Sviluppo di una piattaforma per fornire contenuti formativi sfruttando la gamification: un caso di studio aziendale

Questo volume di tesi, dal titolo “Sviluppo di una piattaforma per fornire contenuti formativi sfruttando la gamification: un caso di studio aziendale”, tratta argomenti quali e-learning e game-based learning e come/quando questi possono essere applicati, presentando inoltre un esempio di prototipo di applicazione web che può fungere a questo scopo. Nello specifico, il primo capitolo si compone di tre sezioni principali: la prima introduce il concetto di e-learning e le molteplici declinazioni ad esso applicabili, oltre a presentare qualche cenno di carattere storico per individuare questo fenomeno nel tempo; la seconda tratta i campi d’applicazione e le tipologie di didattica inscrivibili nel termine “Game-based learning”. Nella terza sezione, “builder per esperienze gamificate”, infine, vengono presentate e analizzate due applicazioni web che possono concorrere alla creazione di un’esperienza di formazione gamificata in ambito scolastico e/o lavorativo. Il secondo e il terzo capitolo, rispettivamente con titoli “Tecnologie” e “Applicazione web: BKM – Learning Game”, sono fortemente correlati: vengono infatti presentate le tecnologie (nello specifico HTML, CSS, Javascript, NodeJs, VueJs e JSON) utilizzate per la creazione del progetto di tesi, poi viene descritto l’applicativo web risultante nel suo complesso. Il progetto è stato implementato durante il tirocinio in preparazione della prova finale, presso l’azienda Bookmark s.r.l.

Towards eco-friendly batteries: concepts for lithium and sodium ion batteries

Several possibilities are arising aiming the development of “greener”, more sustainable energy storage systems. One point is the completely water-based processing of battery electrodes, thus being able to renounce the use of toxic solvents in the preparation process. Despite its advantage of lower cost and eco-friendlyness, there is the need of similar mechanical and electrochemichal behavior for boosting this preparation mode. Another point – accompanying the water-based processing - is the replacement of solvent-based polymer binders by water-based ones. These binders can be based on fluorinated, crude-oil based polymers on the one side, but also on naturally abundant and economic friendly biopolymers. The most common anode materials, graphite and lithium titanate (LTO), have been subjected a water-based preparation route with different binder systems. LTO is a promising anode material for lithium ion batteries (LIBs), as it shows excellent safety characteristics, does not form a significant SEI and its volume change upon intercalation of lithium ions is negligible. Unfortunately, this material suffers from a rather low electric conductivity - that is why an intensive study on improved current collector surfaces for LTO electrodes was performed. In order to go one step ahead towards sustainable energy storage, anode and cathode active materials for a sodium ion battery were synthesized. Anode active material resulted in a successful product which was then subjected to further electrochemical tests. In this PhD work the development of “greener” energy storage possibilities is tested under several aspects. The ecological impact of raw materials and required battery components is examined in detail.

Untangle sustainable development goal 8 through data visualization and HCI methods

Following the approval of the 2030 Agenda for Sustainable Development in 2015, sustainability became a hotly debated topic. In order to build a better and more sustainable future by 2030, this agenda addressed several global issues, including inequality, climate change, peace, and justice, in the form of 17 Sustainable Development Goals (SDGs), that should be understood and pursued by nations, corporations, institutions, and individuals. In this thesis, we researched how to exploit and integrate Human-Computer Interaction (HCI) and Data Visualization to promote knowledge and awareness about SDG 8, which wants to encourage lasting, inclusive, and sustainable economic growth, full and productive employment, and decent work for all. In particular, we focused on three targets: green economy, sustainable tourism, employment, decent work for all, and social protection. The primary goal of this research is to determine whether HCI approaches may be used to create and validate interactive data visualization that can serve as helpful decision-making aids for specific groups and raise their knowledge of public-interest issues. To accomplish this goal, we analyzed four case studies. In the first two, we wanted to promote knowledge and awareness about green economy issues: we investigated the Human-Building Interaction inside a Smart Campus and the dematerialization process inside a University. In the third, we focused on smart tourism, investigating the relationship between locals and tourists to create meaningful connections and promote more sustainable tourism. In the fourth, we explored the industry context to highlight sustainability policies inside well-known companies. This research focuses on the hypothesis that interactive data visualization tools can make communities aware of sustainability aspects related to SDG8 and its targets. The research questions addressed are two: "how to promote awareness about SDG8 and its targets through interactive data visualizations?" and "to what extent are these interactive data visualizations effective?".

