Modelo comportamental do capacitor ferroelétrico como unidade básica de neurônios artificiais e sua implementação em FPGA

This work proposes the use of the behavioral model of the hysteresis loop of the ferroelectrics capacitor as a new alternative to the usually costly techniques in the computation of nonlinear functions in artificial neurons implemented on reconfigurable hardware platform, in this case, a FPGA device. Initially the proposal has been validated by the implementation of the boolean logic through the digital models of two artificial neurons: the Perceptron and a variation of the model Integrate and Fire Spiking Neuron, both using the model also digital of the hysteresis loop of the ferroelectric capacitor as it’s basic nonlinear unit for the calculations of the neurons outputs. Finally, it has been used the analog model of the ferroelectric capacitor with the goal of verifying it’s effectiveness and possibly the reduction of the number of necessary logic elements in the case of implementing the artificial neurons on integrated circuit. The implementations has been carried out by Simulink models and the synthesizing has been done through the DSP Builder software from Altera Corporation.

Design, development and control of a new generation high performance linear actuator for parallel robots and other applications

The main focus of this research is to design and develop a high performance linear actuator based on a four bar mechanism. The present work includes the detailed analysis (kinematics and dynamics), design, implementation and experimental validation of the newly designed actuator. High performance is characterized by the acceleration of the actuator end effector. The principle of the newly designed actuator is to network the four bar rhombus configuration (where some bars are extended to form an X shape) to attain high acceleration. Firstly, a detailed kinematic analysis of the actuator is presented and kinematic performance is evaluated through MATLAB simulations. A dynamic equation of the actuator is achieved by using the Lagrangian dynamic formulation. A SIMULINK control model of the actuator is developed using the dynamic equation. In addition, Bond Graph methodology is presented for the dynamic simulation. The Bond Graph model comprises individual component modeling of the actuator along with control. Required torque was simulated using the Bond Graph model. Results indicate that, high acceleration (around 20g) can be achieved with modest (3 N-m or less) torque input. A practical prototype of the actuator is designed using SOLIDWORKS and then produced to verify the proof of concept. The design goal was to achieve the peak acceleration of more than 10g at the middle point of the travel length, when the end effector travels the stroke length (around 1 m). The actuator is primarily designed to operate in standalone condition and later to use it in the 3RPR parallel robot. A DC motor is used to operate the actuator. A quadrature encoder is attached with the DC motor to control the end effector. The associated control scheme of the actuator is analyzed and integrated with the physical prototype. From standalone experimentation of the actuator, around 17g acceleration was achieved by the end effector (stroke length was 0.2m to 0.78m). Results indicate that the developed dynamic model results are in good agreement. Finally, a Design of Experiment (DOE) based statistical approach is also introduced to identify the parametric combination that yields the greatest performance. Data are collected by using the Bond Graph model. This approach is helpful in designing the actuator without much complexity.

Use of active power filter to reduce the effects of harmonics in solid oxide fuel cells

The Solid Oxide Fuel Cell (SOFC) is a class of fuel cells that is capable of generating very high levels of power at high temperatures. SOFCs are used for stationary power generation and as Combined Heat and Power (CHP) systems. In spite of all the beneficial features of the SOFC, the propagation of ripple currents, due to nonlinear loads, is a challenging problem, as it interferes with the physical operation of the fuel cell. The purpose of this thesis is to identify the cause of ripples and attempt to eliminate or reduce the ripple propagation through the use of Active Power Filters (APF). To this end, a systematic approach to modeling the fuel cell to account for its nonlinear behavior in the presence of current ripples is presented. A model of a small fuel cell power system which consists of a fuel cell, a DC-DC converter, a single-phase inverter and a nonlinear load is developed in MATLAB/Simulink environment. The extent of ripple propagation, due to variations in load magnitude and frequency, are identified using frequency spectrum analysis. In order to reduce the effects of ripple propagation, an APF is modeled to remove ripples from the DC fuel cell current. The emphasis of this thesis is based on the idea that small fuel cell systems cannot implement large passive filters to cancel the effects of ripple propagation and hence, the compact APF topology effectively protects the fuel cell from propagating ripples and improves its electrical performance.

PhiloEditor 3.0 : un web editor per la ricerca filologica

All'interno della presente dissertazione vengono illustrate le scelte progettuali e l'implementazione dell'applicazione "PhiloEditor 3.0", un web editor per lo studio filologico delle variati d'autore.

