Energy harvesting from piezoelectric devices embedded in a 3D printed wing

This thesis work has been carried out at Clarkson University in Potsdam NY, USA and involved the design of a low elongation wing, consisting of parts made by polylactide (PLA) using the fused deposition model (FDM) technology of Rapid Prototyping, then assembled together in a thin aluminum spar. The aim of the research is to evaluate the feasibility of collecting electrical energy by converting mechanical energy from the vibration of the wing flutter. With this aim piezoelectric stripes were glued in the inner part of the wing, as well as on the aluminum spar, as monomorphic configuration. During the phases of the project, particular attention was given to the geometry and the materials used, in order to trigger the flutter for low flow velocity. The CAD software SolidWorks® was used for the design of the wing and then the drawings were sent to the Clarkson machine shop in order to to produce the parts required by the wing assembly. FEM simulations were performed, using software MSC NASTRAN/PATRAN®, to evaluate the stiffness of the whole wing as well as the natural vibration modes of the structure. These data, in a first approximation, were used to predict the flutter speed. Finally, experimental tests in the Clarkson wind tunnel facility were carried out in order to validate the results obtained from FEM analysis. The power collected by the piezoelectrics under flutter condition was addressed by tuning the resistors downstream the electronic circuit of the piezoelectrics.

RFID tag localization with virtual multi-antenna systems

In questa tesi si sono valutate le prestazioni di un sistema di localizzazione multi-antenna di tag radio frequency identification (RFID) passivi in ambiente indoor. Il sistema, composto da un reader in movimento che percorre una traiettoria nota, ha come obiettivo localizzare il tag attraverso misure di fase; più precisamente la differenza di fase tra il segnale di interrogazione, emesso dal reader, e il segnale ricevuto riflesso dal tag che è correlato alla distanza tra di essi. Dopo avere eseguito una ricerca sullo stato dell’arte di queste tecniche e aver derivato il criterio maximum likelihood (ML) del sistema si è proceduto a valutarne le prestazioni e come eventuali fattori agissero sul risultato di localizzazione attraverso simulazioni Matlab. Come ultimo passo si è proceduto a effettuare una campagna di misure, testando il sistema in un ambiente reale. Si sono confrontati i risultati di localizzazione di tutti gli algoritmi proposti quando il reader si muove su una traiettoria rettilinea e su una traiettoria angolare, cercando di capire come migliorare i risultati.

Localizzazione e tracking tramite filtri statistici in sistemi multi antenna

Uno dei temi più recenti nel campo delle telecomunicazioni è l'IoT. Tale termine viene utilizzato per rappresentare uno scenario nel quale non solo le persone, con i propri dispositivi personali, ma anche gli oggetti che le circondano saranno connessi alla rete con lo scopo di scambiarsi informazioni di diversa natura. Il numero sempre più crescente di dispositivi connessi in rete, porterà ad una richiesta maggiore in termini di capacità di canale e velocità di trasmissione. La risposta tecnologica a tali esigenze sarà data dall’avvento del 5G, le cui tecnologie chiave saranno: massive MIMO, small cells e l'utilizzo di onde millimetriche. Nel corso del tempo la crescita delle vendite di smartphone e di dispositivi mobili in grado di sfruttare la localizzazione per ottenere servizi, ha fatto sì che la ricerca in questo campo aumentasse esponenzialmente. L'informazione sulla posizione viene utilizzata infatti in differenti ambiti, si passa dalla tradizionale navigazione verso la meta desiderata al geomarketing, dai servizi legati alle chiamate di emergenza a quelli di logistica indoor per industrie. Data quindi l'importanza del processo di positioning, l'obiettivo di questa tesi è quello di ottenere la stima sulla posizione e sulla traiettoria percorsa da un utente che si muove in un ambiente indoor, sfruttando l'infrastruttura dedicata alla comunicazione che verrà a crearsi con l'avvento del 5G, permettendo quindi un abbattimento dei costi. Per fare ciò è stato implementato un algoritmo basato sui filtri EKF, nel quale il sistema analizzato presenta in ricezione un array di antenne, mentre in trasmissione è stato effettuato un confronto tra due casi: singola antenna ed array. Lo studio di entrambe le situazioni permette di evidenziare, quindi, i vantaggi ottenuti dall’utilizzo di sistemi multi antenna. Inoltre sono stati analizzati altri elementi chiave che determinano la precisione, quali geometria del sistema, posizionamento del ricevitore e frequenza operativa.

Comparison of real-time polymerase chain reaction and DNA-strip technology in microbiological evaluation of periodontitis treatment

The impact of a semiquantitative commercially available test based on DNA-strip technology (microIDent®, Hain Lifescience, Nehren, Germany) on diagnosis and treatment of severe chronic periodontitis of 25 periodontitis patients was evaluated in comparison with a quantitative in-house real-time PCR. Subgingival plaque samples were collected at baseline as well as at 3, 6, and 12 months later. After extracting DNA, Aggregatibacter actinomycetemcomitans, Porphyromonas gingivalis, Tannerella forsythia, Treponema denticola, and several other periodontopathogens were determined by both methods. The results obtained by DNA-strip technology were analyzed semiquantitatively and additionally quantitatively by densitometry. The results for the 4 major periodontopathogenic bacterial species correlated significantly between the 2 methods. Samples detecting a high bacterial load by one method and negative by the other were always found in less than 2% of the total samples. Both technologies showed the impact of treatment on microflora. Especially the semiquantitative DNA-strip technology clearly analyzed the different loads of periodontopathogens after therapy and is useful in microbial diagnostics for patients in dental practices.

Comparison of three strip-type tests and two laboratory methods for salivary buffering analysis

This study evaluated the correlation between three strip-type, colorimetric tests and two laboratory methods with respect to the analysis of salivary buffering. The strip-type tests were saliva-check buffer, Dentobuff strip and CRT(®) Buffer test. The laboratory methods included Ericsson's laboratory method and a monotone acid/base titration to create a reference scale for the salivary titratable acidity. Additionally, defined buffer solutions were prepared and tested to simulate the carbonate, phosphate and protein buffer systems of saliva. The correlation between the methods was analysed by the Spearman's rank test. Disagreement was detected between buffering capacity values obtained with three strip-type tests that was more pronounced in case of saliva samples with medium and low buffering capacities. All strip-type tests were able to assign the hydrogencarbonate, di-hydrogenphosphate and 0.1% protein buffer solutions to the correct buffer categories. However, at 0.6% total protein concentrations, none of the test systems worked accurately. Improvements are necessary for strip-type tests because of certain disagreement with the Ericsson's laboratory method and dependence on the protein content of saliva.