Mental states monitoring through passive Brain-Computer Interface systems

The monitoring of cognitive functions aims at gaining information about the current cognitive state of the user by decoding brain signals. In recent years, this approach allowed to acquire valuable information about the cognitive aspects regarding the interaction of humans with external world. From this consideration, researchers started to consider passive application of brain–computer interface (BCI) in order to provide a novel input modality for technical systems solely based on brain activity. The objective of this thesis is to demonstrate how the passive Brain Computer Interfaces (BCIs) applications can be used to assess the mental states of the users, in order to improve the human machine interaction. Two main studies has been proposed. The first one allows to investigate whatever the Event Related Potentials (ERPs) morphological variations can be used to predict the users’ mental states (e.g. attentional resources, mental workload) during different reactive BCI tasks (e.g. P300-based BCIs), and if these information can predict the subjects’ performance in performing the tasks. In the second study, a passive BCI system able to online estimate the mental workload of the user by relying on the combination of the EEG and the ECG biosignals has been proposed. The latter study has been performed by simulating an operative scenario, in which the occurrence of errors or lack of performance could have significant consequences. The results showed that the proposed system is able to estimate online the mental workload of the subjects discriminating three different difficulty level of the tasks ensuring a high reliability.

Realizzazione e verifica sperimentale del sistema di controllo di convertitori elettronici di potenza per l'interfacciamento con la rete elettrica

In questo lavoro di tesi è stato realizzato lo schema di controllo di un raddrizzatore attivo e di un filtro attivo. Questi sono stati realizzati utilizzando il software Simulink, effettuando una prima fase di simulazione. Tramite il sistema dSpace è stato possibile poi controllare concretamente il convertitore ed effettuare le prove sperimentali.

Realizzazione di un sistema di misura miniaturizzato per monitoraggio ambientale

L'elaborato affronta in primo luogo la progettazione e il design CAD del sistema di misura impedenziometrico ad alta risoluzione. La seconda parte tratta un'upgrade del software per implementare una funzione di risparmio energetico.

Realizzazione di un sistema di controllo per l'automazione dei test su veicolo a banco rulli

Per eseguire dei test automatizzati su una moto posta su banco a rulli, è necessario un software che permetta di gestire determinati attuatori sulla moto, in modo da poter simulare le condizioni di guida desiderate. Nel modello preso in esame, sono stati utilizzati Simulink e NI VeriStand. Simulink è un ambiente grafico di simulazione e analisi di sistemi dinamici completamente integrato con Matlab, caratterizzato dalla tipica interfaccia a blocchi, che possono essere personalizzati o scelti dalla libreria. Ni VeriStand è invece un ambiente software che permette di elaborare modelli scritti in Simulink in real time. Il presente lavoro è stato incentrato proprio su quest’ultimo aspetto. Per prima cosa è stata esaminata a fondo la parte del modello in Simulink, dopo di che è stata valutata la possibilità di riscrivere alcune parti del modello con un’applicazione interna a Simulink (StateFlow), che si potrebbe prestare meglio a simulare la logica di controllo rispetto a com’è gestita attualmente.

Sviluppo di tecniche di Speckle tracking per la correzione del movimento in ecografia epatica perfusionale

L'ecografia con mezzo di contrasto è una tecnica non invasiva che consente di visualizzare la micro e la macrocircolazione grazie all'utilizzo di microbolle gassose che si distribuiscono in tutto il sistema cardiovascolare. Le informazioni emodinamiche e perfusionali ricavabili dalle immagini eco con contrasto possono essere utilizzate per costruire un modello a grafo dell'albero vascolare epatico. L'analisi della connettività del grafo rappresenta una strategia molto promettente che potrebbe consentire di sostituire la misurazione del gradiente pressorio venoso del fegato, che richiede cateterismo, determinando un notevole miglioramento nella gestione dei pazienti cirrotici. La presente tesi si occupa della correzione dei movimenti del fegato, che deve essere realizzata prima di costruire il grafo per garantire un'accuratezza adeguata. Per correggere i movimenti è proposta una tecnica di Speckle tracking, testata sia in vitro su sequenze eco sintetiche, sia in vivo su sequenze reali fornite dal Policlinico Sant'Orsola.

