On Reasonable Space and Time Cost Models for the λ-Calculus

Slot and van Emde Boas Invariance Thesis states that a time (respectively, space) cost model is reasonable for a computational model C if there are mutual simulations between Turing machines and C such that the overhead is polynomial in time (respectively, linear in space). The rationale is that under the Invariance Thesis, complexity classes such as LOGSPACE, P, PSPACE, become robust, i.e. machine independent. In this dissertation, we want to find out if it possible to define a reasonable space cost model for the lambda-calculus, the paradigmatic model for functional programming languages. We start by considering an unusual evaluation mechanism for the lambda-calculus, based on Girard's Geometry of Interaction, that was conjectured to be the key ingredient to obtain a space reasonable cost model. By a fine complexity analysis of this schema, based on new variants of non-idempotent intersection types, we disprove this conjecture. Then, we change the target of our analysis. We consider a variant over Krivine's abstract machine, a standard evaluation mechanism for the call-by-name lambda-calculus, optimized for space complexity, and implemented without any pointer. A fine analysis of the execution of (a refined version of) the encoding of Turing machines into the lambda-calculus allows us to conclude that the space consumed by this machine is indeed a reasonable space cost model. In particular, for the first time we are able to measure also sub-linear space complexities. Moreover, we transfer this result to the call-by-value case. Finally, we provide also an intersection type system that characterizes compositionally this new reasonable space measure. This is done through a minimal, yet non trivial, modification of the original de Carvalho type system.

Una proposta di edizione digitale semantica della vita di Federico da Montefeltro di Vespasiano da Bisticci

Il patrimonio culturale è l’espressione della comunità a cui si riferisce e il digitale può essere un valido strumento per raccontare le storie relative ai beni culturali affinché siano, non solo studiati, ma anche recepiti nel loro significato più profondo da più pubblici. L’inserimento di testi manoscritti sul web utilizzando le tecnologie dei Linked Data facilitano la fruizione del testo da parte dell’utente non specializzato e la creazione di strumenti per la ricerca. La proposta di digitalizzazione della tesi ha come oggetto la vita di Federico da Montefeltro scritta da Vespasiano da Bisticci utilizzando i vocabolari schema.org, FOAF e Relationship per la marcatura del testo e i Content Management System per la pubblicazione dei dati. In questo modo sarà possibile avere un sito web in cui potrà essere curato anche l’aspetto grafico seguendo le regole della user experience e dell’information achitecture per valorizzare le figure del duca di Urbino e del cartolaio fiorentino.

A novel hybrid thermochemical-biological refinery integrated with power-to-X approach for obtaining biopolymers

In this study, a novel hybrid thermochemical-biological refinery integrated with power-to-x approach was developed for obtaining biopolymers (namely polyhydroxyalkanoates, PHA). Within this concept, a trilogy process schema comprising of, (i) thermochemical conversion via integrated pyrolysis-gasification technologies, (ii) anaerobic fermentation of the bioavailable products obtained through either thermochemistry or water-electrolysis for volatile fatty acids (VFA) production, (iii) and VFA-to-PHA bioconversion via an original microaerophilic-aerobic process was developed. During the first stage of proposed biorefinery where lignocellulosic (wooden) biomass was converted into, theoretically fermentable products (i.e. bioavailables) which were defined as syngas and water-soluble fraction of pyrolytic liquid (WS); biochar as a biocatalyst material; and a dense-oil as a liquid fuel. Within integrated pyrolysis - gasification process, biomass was efficiently converted into fermentable intermediates representing up to 66% of biomass chemical energy content in chemical oxygen demand (COD) basis. In the secondary stage, namely anaerobic fermentation for obtaining VFA rich streams, three different downstream process were investigated. First fermentation test was acidogenic bioconversion of WS materials obtained through pyrolysis of biomass within an original biochar-packed bioreactor, it was sustained up to 0.6 gCOD/L-day volumetric productivity (VP). Second, C1 rich syngas materials as the gaseous fraction of pyrolysis-gasification stage, was fermented within a novel char-based biofilm sparger reactor (CBSR), where up to 9.8 gCOD/L-day VP was detected. Third was homoacetogenic bioconversion within the innovative power-to-x pathway for obtaining commodities via renewable energy sources. More specifically, water-electrolysis derived H2 and CO2 as a primary greenhouse gas was successfully bio-utilized by anaerobic mixed cultures into VFA within CBSR system (VP: 18.2 gCOD/L-day). In the last stage of the developed biorefinery schema, VFA is converted into biopolymers within a new continuous microaerophilic-aerobic microplant, where up to 60% of PHA containing sludges was obtained.

