta di scambio

Geclock è un'innovativa piattaforma di e-learning che mette al primo posto la collaborazione tra persone. Il suo funzionamento somiglia molto a quello delle banche del tempo: ogni azione in favore della comunità conferisce all'utente un certo numero di crediti temporali che che potranno essere spesi in futuro all'interno di essa.

Analisi dello spettro di massa invariante j/psi pi+ pi- in collisioni p-p a sqrt(s) = 8 tev con il rivelatore cms

In questo lavoro di tesi è stato studiato lo spettro di massa invariante del sistema J/psi pi+ pi-, m(J/psi pi+ pi-), in collisioni protone-protone a LHC, con energia nel centro di massa sqrt(s)) pari a 8 TeV, alla ricerca di nuovi stati adronici. Lo studio è stato effettuato su un campione di dati raccolti da CMS in tutto il 2012, corrispondente ad una luminosità integrata di 18.6 fb-1. Lo spettro di massa invariante m(J/psi pi+ pi-), è stato ricostruito selezionando gli eventi J/psi->mu+ mu- associati a due tracce cariche di segno opposto, assunte essere pioni, provenienti da uno stesso vertice di interazione. Nonostante l'alta statistica a disposizione e l'ampia regione di massa invariante tra 3.6 e 6.0 GeV/c^2 osservata, sono state individuate solo risonanze già note: la risonanza psi(2S) del charmonio, lo stato X(3872) ed una struttura più complessa nella regione attorno a 5 GeV/c^2, che è caratteristica della massa dei mesoni contenenti il quark beauty (mesoni B). Al fine di identificare la natura di tale struttura, è stato necessario ottenere un campione di eventi arricchito in adroni B. È stata effettuata una selezione basata sull'elevata lunghezza di decadimento, che riflette la caratteristica degli adroni B di avere una vita media relativamente lunga (ordine dei picosecondi) rispetto ad altri adroni. Dal campione così ripulito, è stato possibile distinguere tre sottostrutture nello spettro di massa invariante in esame: una a 5.36 GeV/c^2, identificata come i decadimenti B^0_s-> J/psi pi+ pi-, un'altra a 5.28 GeV/c^2 come i candidati B^0-> J/psi pi+ pi- e un'ultima allargata tra 5.1 e 5.2 GeV/c^2 data da effetti di riflessione degli scambi tra pioni e kaoni. Quest'ultima struttura è stata identificata come totalmente costituita di una combinazione di eventi B^0-> J/psi K+ pi- e B^0_s-> J/psi K+ K-.

Ottimizzazione, guidata dall'applicazione, della scansione di canali WiFi in kernel Linux

La tesi ha visto la creazione di una applicazione in grado di inviare e ricevere messaggi verso un kernel Linux 3.6.8, che e' stato modificato nel modulo net/mac80211. Lo scopo e' stato permettere all'applicazione di attivare/disattivare comportamenti alternativi del metodo di scansione di canali Wi-Fi. Sono rese possibili le seguenti funzionalita': disattivare la scansione, rendere non interrompibile la scansione software, ricevere notifiche a completamento di una scansione software. Per la comunicazione sono stati usati i socket netlink.

TCP a ritrasmissione asimmetrica anticipata su WiFi

Nell'ambito dell'architettura RWMA per l'aumento della qualità del servizio in ambiente wireless, si colloca la ritrasmissione asimmetrica anticipata su wifi. Lo scopo è migliorare ed ottimizzare la comunicazione nel livello datalink tra Access Point e Nodo Mobile per quanto riguarda le connessioni TCP. Il progetto è sviluppato nell'ambiente simulativo OMNET++/INET.

A new method for the estimation of the reverberation time from measured room impulse responses with application to Italian opera houses

The Schroeder's backward integration method is the most used method to extract the decay curve of an acoustic impulse response and to calculate the reverberation time from this curve. In the literature the limits and the possible improvements of this method are widely discussed. In this work a new method is proposed for the evaluation of the energy decay curve. The new method has been implemented in a Matlab toolbox. Its performance has been tested versus the most accredited literature method. The values of EDT and reverberation time extracted from the energy decay curves calculated with both methods have been compared in terms of the values themselves and in terms of their statistical representativeness. The main case study consists of nine Italian historical theatres in which acoustical measurements were performed. The comparison of the two extraction methods has also been applied to a critical case, i.e. the structural impulse responses of some building elements. The comparison underlines that both methods return a comparable value of the T30. Decreasing the range of evaluation, they reveal increasing differences; in particular, the main differences are in the first part of the decay, where the EDT is evaluated. This is a consequence of the fact that the new method returns a “locally" defined energy decay curve, whereas the Schroeder's method accumulates energy from the tail to the beginning of the impulse response. Another characteristic of the new method for the energy decay extraction curve is its independence on the background noise estimation. Finally, a statistical analysis is performed on the T30 and EDT values calculated from the impulse responses measurements in the Italian historical theatres. The aim of this evaluation is to know whether a subset of measurements could be considered representative for a complete characterization of these opera houses.