Studio e sviluppo di tecniche automatiche per la valutazione di massa e volumi del ventricolo sinistro in risonanza magnetica cardiaca

La risonanza magnetica cardiaca è una tecnica di imaging non invasiva, in quanto non necessita l’uso di radiazioni ionizzanti, caratterizzata da un’elevata risoluzione spaziale e che permette acquisizioni in 4-D senza vincoli di orientazione. Grazie a queste peculiarità, la metodica della risonanza magnetica ha mostrato la sua superiorità nei confronti delle altre tecniche diagnostiche ed è riconosciuta come il gold standard per lo studio della fisiologia e fisiopatologia della pompa cardiaca. Nonostante la potenza di questi vantaggi, esistono ancora varie problematiche che, se superate, potrebbero probabilmente migliorare ulteriormente la qualità delle indagini diagnostiche. I software attualmente utilizzati nella pratica clinica per le misure del volume e della massa ventricolare richiedono un tracciamento manuale dei contorni dell’endocardio e dell’epicardio per ciascuna fetta, per ogni frame temporale del ciclo cardiaco. Analogamente avviene per il tracciamento dei contorni del tessuto non vitale. In questo modo l’analisi è spesso qualitativa. Di fatti, la necessità dell’intervento attivo dell’operatore rende questa procedura soggettiva e dipendente dall’esperienza, provocando un’elevata variabilità e difficile ripetibilità delle misure intra e inter operatore, oltre ad essere estremamente dispendiosa in termini di tempo, a causa dell’elevato numero di immagini da analizzare. La disponibilità di una tecnica affidabile per il tracciamento automatico dei contorni dell’endocardio e dell’epicardio consente di superare queste limitazioni ed aumentare l’accuratezza e la ripetibilità delle misure di interesse clinico, quali dimensione, massa e curve di volume ventricolari. Lo scopo di questa tesi è di sviluppare e validare una tecnica di segmentazione automatica che consenta l’identificazione e la quantificazione di cicatrici nel miocardio, a seguito di infarto cardiaco. Il lavoro è composto da due tappe principali. Inizialmente, è presentato un metodo innovativo che permette, in via totalmente automatica, di tracciare in modo accurato e rapido i contorni dell’endocardio e dell’epicardio nel corso dell’intero ciclo cardiaco. Successivamente, l’informazione sulla morfologia cardiaca ricavata nella prima fase è utilizzata per circoscrivere il miocardio e quantificare la transmuralità dell’infarto presente in pazienti ischemici.

Monitoring the extracellular matrix mineralization processes in biological scaffolds using bioreactors, x-ray μct technology and 3-d modeling methods (monitoraggio dei processi di mineralizzazione della matrice extracellulare in scaffolds biologici, utilizzando bioreattore, tecnologia μct a raggi x e metodi di modellizzazione 3d)

Al fine di migliorare le tecniche di coltura cellulare in vitro, sistemi a bioreattore sono sempre maggiormente utilizzati, e.g. ingegnerizzazione del tessuto osseo. Spinner Flasks, bioreattori rotanti e sistemi a perfusione di flusso sono oggi utilizzati e ogni sistema ha vantaggi e svantaggi. Questo lavoro descrive lo sviluppo di un semplice bioreattore a perfusione ed i risultati della metodologia di valutazione impiegata, basata su analisi μCT a raggi-X e tecniche di modellizzazione 3D. Un semplice bioreattore con generatore di flusso ad elica è stato progettato e costruito con l'obiettivo di migliorare la differenziazione di cellule staminali mesenchimali, provenienti da embrioni umani (HES-MP); le cellule sono state seminate su scaffold porosi di titanio che garantiscono una migliore adesione della matrice mineralizzata. Attraverso un microcontrollore e un'interfaccia grafica, il bioreattore genera tre tipi di flusso: in avanti (senso orario), indietro (senso antiorario) e una modalità a impulsi (avanti e indietro). Un semplice modello è stato realizzato per stimare la pressione generata dal flusso negli scaffolds (3•10-2 Pa). Sono stati comparati tre scaffolds in coltura statica e tre all’interno del bioreattore. Questi sono stati incubati per 21 giorni, fissati in paraformaldehyde (4% w/v) e sono stati soggetti ad acquisizione attraverso μCT a raggi-X. Le immagini ottenute sono state poi elaborate mediante un software di imaging 3D; è stato effettuato un sezionamento “virtuale” degli scaffolds, al fine di ottenere la distribuzione del gradiente dei valori di grigio di campioni estratti dalla superficie e dall’interno di essi. Tale distribuzione serve per distinguere le varie componenti presenti nelle immagini; in questo caso gli scaffolds dall’ipotetica matrice cellulare. I risultati mostrano che sia sulla superficie che internamente agli scaffolds, mantenuti nel bioreattore, è presente una maggiore densità dei gradienti dei valori di grigio ciò suggerisce un migliore deposito della matrice mineralizzata. Gli insegnamenti provenienti dalla realizzazione di questo bioreattore saranno utilizzati per progettare una nuova versione che renderà possibile l’analisi di più di 20 scaffolds contemporaneamente, permettendo un’ulteriore analisi della qualità della differenziazione usando metodologie molecolari ed istochimiche.