Valutazione cinematica complessiva, in vivo e sotto carico, di un modello protesico di caviglia a 3 componenti.

Nonostante le importanti ricadute che gli impianti protesici di caviglia hanno nella qualità della vita dei pazienti che si sottopongono ad intervento di sostituzione articolare, le reali proprietà biomeccaniche e cinematiche in-vivo e sotto carico degli impianti protesici sono state scarsamente studiate e descritte in letteratura. Lo scopo di questa trattazione è quella di valutare la cinematica protesica complessiva, in vivo, attraverso l’utilizzo dell’Analisi Radiostereometrica model-based (MB-RSA) e di ulteriori metodiche clinico-strumentali. La valutazione cinematica è stata permessa dall’analisi della posizione degli impianti attraverso la MB-RSA. Tra gli obiettivi secondari, i pazienti sono stati valutati clinicamente mediante AOFAS Ankle-Hindfoot score e SF-36, mediante full-body gait analysis con sensori inerziali e valutazione posturale-stabilometrica mediante Y Balance Test e workstation dedicata Delos DPPS. I pazienti sottoposti ad iter completo con valutazione clinica e strumentale a fine follow-up sono risultati 18 (2 drop-out). Il ROM complessivo a catena cinetica chiusa ha evidenziato una dorsi-plantarflessione complessiva media di 19.84°. Gli score clinici hanno mostrato tutti un netto miglioramento nel post-operatorio. La gait analysis ha evidenziato uno schema del passo composto dai tre principali spike e compatibile con schemi fisiologici. Dal punto di vista cinematico, i risultati angolari MB-RSA ricavati durante questo lavoro di tesi evidenziano tutti e 6 i gradi di libertà, dato coerente con la mobilità di una caviglia nativa. Valori di articolarità differenti sono stati registrati mediante sensori inerziali. Infine, in una valutazione cinematica complessiva, le possibili implicazioni sul bilanciamento posturale e propriocettivo presente nelle caviglie artrosiche e successivamente sottoposte a sostituzione protesica totale sono ampiamente descritte e discusse. I dati raccolti in questo lavoro di tesi rappresentano il risultato di una valutazione cinematica complessiva, e potranno aiutare a definire una tipologia di soggetto artrosico in cui i risultati siano verosimilmente migliori ed eventualmente a migliorare design e strumentari futuri.