Study of materials and interphases for electrochemical energy storage from renewable sources

Batteries should be refined depending on their application for a future in which the sustainable energy demand increases. On the one hand, it is fundamental to improve their safety, prevent failures, increase energy density, and reduce production costs. On the other hand, new battery materials and architecture are required to satisfy the growing demand. This thesis explores different electrochemical energy storage systems and new methodologies to investigate complex and dynamic processes. Lithium-ion batteries are described in all their cell components. In these systems, this thesis investigates negative electrodes. Both the development of new sustainable materials and new in situ electrode characterization methods were explored. One strategy to achieve high-energy systems is employing lithium metal anodes. In this framework, ammonium hexafluorophosphate is demonstrated to be a suitable additive for stabilizing the interphase and preventing uncontrolled dendritic deposition. Deposition/stripping cycles, electrochemical impedance spectroscopy, in situ optical microscopy, and operando confocal Raman spectroscopy have been used to study lithium metal-electrolyte interphase in the presence of the additive. Redox Flow Batteries (RFBs) are proposed as a sustainable alternative for stationary applications. An all-copper aqueous RFB (CuRFB) has been studied in all its aspects. For the electrolyte optimization, spectro-electrochemical tests in diluted solution have been used to get information on the electrolyte’s electrochemical behaviour with different copper complexes distributions. In concentrated solutions, the effects of copper-to-ligand ratios, the concentration, and the counter-ion of the complexing agent were evaluated. Electrode thermal treatment was optimized, finding a compromise between the electrochemical performance and the carbon footprint. On the membrane side, a new method for permeability studies was designed using scanning electrochemical microscopy (SECM). The Cu(II) permeability of several membranes was tested, obtaining direct visualization of Cu(II) concentration in space. Also, two spectrophotometric approaches were designed for SoC monitoring systems for negative and positive half-cells.

Advancing of risk assessment of pesticides on insect pollinators: beyond honey bees (Apis mellifera L.)

The western honey bee, Apis mellifera L., is currently the model specie for pesticide risk assessment on pollinators with the assumption that the worst-case scenarios for this species are sufficiently conservative to protect other insect pollinators. However, recent studies have showed that wild species may be more sensitive to plant protection products, due to differences in biology and life cycles. Therefore, there is the need to extend the risk assessment within a more ecological approach, in order to ensure that there are no irreversible effects on non-target organisms and in the environment. My dissertation aims to expand the risk assessment to other insect pollinators (including wild and managed pollinators), in order to cover some of the gaps of the current schemes. In this thesis, it is presented three experiments that cover the early stages of a solitary bee (chapter 1), the development of molecular tools for early detection of sub-lethal effects (chapter 2) and the development of protocols to access lethal and sub-lethal effects on other pollinator taxa (Diptera; chapter 3).

AR VR e interfacce aptiche: stato dell'arte e sfide future

Obiettivo di questa tesi è l’introduzione dei principali temi correlati con le tecnologie di Realtà Aumentata, Realtà Virtuale e tecnologie aptiche, cercando di darne una definizione esaustiva e definendo i principali utilizzi e illustrando alcune tecnologie esistenti. L’elaborato, in questo modo, mira a proporre una spiegazione esaustiva della Realtà Virtuale e della Realtà Aumenta, soffermandosi a valutare le differenze e le similitudini delle due tecnologie e proponendo una serie di esempi di utilizzo in ambito formativo e culturale.