Progetto di un sistema a microcontrollore per modulazione back-scattering uwb

La tesi tratta il progetto di una piattaforma di simulazione per modulazioni back-scatter UWB su un sistema a microcontrollore PIC. Il sistema utilizza uno switch a UWB per eseguire la modulazione, modificando le condizioni di carico d'antenna; il software implementa la modulazione attraverso la variazione del segnale di controllo dello switch e si interfaccia con l'utente attraverso l'uso di una periferica USB, permettendo la modifica runtime della configurazione. Si interfaccia inoltre con strumenti esterni attraverso segnali di sincronizzazione.

Sistemi tecnologici innovativi di involucro per il recupero del patrimonio edilizio recente. L'edilizia scolastica nel Comune di Bologna

La ricerca è volta a presentare un nuovo approccio integrato, a supporto di operatori e progettisti, per la gestione dell’intero processo progettuale di interventi di riqualificazione energetica e architettonica del patrimonio edilizio recente, mediante l’impiego di soluzioni tecnologiche innovative di involucro edilizio. Lo studio richiede necessariamente l’acquisizione di un repertorio selezionato di sistemi costruttivi di involucro, come base di partenza per l’elaborazione di soluzioni progettuali di recupero delle scuole appartenenti al secondo dopoguerra, in conglomerato cementizio armato, prevalentemente prefabbricate. Il progetto individua procedimenti costruttivi ecocompatibili per la progettazione di componenti prefabbricati di involucro “attivo”, adattabile ed efficiente, da assemblare a secco, nel rispetto dei requisiti prestazionali richiesti dalle attuali normative. La ricerca è finalizzata alla gestione dell’intero processo, supportato da sistemi di rilevazione geometrica, collegati a software di programmazione parametrica per la modellazione di superfici adattabili alla morfologia dei fabbricati oggetto di intervento. Tali strumenti informatizzati CAD-CAM sono connessi a macchine a controllo numerico CNC per la produzione industrializzata degli elementi costruttivi “su misura”. A titolo esemplificativo dell’approccio innovativo proposto, si formulano due possibili soluzioni di involucro in linea con i paradigmi della ricerca, nel rispetto dei principi di sostenibilità, intesa come modularità, rapidità di posa, reversibilità, recupero e riciclo di materiali. In particolare, le soluzioni innovative sono accomunate dall’applicazione di una tecnica basata sull’assemblaggio di elementi prefabbricati, dall’adozione di una trama esagonale per la tassellazione della nuova superficie di facciata, e dall’utilizzo del medesimo materiale termico isolante, plastico e inorganico, riciclato ed ecosostenibile, a basso impatto ambientale (AAM - Alkali Activated Materials). Le soluzioni progettuali proposte, sviluppate presso le due sedi coinvolte nella cotutela (Università di Bologna, Université Paris-Est) sono affrontate secondo un protocollo scientifico che prevede: progettazione del sistema costruttivo, analisi meccanica e termica, sperimentazione costruttiva, verifica delle tecniche di messa in opera e dei requisiti prestazionali.

Tecniche per la separazione live di piani di profondita in un flusso video mediante Kinect e una applicazione nell'intrattenimento digitale

Keying e composizione sono da sempre tecniche ampiamente utilizzate in contesti multimediali, quali produzione cinematografica e televisiva; il chroma keying è in particolare la tecnica più popolare, ma presenta una serie di limiti e problematiche. In questo elaborato viene proposta una tecnica alternativa di estrazione, basata sull'uso della profondità, operante in tempo reale e che sfrutta il device Kinect di Microsoft. Sono proposti una serie di algoritmi, basati su tecniche di edge detection, utilizzati per il miglioramento della depth map lungo i bordi di estrazione; viene infine testato il risultato ottenuto dall'implementazione del sistema e proposta una possibile applicazione nell'ambito del teatro multimediale.

