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.

Studio e prototipazione di un'architettura software di alto livello per lo sviluppo di applicazioni di mixed reality su piattaforma HoloLens

La tesi si pone come obiettivo quello di realizzare un'architettura di alto livello per lo sviluppo di applicazioni dirette alla piattaforma HoloLens. Per conseguire tale risultato si è rivelata necessaria una prima parte di studio dei concetti di mixed reality, con riferimento particolare al caso specifico HoloLens, per poi dirigere l'attenzione alla comprensione dell'architettura di applicazioni olografiche. L'analisi delle API rilasciate per lo sviluppo di applicazioni HoloLens ha permesso di riscontrare varie criticità, alle quali si è posto rimedio tramite l'introduzione di un livello di astrazione, che possa consentire uno sviluppo di applicazioni ad un livello più alto. Si è poi introdotto il concetto di augmented worlds (mondi aumentati), i cui principi cardine hanno fornito le basi per la progettazione e lo sviluppo di un sistema client-server, nel quale il dispositivo HoloLens agisce come un client e la logica di controllo degli elementi del modello dell'applicazione viene gestita lato server.

Studio e sviluppo di un framework per il riconoscimento vocale nell'ambito di sistemi Hands-Free

Negli ultimi anni, l'avanzamento incredibilmente rapido della tecnologia ha portato allo sviluppo e alla diffusione di dispositivi elettronici portatili aventi dimensioni estremamente ridotte e, allo stesso tempo, capacità computazionali molto notevoli. Più nello specifico, una particolare categoria di dispositivi, attualmente in forte sviluppo, che ha già fatto la propria comparsa sul mercato mondiale è sicuramente la categoria dei dispositivi Wearable. Come suggerisce il nome, questi sono progettati per essere letteralmente indossati, pensati per fornire continuo supporto, in diversi ambiti, a chi li utilizza. Se per interagire con essi l’utente non deve ricorrere obbligatoriamente all'utilizzo delle mani, allora si parla di dispositivi Wearable Hands Free. Questi sono generalmente in grado di percepire e catture l’input dell'utente seguendo tecniche e metodologie diverse, non basate sul tatto. Una di queste è sicuramente quella che prevede di modellare l’input dell’utente stesso attraverso la sua voce, appoggiandosi alla disciplina dell’ASR (Automatic Speech Recognition), che si occupa della traduzione del linguaggio parlato in testo, mediante l’utilizzo di dispositivi computerizzati. Si giunge quindi all’obiettivo della tesi, che è quello di sviluppare un framework, utilizzabile nell’ambito dei dispositivi Wearable, che fornisca un servizio di riconoscimento vocale appoggiandosi ad uno già esistente, in modo che presenti un certo livello di efficienza e facilità di utilizzo. Più in generale, in questo documento si punta a fornire una descrizione approfondita di quelli che sono i dispositivi Wearable e Wearable Hands-Free, definendone caratteristiche, criticità e ambiti di utilizzo. Inoltre, l’intento è quello di illustrare i principi di funzionamento dell’Automatic Speech Recognition per passare poi ad analisi, progettazione e sviluppo del framework appena citato.

Studio di un sistema di comunicazione ad alimentazione risonante wireless.

L'elaborato tratta della progettazione di un sistema di alimentazione wireless risonante per i nodi sensori, strumenti fondamentali per il controllo delle strutture(Structural Health Monitoring). Esso si concentra sulla realizzazione di un convertitore flyback risonante (con circuito di snubber incluso per il main switch) in grado di fornire una tensione di 5 Volt in uscita a fronte di una corrente media massima sul carico di 800mA data una tensione di 12 volt in ingresso. Dopo aver introdotto il concetto di Wireless Power Transfer (WPT) e i principi fisici su cui esso poggia (induzione elettromagnetica e risonanza elettromagnetica), si presentano i modelli circuitali più utilizzati in questo ambito. Una volta illustrate le conoscenze allo stato dell'arte dell'accoppiamento induttivo risonante, si analizza il comportamento del modello scelto, al fine di evidenziare i vantaggi dell'utilizzo del circuito alla frequenza di risonanza. Sono state effettuate simulazioni con il simulatore LTspice come controprova. Si passa quindi a dimensionare i vari elementi del circuito a fronte delle specifiche stabilite. Grazie ai risultati ottenuti, si procede alla stesura del Bill Of Materials. La tesi si conclude presentando i possibili campi di ricerca e sviluppo del sistema di alimentazione.