Sviluppo di un’app mobile con Realtà Aumentata e Machine Learning in contesto di biodiversità

Il volume di tesi ha riguardato lo sviluppo di un'applicazione mobile che sfrutta la Realtà Aumentata e il Machine Learning nel contesto della biodiversità. Nello specifico si è realizzato un modello di AI che permetta la classificazione di immagini di fiori. Tale modello è stato poi integrato in Android, al fine della realizzazione di un'app che riesca a riconoscere specifiche specie di fiori, oltre a individuare gli insetti impollinatori attratti da essi e rappresentarli in Realtà Aumentata.

Progetto DERNetSoft: design e sviluppo di un'app mobile per un futuro più sostenibile

Da anni ormai siamo inconsapevolmente "in guerra" con la natura. Sfruttiamo e sprechiamo risorse naturali senza alcuna considerazione per le conseguenze. Le città sono considerate le principali fonti dei problemi ambientali e la regolamentazione del consumo energetico urbano è fondamentale per affrontare il cambiamento climatico globale. DERNetSoft Inc, start-up californiana, ha intravisto il problema come un’opportunità per creare un proprio business il cui scopo è quello di contribuire a costruire un futuro a basse emissioni di carbonio, fornendo un servizio tecnologico scalabile e conveniente per consentire la riduzione delle emissioni di gas a effetto serra a livello mondiale. Per farlo vengono utilizzati i concetti di DER Energy e Aggregation Energy. Nel volume di tesi si affrontano e descrivono la progettazione di un’applicazione mobile, multipiattaforma, sviluppata con il framework React Native. L’app sviluppata è supportata da un’architettura basata su dei micro servizi implementati tramite il cloud di Google. La principale funzionalità dell’applicazione sviluppata è quella di notificare gli utenti di un evento ELRP che, attraverso incentivi economici, promuove la riduzione del consumo energetico durante i periodi di forte stress o emergenza della rete elettrica.

Sistemi interattivi per la sostenibilità negli spazi pubblici: stato dell'arte e opportunità

Vista l’attuale condizione del nostro pianeta, si ha la necessità di ridurre l’impatto ambientale e salvaguardare gli aspetti economici e sociali, mantenendo e favorendo la biodiversità e l’ecosistema. L’obiettivo di questa tesi è quello di mostrare come la tecnologia, in particolare gli strumenti interattivi, possano migliorare la condizione delle nostre vite e del pianeta. Nella prima parte ci si concentrerà sull’analisi degli strumenti multimediali interattivi, come kiosk, videowall e LIM. Poi si passerà ad illustrare la storia della sostenibilità, in che modo si sia arrivati a tale concetto e soprattutto si farà riferimento a tutte le leggi e progetti che attualmente la interessano. Nell’ultimo capitolo ci presenterà una panoramica di applicazione degli strumenti interattivi volti alla sostenibilità, ma anche accenni a progetti futuri, in particolare a quelli di grandi aziende come Google e Microsoft. Concludendo, sia le grandi realtà, che le piccole attenzioni nella vita quotidiana, servono per perseguire questo obiettivo e la sostenibilità digitale può portare la giusta innovazione, di cui si necessità in questo momento e nel futuro.

Progetto LetsBox!: definizione del ciclo di vita del prodotto, design, sviluppo e validazione dell’UX

Questo volume di tesi ha l'obiettivo di descrivere l'intero processo di progettazione, sviluppo e rilascio di un'applicazione mobile, coinvolgendo anche gli end-user nella fase finale di valutazione. In particolare, il volume di tesi si sviluppa su quattro capitoli che descrivono 1) l'analisi dei requisiti, seguendo un approccio AGILE, 2) l'analisi del ciclo di vita del prodotto (inclusi business model e business plan), 3) l'architettura del sistema, e, infine, 4) la valutazione dell’usabilità e della UX. L'applicazione usata come caso di studio è "LetsBox!", un'applicazione mobile della categoria puzzle game, sviluppata sfruttando il framework di sviluppo di app ibride IONIC 5, con l’obiettivo di creare un gioco che coinvolgesse il giocatore tanto da farlo giocare nei suoi momenti di svago e indurlo a sfidare i record esistenti ma, nello stesso tempo creare un gioco originale e non esistente sul mercato.