Riconoscimento preliminare della forma di velivoli con tecniche di elaborazione delle immagini per applicazione a sistemi UAV

Uno dei problemi che ostacola la diffusione in ambito civile degli aerei senza pilota a bordo (UAV) è la gestione della sicurezza in volo. Gli UAV civili, infatti, popolando una regione di spazio aereo molto affollata e devono interagire con una moltitudine di altri mezzi aerei. Per questo motivo, risulta particolarmente critica l'implementazione di logiche di tipo Sense and Avoid, attraverso le quali un UAV deve essere in grado di "vedere" altri mezzi in rotta di collisione ed elaborare le azioni utili ad evitare l'impatto, decidendo se attuare una manovra autonoma di avoiding oppure delegarla al mezzo incontrato. Questa tesi descrive un primo approccio al problema del riconoscimento (Sense) dei mezzi aerei che un generico velivolo UAV può incontrare durante la normale condotta del volo. In particolare, si descrivono le strategie impiegate e gli ambienti software utilizzati per testare alcune procedure di riconoscimento delle immagini applicabili alla fase di detection dell'intruder, situazione tipica del caso di studio. I risultati sperimentali ottenuti dalla progettazione e dallo sviluppo di un apposito software, consistono nell'implementazione e successiva valutazione di diverse tecniche, individuando le criticità del problema.

Studio sull'applicazione della piattaforma ForcetriadTM con sistema LigasureTM nella chirurgia oncologica e dei tessuti molli nel cane

Questo studio prospettico valuta l’efficacia e i vantaggi del sistema LigasureTM rispetto alle tecniche chirurgiche tradizionali, in quattro differenti procedure eseguite su 77 cani. I soggetti sono stati suddivisi in 4 gruppi, a seconda della chirurgia eseguita: Gruppo 1, 25 pazienti sottoposti a Splenectomia “aperta” semplice; Gruppo 2, 15 pazienti sottoposti a Splenectomia “aperta” complessa; Gruppo 3, 22 pazienti sottoposti ad Ovariectomia “aperta”. Gruppo 4: 18 pazienti sottoposti a Linfoadenectomia. Ciascun gruppo è stato a sua volta suddiviso in due sottogruppi: a (LigasureTM) e b (Tradizionale), a seconda della metodica utilizzata. Sono stati analizzati: il segnalamento, i parametri ematologici, le condizioni cliniche, le informazioni riguardanti l’intervento chirurgico e l’outcome. In tutti i gruppi il ricorso all’utilizzo di garze nonché dei fili da sutura sono risultati statisticamente inferiori nei pazienti operati con il sistema a radiofrequenza (Gruppo 1, P < 0.0001; Gruppo 2, P < 0,0014; Gruppo 3, P = 0,0001; Gruppo 4, P = 0,0148). Anche i tempi per la rimozione dell’organo sono significativamente ridotti in tutti i gruppi in cui è stato utilizzato il sistema LigasureTM (Gruppo 1 P < 0.0001; Gruppo 2 P < 0,0014; Gruppo 3 P = 0,0009; Gruppo 4 P = 0,0008), come i tempi chirurgici nei gruppi 1, 2 e 3 (P = 0,0287; P = 0,0064; e P = 0,0124) ed anestesiologici nei gruppi 1a e 2a (P = 0,0176; P = 0,0043). Tra le variabili analizzate, l’utilizzo del sistema di sintesi vascolare a radiofrequenza, è l’unico ad influenzare i tempi necessari per l’esecuzione della procedura. Questo studio dimostra, quindi, come il sistema LigasureTM sia sicuro ed efficace per le procedure chirurgiche esaminate, riducendo i tempi della chirurgia e limitando, quindi, i rischi per il paziente, indipendentemente dall’operatore, dall’esecuzione di altre procedure contemporanee e dalla natura della patologia splenica o linfonodale.