Sviluppo di un'applicazione Android per la comunicazione decentralizzata

L'utilizzo di percorsi non centralizzati per la comunicazione tra dispositivi mobili presenta notevoli vantaggi, tra i quali una maggiore sicurezza e segretezza e l'indipendenza da infrastrutture esterne (Internet). Gli studi e le implementazioni di questo tipo di funzionalità stanno emergendo recentemente di pari passo con i traguardi raggiunti nel campo della tecnologia mobile, ma si trovano ancora in uno stato sperimentale e poco fruibile in pratica. È stata sviluppata come proof of work un'applicazione che permette di diffondere messaggi tra dispositivi mobili senza connessione a internet, sfruttando un sistema di comunicazione (quasi) peer to peer. Viene descritta in generale l'architettura e il funzionamento dell'applicazione insieme a dei possibili casi d'uso. Inoltre vengono mostrati i metodi vagliati ed effettivamente utilizzati per implementare questo tipo di comunicazione, insieme ad altre caratteristiche secondarie (crittografia). Il risultato conseguito è a tutti gli effetti funzionante e viene ritenuto la soluzione migliore possibile tra tutte quelle trovate, ma presenta comunque diversi difetti. La conclusione raggiunta è che lo stato attuale dell'arte non permetta di raggiungere lo scopo prefissato in maniera ottimale, in quanto è necessario ricorrere a metodi poco funzionali a causa della mancanza di supporto alle tecnologie necessarie.

My Personal Trainer: applicazione di e-learning per il fitness su piattaforma Android

L’obiettivo della tesi è quello di mettere in pratica e approfondire le conoscenze acquisite durante il percorso universitario, al fine di avvicinarsi a quello che sarà poi il mondo del lavoro. Questa motivazione e la voglia di realizzare qualcosa di concreto hanno portato alla scelta di sviluppare un’applicazione per sistemi mobile, in questo modo è stato necessario affrontare le varie fasi di sviluppo di un software che comprendono in particolare la progettazione e l’implementazione. All'interno della tesi si darà uno sguardo al contesto in cui l’applicazione MyPersonalTrainer vuole andarsi ad inserire, si procederà con la descrizione della fase di progettazione che comprende l'analisi dei requisiti, poi si analizzerà la fase di implementazione e infine verranno effettuate delle considerazioni sui possibili sviluppi futuri.

Progettazione e sviluppo di un sistema per la verifica dell'integrità hardware e firmware di un sistema

Questa tesi tratta un argomento che si è fatto sempre più interessante, soprattutto in questi ultimi anni, l'integrità firmware e hardware di un sistema. Oggigiorno milioni di persone fanno completamente affidamento al proprio sistema lasciando nelle loro mani moli di dati personali e non, molte delle quali si affidano ai moderni antivirus i quali, però, non sono in grado di rilevare e gestire attacchi che implicano l'alterazione dei firmware. Verranno mostrati diversi attacchi di questo tipo cercando di fare capire come la relativa sicurezza sia importante, inoltre saranno discussi diversi progetti reputati interessanti. Sulla base delle ricerche effettuate, poi, sarà mostrata la progettazione e l'implementazione di un software in grado di rilevare alterazioni hardware e firmware in un sistema.

Gamification e Machine Learning per migliorare l’esperienza di guida e diminuire i consumi in un veicolo elettrico

Questo progetto di tesi è parte di un programma più ampio chiamato TIME (Tecnologia Integrata per Mobilità Elettrica) sviluppato tra diversi gruppi di ricerca afferenti al settore meccanico, termofluidodinamico e informatico. TIME si pone l'obiettivo di migliorare la qualità dei componenti di un sistema powertrain presenti oggi sul mercato progettando un sistema general purpose adatto ad essere installato su veicoli di prima fornitura ma soprattutto su retrofit, quindi permettendo il ricondizionamento di veicoli con motore a combustione esistenti ma troppo datati. Lo studio svolto si pone l'obiettivo di identificare tutti gli aspetti di innovazione tecnologica che possono essere installati all'interno del sistema di interazione uomo-macchina. All'interno di questo progetto sarà effettuata una pianificazione di tutto il lavoro del gruppo di ricerca CIRI-ICT, partendo dallo studio normativo ed ergonomico delle interfacce dei veicoli analizzando tutti gli elementi di innovazione che potranno far parte del sistema TIME e quindi programmare tutte le attività previste al fine di raggiungere gli obiettivi prefissati, documentando opportunamente tutto il processo. Nello specifico saranno analizzate e definite le tecniche da utilizzare per poi procedere alla progettazione e implementazione di un primo sistema sperimentale di Machine Learning e Gamification con lo scopo di predire lo stato della batteria in base allo stile di guida dell'utente e incentivare quest'ultimo tramite sistemi di Gamification installati sul cruscotto ad una guida più consapevole dei consumi. Questo sistema sarà testato su dati simulati con l'obiettivo di avere un prodotto configurabile da installare sul veicolo.