Ethics in the flesh: formalizing moral values in embodied cognition

Values are beliefs or principles that are deemed significant or desirable within a specific society or culture, serving as the fundamental underpinnings for ethical and socio-behavioral norms. The objective of this research is to explore the domain encompassing moral, cultural, and individual values. To achieve this, we employ an ontological approach to formally represent the semantic relations within the value domain. The theoretical framework employed adopts Fillmore’s frame semantics, treating values as semantic frames. A value situation is thus characterized by the co-occurrence of specific semantic roles fulfilled within a given event or circumstance. Given the intricate semantics of values as abstract entities with high social capital, our investigation extends to two interconnected domains. The first domain is embodied cognition, specifically image schemas, which are cognitive patterns derived from sensorimotor experiences that shape our conceptualization of entities in the world. The second domain pertains to emotions, which are inherently intertwined with the realm of values. Consequently, our approach endeavors to formalize the semantics of values within an embodied cognition framework, recognizing values as emotional-laden semantic frames. The primary ontologies proposed in this work are: (i) ValueNet, an ontology network dedicated to the domain of values; (ii) ISAAC, the Image Schema Abstraction And Cognition ontology; and (iii) EmoNet, an ontology for theories of emotions. The knowledge formalization adheres to established modeling practices, including the reuse of semantic web resources such as WordNet, VerbNet, FrameNet, DBpedia, and alignment to foundational ontologies like DOLCE, as well as the utilization of Ontology Design Patterns. These ontological resources are operationalized through the development of a fully explainable frame-based detector capable of identifying values, emotions, and image schemas generating knowledge graphs from from natural language, leveraging the semantic dependencies of a sentence, and allowing non trivial higher layer knowledge inferences.

Incompressible limit and well-posedness of PDE models of tissue growth

Both compressible and incompressible porous medium models are used in the literature to describe the mechanical aspects of living tissues. Using a stiff pressure law, it is possible to build a link between these two different representations. In the incompressible limit, compressible models generate free boundary problems where saturation holds in the moving domain. Our work aims at investigating the stiff pressure limit of reaction-advection-porous medium equations motivated by tumor development. Our first study concerns the analysis and numerical simulation of a model including the effect of nutrients. A coupled system of equations describes the cell density and the nutrient concentration and the derivation of the pressure equation in the stiff limit was an open problem for which the strong compactness of the pressure gradient is needed. To establish it, we use two new ideas: an L3-version of the celebrated Aronson-Bénilan estimate, and a sharp uniform L4-bound on the pressure gradient. We further investigate the sharpness of this bound through a finite difference upwind scheme, which we prove to be stable and asymptotic preserving. Our second study is centered around porous medium equations including convective effects. We are able to extend the techniques developed for the nutrient case, hence finding the complementarity relation on the limit pressure. Moreover, we provide an estimate of the convergence rate at the incompressible limit. Finally, we study a multi-species system. In particular, we account for phenotypic heterogeneity, including a structured variable into the problem. In this case, a cross-(degenerate)-diffusion system describes the evolution of the phenotypic distributions. Adapting methods recently developed in the context of two-species systems, we prove existence of weak solutions and we pass to the incompressible limit. Furthermore, we prove new regularity results on the total pressure, which is related to the total density by a power law of state.

Il Sistema IBE di Boneh e Franklin

Un sistema di cifratura IBE (Identity-Based Encription Scheme) si basa su un sistema crittografico a chiave pubblica, costituita però in questo caso da una stringa arbitraria. Invece di generare una coppia casuale di chiavi pubbliche e private e pubblicare la prima, l'utente utilizza come chiave pubblica la sua "identità", ovvero una combinazione di informazioni opportune (nome, indirizzo...) che lo identifichino in maniera univoca. In questo modo ad ogni coppia di utenti risulta possibile comunicare in sicurezza e verificare le reciproche firme digitali senza lo scambio di chiavi private o pubbliche, senza la necessità di mantenere una key directory e senza dover ricorrere ogni volta ai servizi di un ente esterno. Nel 2001 Boneh e Franklin proposero uno schema completamente funzionante con sicurezza IND-ID-CCA, basato su un analogo del problema computazionale di Diffie-Hellman e che da un punto di vista tecnico-matematico utilizza la crittografia su curve ellittiche e la mappa bilineare Weil Pairing.

Impalcati da ponte con travate Gerber: aspetti di degrado, manutenzione e riqualificazione.