Studio e valutazione sperimentale di tecniche di radio fingerprinting per navigazione indoor con dispositivi mobili Android

Lo studio effettuato raccoglie informazioni al fine di svolgere un’analisi globale delle tecniche attualmente in uso, o in fase di studio, nel campo della localizzazione di dispositivi all’interno di un ambiente chiuso, ovvero laddove non è possibile sfruttare la copertura del sistema GPS. La panoramica è frutto dell’analisi e dello studio di paper tecnici pubblicati dai collaboratori dell’IEEE, fruibili all’interno del portale IEEE Xplore. A corredo di questo studio è stata sviluppata una applicazione per dispositivi Android basata sulla tecnica del Wi-Fi fingerprint; l’applicazione, che rappresenta un primo approccio alle tecniche di localizzazione, è a tutti gli effetti un sistema standalone per la localizzazione, consente cioè di costruire sia la mappa per la localizzazione, partendo da un ambiente sconosciuto, sia di ottenere la posizione dell’utente all’interno di una mappa conosciuta. La tesi si conclude con una analisi dei risultati e delle performance ottenute dall’applicazione in un uso comune, al fine di poter valutare l’efficacia della tecnica presa in considerazione. I possibili sviluppi futuri sono analizzati in un capitolo a parte e trovano spazio in ambienti nei quali si vogliono offrire servizi "context-based", ovvero basati sulla posizione esatta dell’utente.

Chi decide sulle norme tecniche? Un'analisi del dialogo tra istanze tecniche e istanze politiche nella formazione e applicazione delle norme tecniche

La tesi si propone l’obiettivo di indagare le modalità di interazione tra conoscenze tecnico-scientifiche e dato normativo, a partire dallo studio delle c.d. norme tecniche, ossia le norme, dotate di forza giuridica o meno, elaborate sulla base di conoscenze tecnico-scientifiche. La ricerca analizza diversi settori dell’ordinamento, accomunati da un’elevata influenza di saperi tecnici e al tempo stesso da un’indubbia rilevanza dal punto di vista costituzionale (la disciplina delle sperimentazioni cliniche dei farmaci, quella delle emissioni inquinanti di origine industriale e quella relativa agli standard di sicurezza dei prodotti), individuando quelle che al loro interno si possono considerare norme tecniche e mettendone in luce sia i profili formali (in quali atti-fonte sono contenute, quale natura giuridica presentano) che il procedimento di formazione, con particolare attenzione ai soggetti che vi prendono parte. Si propone quindi una sistematizzazione degli elementi emersi dall’indagine a partire da due diverse prospettive: in primo luogo tali dati vengono analizzati dal punto di vista dogmatico, individuando i diversi meccanismi di ingresso del dato tecnico-scientifico nel tessuto normativo (incorporazione nella norma giuridica, impiego di clausole generali, rinvio a norme extra-giuridiche), al fine di mettere in luce eventuali profili problematici per quanto riguarda il sistema delle fonti. La seconda prospettiva prende invece quale punto di riferimento il “centro di elaborazione sostanziale” delle norme considerate, al fine di evidenziarne i diversi fattori di legittimazione: a partire da esigenze di armonizzazione della disciplina e dall’assunto della neutralità delle conoscenze tecnico-scientifiche rispetto agli interessi coinvolti, l’elaborazione delle norme tecniche vede infatti un significativo ripensamento degli equilibri non solo fra attori pubblici e privati, ma anche tra legittimazione politica e legittimazione “tecnica” della scelta normativa. A tali aspetti è dedicata la parte conclusiva del lavoro, in particolare per quanto riguarda la conformità rispetto al disegno costituzionale.

Il sistema della pesca nel lago di Galilea al tempo di Gesù. Indagine sulla base dei papiri documentari e dei dati archeologici e letterari.

Dopo un’introduzione sull’economia nel mondo antico e nella Galilea, la tesi affronta una rappresentazione storica de “Il Mare di Galilea tra l’antichità e oggi” (cap. 3). Seguono i capitoli sulle “Tecniche e le attrezzature di pesca” (cap.4) e su “Città, villaggi e aree di pesca” (Cap. 5). Due capitoli riguardano più particolarmente l’attività economica in senso stretto: “L’organizzazione dell’attività” (cap. 6) e “Commercio ed esportazione” (cap. 7). Chiudono la tesi due capitoli di carattere più metodologico: una rappresentazione degli agenti sociali della pesca (“i pescatori”) condotta ispirandosi alla network Analysis e un’analisi antropologica del loro sistema di vita (capitolo finale).La tesi è basata essenzialmente su tre corpi di documentazione: papiri documentari, dati archeologici, fonti storiche e letterarie. Molti dei documenti reperiti, in lingua greca, non erano mai stati tradotti in lingue moderne.La tesi consta – oltre ai diversi capitoli – anche di un’appendice documentaria molto estesa