AlmaBike: una piattaforma web per aggregare e visualizzare dati sull'inquinamento da sensori IoT

L'inquinamento è un pensiero costante nel ventunesimo secolo. Ogni anno, i ricercatori cercano di trovare nuove metodologie e tecnologie per controllarlo e ridurlo. Per questo motivo l’Università di Bologna ha avviato svariati progetti per contrastare le problematiche ambientali. Una delle iniziative è AlmaBike. Sono biciclette che vengono assegnate nella forma di comodato gratuito al personale universitario e agli studenti. Nell'ultimo periodo, 50 AlmaBike sono state dotate di un pacchetto sensori in grado di rilevare posizione GPS, la qualità dell’aria, il rumore e alcuni parametri ambientali. Gli obiettivi perseguiti sono: sperimentare un sistema che permetta la misurazione di dati in merito alla qualità ambientale del comune di Bologna e misurare la rilevanza della consapevolezza della qualità dell’aria nella scelta di percorsi da parte di un utente, ad esempio casa-lavoro. L’obiettivo di questa tesi è quello di creare un applicativo che permetta la fruizione dei dati raccolti dai vari sensori attraverso l’uso di tecniche di Data Visualization. I dati vengono elaborati e organizzati con lo scopo di permetterne la comprensione anche ad utenti inesperti. La tesi è suddivisa in tre capitoli: nel primo capitolo sono stati approfonditi i concetti inerenti alla sostenibilità riprendendo quanto detto a proposito degli obiettivi dell'Agenda 2030, facendo anche una breve introduzione sul concetto di IoT e sensori; nel secondo capitolo vengono presentate le tecnologie utilizzate per la realizzazione dell’applicativo tra cui: Docker, MySQL, Angular, Typescript, Golang; nel terzo capitolo viene mostrata nel dettaglio l'applicazione creata: dalle scelte progettuali, fino ad arrivare al risultato finale.

Digital Wellbeing: uno studio comparativo delle tecnologie esistenti e delle sfide

Oggi, la tecnologia è entrata insostituibilmente a far parte della nostra vita quotidiana; le enormi opportunità offerte dalle apparecchiature informatiche possono a lungo termine trascinare un utente in uno stato di stress e distrazione causato dall'abuso dei mezzi e dalla sovrabbondanza comunicativa. Fare un utilizzo sano e consapevole dei propri dispositivi diventa fondamentale per il nostro benessere, ma richiede consapevolezza e abilità; mentre continuare ad ignorare il problema potrebbe trasformare le stesse opportunità offerte in malessere fisiologico, psichico e cognitivo. A tal proposito, è stato delineato il termine “Digital Wellbeing”, per indicare la condizione di chi sa sfruttare al meglio le crescenti opportunità messe a disposizione dagli strumenti digitali, sapendo al contempo controllare e governare gli effetti delle loro dinamiche indesiderate. La tesi approfondisce il rapporto che abbiamo ogni giorno con la tecnologia, quanto l'utilizzo degli strumenti tecnologici è fruttuoso o dannoso al nostro benessere personale psicofisico ed alla qualità della nostra vita. Il digital wellbeing, o benessere digitale, è una condizione soggettiva e mutevole, derivante da condizioni sociali, dallo stato delle tecnologie e dalle attività di ogni persona. Capiremo perché questo tema è importante nella società odierna, quali strumenti possediamo per migliorare il nostro equilibrio con la rete e come l'educazione all'uso risulta fondamentale.

LIFE4Pollinators app: gamification, citizen science e machine learning per la classificazione e monitoraggio degli insetti impollinatori

Il tema della biodiversità sta assumendo sempre più importanza negli ultimi decenni a causa delle condizioni di rischio, dovute alle attività umane, a cui l'intero mondo naturale è costantemente sottoposto. In questo contesto diventa sempre più importante l'educazione ambientale per aumentare la consapevolezza delle persone e per far si che ognuno possa adottare i dovuti accorgimenti nel rispetto e nella preservazione della natura. Questo progetto nasce con l'obiettivo di approfondire il tema della sensibilizzazione, attraverso lo sviluppo di una applicazione nativa android in grado di classificare gli insetti impollinatori e che, grazie all'integrazione di elementi di gamification, sia in grado di motivare l'utente ad approfondire le proprie conoscenze. Il progetto di tesi è suddiviso in tre capitoli: il primo descrive i concetti di biodiversità, gamification e citizen science su cui si basa l'elaborato; il secondo capitolo rappresenta la fase di progettazione per strutturare il database, le interfacce grafiche e per capire le tecnologie migliore da utilizzare; infine il terzo capitolo mostra l'implementazione completa del progetto, descrivendone nel dettaglio le funzionalità.