Il protocollo "BB84" per la distribuzione quantistica delle chiavi

Il fine di questa tesi è quello di arrivare a formulare il problema della distribuzione delle chiavi crittografiche e discutere la soluzione offerta dalla crittografia quantistica. Con la descrizione dei più importanti cifrari classici e in particolare con la dimostrazione dell'inviolabilità del cifrario di Vernam vengono definiti i punti del problema. Seguono delle basi di meccanica quantistica, fondamentali per presentare il protocollo BB84, cuore della tesi, primo protocollo di distribuzione quantistica delle chiavi. Se ne dimostra infine la sicurezza incondizionata.

Analisi della propagazione elettrica nel tessuto cardiaco mediante simulazione numerica implementata su GPU

Il segnale elettrico si propaga nel tessuto cardiaco attraverso gap-junctions che si trovano tra i miociti cardiaci e in ciascuno di essi si avvia un processo chiamato potenziale d'azione (PA). In questa tesi prenderò in considerazione il modello Luo-Rudy 1991 e il difetto oggetto di studio sono le Early Afterdepolarizations (EADs). Si analizzerà la propagazione del potenziale d’azione in un cavo di 300 cellule. Dopo alcune simulazioni preliminari è emersa l’utilità di trovare una soluzione che permettesse di ridurre i tempi di calcolo, il modello è stato quindi implementato in CUDA. Il lavoro è stato sviluppato nei seguenti step: 1) l’impiego dell’ambiente di calcolo MATLAB per implementare il modello, descrivendo ogni cellula attraverso il modello Luo-Rudy 1991 e l’interazione elettrica inter-cellulare, considerando un cavo di 300 cellule; 2) individuazione dei parametri che, adeguatamente modificati, sono in grado di indurre EADs a livello single cell; 3) implementazione del modello in CUDA, creando uno strumento che potrà essere utilizzato per aumentare notevolmente il numero delle simulazioni nell’unità di tempo; 4) messa a punto di un criterio per valutare in modo conciso la bontà (safety factor) della relazione source-sink. L’utilità di un simile criterio è quella di valutare, sia nel caso di propagazione di AP che in quello di eventuale propagazione di EADs, la propensione alla propagazione in un tessuto. Il primo capitolo descriverà il potenziale d’azione, il modello usato e la teoria del cavo. Il secondo capitolo discuterà l’implementazione del modello usato, descriverà CUDA e come il modello sia stato implementato. Il terzo capitolo riguarderà i primi risultati ottenuti dalle simulazioni e come la variazione dei parametri influisce sulla forma delle EADs. L’ultimo capitolo approfondirà i requisiti necessari per far avvenire una propagazione in un cavo.

Analisi modellistica di un intenso ciclone di tipo tropicale nel Mediterraneo (7-8 novembre 2014): predicibilità, caratteristiche termodinamiche e confronto con osservazioni da satellite

Il lavoro di tesi riguarda lo studio dettagliato di un ciclone di tipo tropicale (tropical like cyclone, TLC) verificatosi nel Canale di Sicilia nel novembre 2014, realizzato attraverso un'analisi modellistica effettuata con i modelli BOLAM e MOLOCH (sviluppati presso il CNR-ISAC di Bologna) e il confronto con osservazioni. Nel primo capitolo è fornita una descrizione generale dei cicloni tropicali e dei TLC, indicando come la formazione di questi ultimi sia spesso il risultato dell'evoluzione di cicloni extratropicali baroclini nel Mediterraneo; sono identificate le aree geografiche con i periodi dell'anno maggiormente soggetti all'influenza di questi fenomeni, riportando un elenco dei principali TLC verificatisi nel Mediterraneo negli utlimi tre decenni e lo stato dell'arte sullo studio di questi eventi. Nel secondo capitolo sono descritte le modalità di implementazione delle simulazioni effettuate per il caso di studio e presentati i principali prodotti dell'analisi modellistica e osservazioni da satellite. Il terzo capitolo si apre con la descrizione della situazione sinottica e l'analisi osservativa con immagini Meteosat e rilevazioni radar che hanno permesso di ricostruire la traiettoria osservata del TLC. In seguito, viene dapprima fornito l'elenco completo delle simulazioni numeriche, quindi sono presentati alcuni dei più importanti risultati ottenuti, dai quali emerge che la previsione della traiettoria e intensità del TLC differisce notevolmente dalle osservazioni. Tenendo conto della bassa predicibilità che ha caratterizzato l'evento, nel quarto capitolo è descritto il metodo usato per ricostruire in maniera ottimale la traiettoria, utilizzando spezzoni da varie simulazioni, che ha permesso un confronto più realistico con i dati osservati e un'analisi dei processi fisici. Nel quinto capitolo sono riportati i principali risultati di alcuni test mirati a valutare l'impatto di aspetti legati all'implementazione delle simulazioni e ad altre forzanti fisiche.