A fronte dei numerosi eventi di perdita di servizio o crolli di ponti degli ultimi anni, il loro adeguamento e/o miglioramento è divenuto prioritario. Con questo spirito si è posta l’attenzione sui ponti Gerber, descrivendo dapprima le ragioni tecniche e storiche del loro sviluppo, i problemi di degrado, ed infine i modelli disponibili per il calcolo della portanza delle selle. Consapevoli della ridotta durabilità di queste opere, e del fatto che le cerniere Gerber sono state ufficialmente classificate come punti critici da attenzionare ai sensi delle nuove “Linee guida per la classificazione e gestione del rischio, la valutazione della sicurezza ed il monitoraggio dei ponti esistenti” del 2020, sono stati approfonditi due scenari tipici di intervento su casi reali di ponti che presentassero giunti Gerber particolarmente ammalorati. La soluzione più conservativa e meno invasiva prevede il mantenimento in essere delle selle e si basa sul by-pass dei giunti stessi ottenuto attraverso il meccanismo “leva” che si instaura in un sistema di travi metalliche posto a sostegno delle travi d’impalcato. Quella di solidarizzare le travi rendendo il sistema iperstatico è invece la seconda soluzione analizzata. La chiusura delle selle consente di ottenere gli effetti benefici propri delle strutture iperstatiche, a spese comunque della nascita di sollecitazioni all’interno della trave originariamente compresa tra le cerniere. Si è infine accennato a ipotesi di miglioramento sismico dell’opera, trattato con la cucitura delle selle Gerber stesse, che hanno consentito all’impalcato di avere un comportamento monolitico. Il presente elaborato costituisce dunque un punto d’incontro tra i modelli teorici con cui si studiano i degradi e la capacità portante residua delle selle, e le soluzioni progettuali di intervento effettivamente utilizzate e disponibili per la messa in sicurezza di ponti con caratteristiche simili.

Progetto concettuale di dirigibile per trasporto di gas

Lo scopo principale di questo elaborato di tesi è poter fornire degli strumenti per il progetto concettuale di un dirigibile non-rigido e per valutare la fattibilità del trasporto di idrogeno gassoso. L’innovazione rispetto ai dirigibili utilizzati fino ad ora risiede nell’utilizzo di idrogeno sia come fonte di energia, che come gas di sollevamento; entrambi gli utilizzi verranno approfonditi con speciale attenzione alle problematiche legate alla sicurezza, fattore che ha interrotto l’uso dell’idrogeno come gas di sollevamento dagli anni ‘30. Oltre a ciò, verrà illustrato un breve confronto tra i due gas di sollevamento più utilizzati: elio ed idrogeno. Dopo un accenno storico, l’elaborato propone una metodologia per il dimensionamento di un dirigibile non-rigido, utilizzando strumenti matematici derivanti da modelli presenti in bibliografia e da considerazioni ed esperimenti svolti dai progettisti e dai ricercatori nei campi principali coinvolti nella progettazione dei dirigibili non-rigidi: aerodinamica, aerostatica, propulsione e stima delle masse. La progettazione di un dirigibile non-rigido ad idrogeno sicuro ed affidabile è influenzata dallo sviluppo di materiali che garantiscano, in primis, resistenza e bassa permeabilità: verrà presentato uno schema di un materiale composito laminato che potrebbe garantire requisiti di sicurezza superiori ai materiali utilizzati in passato, dei quali si farà un accenno. Alla fine dell’elaborato sarà presentato un caso di studio dove verranno utilizzati gli strumenti illustrati nella prima parte della tesi, con l’obbiettivo finale di dimensionare un dirigibile non-rigido ad idrogeno. Per questo caso di studio è stato implementato un breve codice MATLAB. A conclusione di questo lavoro di tesi si può dire che la fattibilità di un dirigibile per trasporto idrogeno dipende dallo sviluppo di materiali e tecniche adeguate alla gestione dell’idrogeno che costituisce enormi problematiche a livello di sicurezza.