Hypertension, hypercholesterolemia, hyperaldosteronism: a genetic perspective for personalized therapy.

Essential, primary, or idiopathic hypertension is defined as high BP in which secondary causes such as renovascular disease, renal failure, pheochromocytoma, hyperaldosteronism, or other causes of secondary hypertension are not present. Essential hypertension accounts for 80-90% of all cases of hypertension; it is a heterogeneous disorder, with different patients having different causal factors that may lead to high BP. Life-style, diet, race, physical activity, smoke, cultural level, environmental factors, age, sex and genetic characteristics play a key role in the increasing risk. Conversely to the essential hypertension, secondary hypertension is often associated with the presence of other pathological conditions such as dyslipidaemia, hypercholesterolemia, diabetes mellitus, obesity and primary aldosteronism. Amongst them, primary aldosteronism represents one of the most common cause of secondary hypertension, with a prevalence of 5-15% depending on the severity of blood pressure. Besides high blood pressure values, a principal feature of primary aldosteronism is the hypersecretion of mineralcorticoid hormone, aldosterone, in a manner that is fairly autonomous of the renin-angiotensin system. Primary aldosteronism is a heterogeneous pathology that may be divided essentially in two groups, idiopathic and familial form. Despite all this knowledge, there are so many hypertensive cases that cannot be explained. These individuals apparently seem to be healthy, but they have a great risk to develop CVD. The lack of known risk factors makes difficult their classification in a scale of risk. Over the last three decades a good help has been given by the pharmacogenetics/pharmacogenomics, a new area of the traditional pharmacology that try to explain and find correlations between genetic variation, (rare variations, SNPs, mutations), and the risk to develop a particular disease.

TCP a ritrasmissione asimmetrica anticipata su Access Point WiFi

La perdita di pacchetti durante una trasmissione su una rete Wireless influisce in maniera fondamentale sulla qualità del collegamento tra due End-System. Lo scopo del progetto è quello di implementare una tecnica di ritrasmissione asimmetrica anticipata dei pacchetti perduti, in modo da minimizzare i tempi di recupero dati e migliorare la qualità della comunicazione. Partendo da uno studio su determinati tipi di ritrasmissione, in particolare quelli implementati dal progetto ABPS, Always Best Packet Switching, si è maturata l'idea che un tipo di ritrasmissione particolarmente utile potrebbe avvenire a livello Access Point: nel caso in cui la perdita di pacchetti avvenga tra l'AP e il nodo mobile che vi è collegato via IEEE802.11, invece che attendere la ritrasmissione TCP e Effettuata dall'End-System sorgente è lo stesso Access Point che e effettua una ritrasmissione verso il nodo mobile per permettere un veloce recupero dei dati perduti. Tale funzionalità stata quindi concettualmente divisa in due parti, la prima si riferisce all'applicazione che si occupa della bufferizzazione di pacchetti che attraversano l'AP e della loro copia in memoria per poi ritrasmetterli in caso di segnalazione di mancata acquisizione, la seconda riguardante la modifica al kernel che permette la segnalazione anticipata dell'errore. E' già stata sviluppata un'applicazione che prevede una ritrasmissione anticipata da parte dell'Access Point Wifi, cioè una ritrasmissione prima che la notifica di avvenuta perdita raggiunga l'end-point sorgente e appoggiata su un meccanismo di simulazione di Error Detection. Inoltre è stata anche realizzata la ritrasmissione asincrona e anticipata del TCP. Questo documento tratta della realizzazione di una nuova applicazione che fornisca una più effciente versione del buffer di pacchetti e utilizzi il meccanismo di una ritrasmissione asimmetrica e anticipata del TCP, cioè attivare la ritrasmissione su richiesta del TCP tramite notifiche di validità del campo Acknowledgement.

Simulazione del protocollo TCP a ritrasmissione asimmetrica anticipata su WiFi

Progettazione e realizzazione di uno strumento simulativo che permette l'analisi degli effettivi vantaggi portati dalla ritrasmissione anticipata su WiFi applicata al protocollo TCP.

Un sensore multi-purpose: l'accelerometro

questa tesi propone una prospettiva completa sull'accelerometro, descrivendone le caratteristiche le tipologie, gli utilizzi che se ne possono fare e gli ambiti di applicazione. Sviluppa anche argomenti che riguardano interfacce e piattaforme per l'interazione con il sensore e algoritmi machine learning.