Computazione Embodied e Disembodied: Cloud-based IoT

La tesi esplora la co-esistenza di computazioni embodied e disembodied nei moderni sistemi software, adottando come caso di studio il recente trend che vede sempre più coesi e integrati sistemi per l'Internet of Things e sistemi Cloud-based. Si analizzano i principali modelli di comunicazione, protocolli di comunicazione e architetture situate. Inoltre si realizza una piattaforma IoT Middleware cloud-based per mostrare come la computazione possa essere distribuita lato embodied e disembodied.

Integrazione sistemi a eventi e multi-agente: Kafka, TuCSoN e JADE

La tesi esplora le problematiche relative all'integrazione di tecnologie per lo sviluppo di sistemi multi-agente e tecnologie per lo sviluppo di sistemi di comunicazione ad eventi. In particolare è stata posta l'attenzione sui concetti condivisi da entrambe le tecnologie e su come sia possibile realizzare l'integrazione preservando i principi fondamentali delle due tipologie di sistemi, tramite l'implementazione di un'astrazione di coordinazione oggettiva. Inoltre viene mostrato un esempio di integrazione tra JADE, TuCSoN e Kafka, tramite un caso di studio che permette di utilizzare i tre modelli di coordinazione offerti da questi framework in un unico sistema multi-agente.

Alternative per la configurazione dell'infrastruttura di rete in piattaforme Openstack

In questo scritto si analizzeranno alcune alternative nella configurazione di rete della piattaforma di cloud computing open source OpenStack. Verrà mostrata un’ installazione in ambiente di laboratorio di un cluster completo basato sulla release Liberty di Openstack, per poi modificarne la componente dedicata al Networking in modo da sfruttare diversi plugin e diversi protocolli. Si osserverà il traffico generato all’interno e verso l’esterno del sistema Openstack in modo da avere un quadro generale del comportamento dell’infrastruttura.

Analisi preliminare dei risultati di TC perfusionale effettuata su tessuto polmonare sano

Le ultime ricerche in campo oncologico sulle cure antitumorali sono indirizzate verso una categoria definita target therapy. In particolare tra le più promettenti, le terapie antiangiogenetiche, il cui scopo primario è quello di limitare l’apporto di sangue al tumore. In questo contesto la Tomografia Computerizzata (TC) perfusionale rappresenta un’importante tecnica di imaging radiologico in grado, teoricamente, di fornire misure quantitative, che permettano una valutazione, anche precoce, della risposta alle terapie antiangiogenetiche. I principali problemi aperti in questo campo riguardano la standardizzazione dei protocolli di acquisizione e di elaborazione delle sequenze perfusionali, che determinano la scarsa riproducibilità dei risultati intra- ed inter-paziente, non consentendone l’uso nella pratica clinica. In letteratura sono presenti diversi studi riguardanti la perfusione dei tumori polmonari, ma vi sono pochi studi sull’affidabilità dei parametri perfusionali calcolati. Questa Tesi si propone di analizzare, quantificare e confrontare gli errori e l’affidabilità dei parametri perfusionali calcolati attraverso la TC perfusionale. In particolare, vengono generate delle mappe di errore ed effettuati dei confronti di diverse regioni del polmone sano. I risultati ottenuti dall’analisi dei casi reali sono discussi al fine di poter definire dei livelli di affidabilità dei parametri perfusionali e di quantificare gli errori che si commettono nella valutazione dei parametri stessi. Questo studio preliminare consentirà, quindi, un’analisi di riproducibilità, permettendo, inoltre, una normalizzazione dei valori perfusionali calcolati nella lesione, al fine di effettuare analisi intra- ed inter-paziente.