Sviluppo di una interfaccia per l'integrazione della piattaforma inerziale X-Nucleo con una rete di sensori wireless

Questo elaborato presenta il progetto di una interfaccia per l'aggiunta di sensori inerziali ad un nodo di una WSN (Wireless Sensor Network) �finalizzato al monitoraggio delle frane. Analizzando i vantaggi che avrebbe portato l'utilizzo di ulteriori sensori, si �e cercato di fornire un valido approccio di progettazione; in particolare l'idea �e quella di integrarli con un giroscopio ed un accelerometro aventi applicazioni in altri settori. Con questo particolare utilizzo, essi possono portare ad un miglior monitoraggio riuscendo a rilevare i movimenti in modo dettagliato ed a riconoscere i falsi allarmi. Nell'approccio che si intende suggerire verranno sfruttate schede per la prototipazione rapida, user-friendly e con costi decisamente accessibili, adatte alla sperimentazione elettronica e per lo sviluppo di nuovi dispositivi. Attraverso l'utilizzo di ambienti di sviluppo appositamente creati, si sono simulate le comunicazioni tra nodo e scheda di sensori, mettendo in evidenza i vantaggi ottenuti. Buona parte del progetto ha riguardato la programmazione in linguaggio C/C++, con una particolare attenzione al risparmio energetico.

Continuous innovation in food and beverage packaging design. Progetto di tutorial per lo studio di nuove forme di contenitore in PET.

Mi sono occupato di confezionamento di bevande, un settore che utilizza largamente il PET. Il progetto di tesi consiste in un processo che serve a ideare nuove forme di contenitore in PET attraverso strumenti di ricerca e innovazione.

Ruote per arredi da ufficio dal design innovativo

Studio e progettazione di una nuova ruota per arredi da ufficio dal design innovativo. La ruota si differenzia per essere una tipologia Hub-less (senza mozzo), dotata di un carter che la protegge da polveri e corpi esterni e un sistema di riduzione dell'attrito che aiuta l'utente a muoversi in completa libertà.

I sistemi di impermeabilizzazione in edilizia: riflessioni intorno alle problematiche connesse con le tecniche di posa.

La progettazione del sistema di impermeabilizzazione di una generica copertura dipende da molti fattori: è fondamentale sia la scelta della stratigrafia, sia la scelta del materiale del manto impermeabile poiché non esistono soluzioni assolute ma solo soluzioni ottimali per ogni caso preso in esame. La progettazione della stratigrafia deve tenere conto della destinazione d’uso della copertura e del clima in cui è situato l’edificio, inoltre deve essere garantita una certa traspirabilità in modo da mantenere salubri gli ambienti sottostanti. Abbiamo visto come sia fondamentale il progetto delle soluzioni di dettaglio, dai raccordi verticali al fissaggio dei pannelli solare, dal raccordo dei bocchettoni di scarico alla sovrapposizione dei teli, tutte soluzioni che devono adeguatamente essere studiate e correttamente posate in opera. Una corretta posa in opera infatti permette la corretta realizzazione della fase di progetto. In questo elaborato ci siamo concentrati nel descrivere il più possibile la corretta esecuzione delle soluzioni di dettaglio, sottolineando, molte volte, quanto l’impermeabilizzazione dei punti singolari sia fondamentale e quanto sia importante supervisionare in cantiere la loro corretta esecuzione. In conclusione possiamo dire che una corretta soluzione progettuale è inutile se non è supportata da una corretta posa in opera della stessa e viceversa, quindi per realizzare una buona impermeabilizzazione sono fondamentali sia le fasi di studio progettuali che le fasi di lavoro in cantiere.

Sperimentazione costruttiva e tecnologica di un padiglione temporaneo

La tesi ha come oggetto di studio la progettazione e realizzazione in autocostruzione del padiglione temporaneo dal nome Modulo Eco in Piazzale della Pace a Parma. Per “autocostruzione” si intende il processo in cui il committente di un immobile partecipa attivamente alla fase realizzativa dello stesso. È un percorso molto impegnativo, che richiede una forte motivazione ma allo stesso tempo molto appagante. Ad oggi in Italia non esiste una normativa nazionale che codifichi le modalità e le regole dell’edificare in autocostruzione. La partecipazione attiva nel processo realizzativo di personale non addetto ai lavori aumenta automaticamente i rischi legati all’inesperienza e alla mancanza di formazione in materia. L’attenzione quindi alla sicurezza e soprattutto all’iniziale formazione dei nuovi operai in cantiere permette di ridurre notevolmente tali pericoli. Il progetto è stato ideato dall’associazione culturale Manifattura Urbana in collaborazione con il Comune di Parma. Posizionato in Piazzale della Pace, in pieno centro, questo spazio ospiterà l’ufficio Sportello Energia del Comune stesso. È infatti interesse dell’amministrazione dare un’importanza significativa alle tematiche energetiche, non lasciando tutte le relative riflessioni solamente a tecnici ma rivolgendosi invece direttamente ai cittadini, per informarli e sensibilizzarli. È stato quindi deciso di progettare e realizzare un padiglione temporaneo, facilmente costruibile (con l’aiuto di studenti, volontari e interessati), con un minimo impatto ambientale e allo stesso tempo ad alta efficienza energetica, non solo rispettante ma superante tutti gli standard di bassi consumi energetici previsti dalla normativa per le nuove costruzioni. Il progetto è totalmente autofinanziato dalle aziende fornitrici partner, che sponsorizzano in forma gratuita il materiale da costruzione e formano direttamente in cantiere i volontari per imparare a gestirlo, in cambio di visibilità all’interno del progetto.