Sistemi integrati per il monitoraggio dell’ambiente e la salvaguardia dei libri nei locali universitari

Negli ultimi anni l’evoluzione tecnologica ha avuto un incremento esponenziale; ogni anno, numerose innovazioni, hanno portato notevoli cambiamenti sulla vita dei consumatori e sul modo in cui essi interagiscono. Al giorno d’oggi, la tecnologia ha raggiunto livelli tali da renderne necessario l’utilizzo per poter soddisfare vari tipi di bisogni. In questa situazione, lo sviluppo di Internet ha consentito di poter entrare in una nuova era, quella dell’Internet of Things (IoT). Questo nuovo modello sarebbe in grado di portare grossi benefici nella vita di tutte le persone, partendo dalle grandi aziende, fino ad arrivare ai singoli consumatori. L’idea di questo progetto di tesi è di posizionare un dispositivo, in grado di poter rilevare temperatura ed umidità dell’ambiente, nei locali universitari nei quali sono immagazzinati i libri, in modo tale da poter monitorare l’andamento termico degli spazi ed eventualmente effettuare delle operazioni di ripristino della temperatura e dell’umidità per evitare il danneggiamento e il deterioramento dei materiali. In questo documento di tesi andremo ad approfondire l’implementazione del dispositivo IoT in grado di rilevare i dati dell’ambiente. Nello specifico analizzeremo l’ambito applicativo di questo dispositivo, l’implementazione del sistema su una scheda Raspberry Pi 4, sfruttando anche un componente aggiuntivo contenente in sensori necessari al funzionamento del sistema, e vedremo nello specifico anche l’implementazione della pagina Web creata per la visualizzazione dei dati. Negli ultimi anni abbiamo vissuto una grande crisi a livello sanitario e oggi stiamo passando un periodo di difficoltà economica dovuta all’aumento del costo di alcune materie prime quali elettricità e gas. I futuri sviluppi su questo progetto potrebbero portare a risolvere in piccolo alcuni di questi problemi.

CartBot: un’applicazione di chat bot mobile per l’e-grocery

Sempre più negli ultimi anni si interagisce con i chatbot, software che simulano una conversazione con un essere umano utilizzando il linguaggio naturale. L’elaborato di tesi mira ad uno studio più approfondito della tematica, a partire da come tale tecnologia si è evoluta nel corso degli anni. Si procede analizzando le principali applicazioni dei bot, soffermandosi anche sui cambiamenti apportati dalla pandemia di Covid-19, ed evidenziando le principali ragioni che portano aziende e singoli al loro utilizzo. Inoltre, vengono descritti i diversi tipi di bot esistenti e viene analizzato il Natural Language Processing, ramo dell’Intelligenza Artificiale che mira alla comprensione del linguaggio naturale. Nei capitoli successivi viene descritto il progetto CartBot, un’applicazione di chat mobile per l’e-grocery, implementata come un chatbot che guida il cliente all’acquisto della spesa online. Vengono descritte le tecnologie utilizzate, con particolare riferimento al software di Google Dialogflow, che permette di sviluppare bot; inoltre viene analizzata come è stata effettuata la progettazione, sia lato front-end che back-end, allegando il flowchart, un diagramma di flusso realizzato per definire la sequenza di azioni e passaggi richiesti dal bot per effettuare l’acquisto. Infine, sono descritte le varie sottosezioni di CartBot, che riguardano la visualizzazione dei prodotti e il completamento dell’ordine, allegando screenshot dell’interfaccia finale ottenuta e inserendo il codice di alcune funzioni rilevanti.