Analisi di Traduzione in Italiano delle poesie di Elisaveta Bagrjana

In questo elaborato viene analizzata la traduzione dal bulgaro verso l’italiano di alcuni lavori della poetessa bulgara Elisaveta Bagrjana. Per raggiungere questo obiettivo finale viene fatta un'introduzione sulla figura della poetessa che rappresenta uno dei personaggi più rilevanti per la scena letteraria bulgara e sulla raccolta poetica L'Eterna e la Santa. La poetica viene anche contestualizzata, al fine di dare più informazioni sulla ricchezza artistica della Bulgaria. Le poesie vengono poi singolarmente introdotte e analizzate, soffermandosi sulle difficoltà che si potevano riscontrare nel processo traduttivo, sulle parole chiavi, sui termini difficilmente traducibili, e sulla resa dello schema ritmico e delle rime. In generale l'elaborato vuole aprire un varco nei confronti di un popolo e di una cultura di cui si sa molto poco, ma di cui c'è tanto da scoprire.

Il ruolo dell'intelligenza artificiale nelle Neuroscienze

Negli ultimi anni, grazie al progresso tecnologico e ad una sempre maggior disponibilità di grosse moli di dati, l'Intelligenza Artificiale è letteralmente esplosa, arrivando ad abbracciare diversi domini, tra cui quello delle Neuroscienze. In questa tesi si illustra quindi quale sia l'attuale ruolo che l'Intelligenza Artificiale (IA) assume nelle Neuroscienze. La tesi inizia con un capitolo introduttivo volto a fornire delle nozioni di base relative all'IA, utili per comprendere al meglio i successivi capitoli. Nel secondo capitolo vengono forniti degli esempi sugli ambiti di utilizzo dell'IA nelle Neuroscienze: in ogni esempio vi è una parte introduttiva, volta a descrivere il contesto, seguita da una parte in cui, riportando uno o più recenti articoli scientifici, si descrivono i benefici che quell'ambito può trarre dall'utilizzo dell'IA. Infine, nel terzo capitolo, seguendo lo stesso schema degli esempi del secondo capitolo, si approfondisce il ruolo dell'IA nella Salute Mentale, concentrandosi principalmente sull'aspetto patologico e, più precisamente, sui vantaggi che l'IA può apportare nella prevenzione, diagnosi e trattamento del Disturbo Depressivo Maggiore (DDM) e dei Disturbo dello Spettro Autistico (DSA).

Progetto PCB di un circuito per la gestione di micropotenze per nodi sensori energeticamente autonomi

L’obiettivo di questa tesi consiste nel progetto e nella realizzazione di un PCB (Printed Circuit Board) per la gestione di micropotenze per nodi sensori energeticamente autonomi, implementato con software di progettazione CAD. In primo luogo è affrontato il tema dell’ Energy Harvesting, sono descritte le tipologie di fonti energetiche principali previste e le prospettive future di questa nuova tecnologia. In secondo luogo sono descritti i processi e i meccanismi per la conversione dell’energia, con un particolare sguardo ai circuiti integrati per la conversione e gestione della potenza (PMIC). Successivamente vengono illustrate le fasi del progetto, basato su un PMIC commerciale: la progettazione dello schema elettrico, la scelta dei componenti (BOM - Bill of Materials) e la progettazione del layout del circuito stampato. Infine sono mostrati il processo di montaggio della scheda e i test realizzati mediante oscilloscopio insieme ad alcune stime di potenza.

Analisi e simulazione di protocolli di accesso multiplo per reti IoT 6G cell-free

Lo scopo delle reti mobili è fornire ai dispositivi wireless accesso a una grande varietà di servizi dati, in un’ampia area geografica. Nonostante le reti cellulari odierne, basate sulla tecnologia Massive MIMO, possano raggiungere elevate performance in condizioni favorevoli (centro cella) esse, presentano all’interno dell’area di copertura, zone soggette a data-rate notevolmente ridotti. In questo elaborato, viene brevemente descritta la rete cell-free; una nuova architettura di rete pensata per superare i vecchi limiti delle reti cellulari tradizionali. Successivamente, vengono presentati attraverso simulazioni i due principali vantaggi che queste nuove reti cell-free offrono. Inoltre, viene analizzato uno schema random access in grado di gestire l’accesso multiplo per queste nuove architetture di rete. Questo schema rappresenta un’estensione di un protocollo già presente in letteratura e perfettamente funzionante per reti Massive MIMO, appartenente alla famiglia dei protocolli Coded Slotted ALOHA. Infine, un'analisi delle prestazioni e alcuni possibili scenari sono stati presentati, con lo scopo di valutare l'effetto che algoritmi di tipo SIC possono avere su queste reti.

Implementazione di un trasmettitore OFDM mediante software radio

L’obiettivo di questo elaborato è quello di implementare un Modem digitale che è basato su una modulazione Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) ed è formato da due tipi di dispositivi radio differenti, i quali sono molto utili, poiché si possono utilizzare in diversi scopi senza doverne modificare l’hardware ma solo cambiando la parte software perché sono programmabili. I due dispositivi sono i seguenti: • Analog Device Adalm-Pluto: dispositivo in grado sia di trasmettere che di ricevere. Lo utilizzeremo solamente per trasmettere il segnale. • Noeelec NE-SDR: dispositivo in grado solo di ricevere. Lo utilizzeremo quindi solamente per ricevere il segnale. Il tipo di modulazione da noi utilizzata per trasmettere il segnale è come detto in precedenza la modulazione OFDM. Essa è molto efficiente nell’occupazione della banda ed applica la trasmissione di un segnale su più portanti affiancate nel dominio delle frequenze. Questo significa che ogni portante che compone il segnale completo si trova ad una frequenza multipla della principale f0. Inoltre il vantaggio di questa modulazione sta nel fatto di sapere che l’informazione è contenuta nel segnale passa-basso inviluppo complesso rappresentativo i(t) e per questo motivo vedremo, nel corso dell’elaborato, come lo schema di trasmissione e ricezione sia molto semplificato.

Progettazione e analisi di un forcellone per prototipo di una motocicletta supersportiva.

Questa tesi tratterà principalmente la fase di studio preliminare e successivamente la progettazione del retrotreno di una moto supersportiva. Il lavoro centrale della tesi si è focalizzato quindi sul forcellone posteriore di questa nuova motocicletta. È stato dunque indispensabile valutare, definire e progettare anche altri componenti meccanici ad esso collegati come ad esempio lo schema sospensivo posteriore e l’ingombro dell’impianto di scarico. Alla base di questo progetto c’è la volontà di creare una moto supersportiva con cilindrata pari a 1000 cm3 e capace di erogare oltre 200 cv che possa essere venduta nel mercato europeo ad un prezzo concorrenziale. Per tale scopo sono state prese in considerazione e successivamente studiate in modo molto approfondito motociclette già in commercio capaci di rispettare tali vincoli progettuali. L’evoluzione naturale di tale studio si è fondata sulla valutazione delle diverse scelte progettuali e le diverse metodologie di produzione. Le motociclette sono state scansionate per intero per valutarne le geometrie fondamentali e successivamente è stato creato un modello dei componenti passando da una valutazione preliminare degli ingombri fino ad ottenere dei veri e propri componenti realizzabili attraverso le diverse tecnologie. Il componente è stato simulato attraverso analisi FEM seguendo una procedura standard all’interno dell’azienda che ha permesso di evidenziare le geometrie critiche che successivamente sono state migliorate alla luce di tali risultati. Per ottenere un buon prodotto a livello di leggerezza e proprietà meccaniche si è scelto come materiale la lega di alluminio da fonderia che in futuro sarà anche utilizzata per la produzione di serie. Questo processo produttivo è funzionale per ridurre i costi in fase di realizzazione per una produzione in serie ed un altro importante vantaggio è dato dal fatto che in questo modo si possono evitare spiacevoli fenomeni legati alla saldatura dell’alluminio.