tuProlog su piattaforma Android: reingegnerizzazione in ottica Modern UI e fruibilità "as a service"

Questa tesi si occupa principalmente della revisione grafica in ottica Modern UI dell'app tuProlog Android, nella prospettiva di renderlo in futuro disponibile anche in modalità as-a-service. Dopo una attenta analisi preliminare dell'architettura di tuProlog in generale e in particolare della struttura dell'app tuProlog preesistente e del relativo progetto in ambiente Eclipse, ci si è focalizzati sulla riprogettazione dell'app, dall'analisi dei requisiti - ivi incluso il nuovo strumento di sviluppo da utilizzare, Android Studio - alla successiva analisi e progettazione della nuova soluzione, seguita da implementazione e collaudo.

Progetto e sviluppo di un automa per la gestione ed il controllo di sistemi a pilotaggio remoto

L’attenzione di questa tesi si pone sulla progettazione e lo sviluppo di un automa per il controllo di sistemi a pilotaggio remoto. Punto di partenza dell'intero progetto è stata l'analisi del quadrirotore programmato ed utilizzato dai ricercatori del progetto SHERPA. Le funzionalità evidenziate dall'analisi sono state poi elaborate secondo l'approccio con Attuatore Generalizzato ed implementate in Codesys. Questo software si compone di una parte di controllo, una di simulazione ed una o più interfacce grafiche dedicate all'interazione con l'utente. L'utilizzo di Codesys ha permesso di implementare un automa modulare e riusabile, base di partenza per i futuri progetti di automi aerei. L'automa realizzato consente infine di simulare il comportamento di un generico sistema a pilotaggio remoto e di osservarne la sequenza logica con cui le azioni vengono eseguite.

Home Manager Application su Android ART: progetto e realizzazione in ottica modern UI

Questa tesi si occupa della realizzazione, in ottica Modern UI, di una nuova interfaccia per l'applicazione Android del sistema domotico Home Manager. Dopo una prima fase di analisi preliminare, si affronta la progettazione dell'app, dall'analisi dei requisiti - ivi incluso il nuovo strumento di sviluppo da utilizzare, Android Studio - alla successiva analisi e progettazione della nuova soluzione, seguita da implementazione e collaudo.

Operational expenditure costs for wave energy projects and impacts on financial returns

This paper examines 'availability' and the input metrics of operational expenditure (OPEX) for wave energy projects and reports on a case study which assesses the impact of these inputs on project profit returns. Case study simulations modelled a 75 MW wave energy project at two locations; the west coast of Ireland and the north coast of Portugal. Access and availability with respect to weather windows at both locations are discussed and their impact on energy output and wave farm operations is quantified. The input metrics used to calculate OPEX of wave energy projects are defined as well as the impact of OPEX on project net present value (NPV) and internal rate of return (IRR). Results indicate that access and resultant availability factors have a significant impact on case study results by reducing energy output and correspondingly financial returns. Furthermore, the technology maturity level designated for a project also impacts on availability factors and consequently energy output and NPV. Case study profits proved to be very sensitive to annual OPEX, especially if overhaul and replacement costs were accounted for. As a result of the impact of 'availability' on project profit returns. Feed-in tariffs will need to be tailored to the location in question as well as the device technology maturity level, with case study simulations indicating that high FIT will be required to support early stage WEC projects. (C) 2012 Elsevier Ltd. All rights reserved.

A new latching control technology for improving wave energy conversion

Extracting wave energy from seas has been proven to be very difficult although various technologies have been developed since 1970s. Among the proposed technologies, only few of them have been actually progressed to the advanced stages such as sea trials or pre-commercial sea trial and engineering. One critical question may be how we can design an efficient wave energy converter or how the efficiency of a wave energy converter can be improved using optimal and control technologies, because higher energy conversion efficiency for a wave energy converter is always pursued and it mainly decides the cost of the wave energy production. In this first part of the investigation, some conventional optimal and control technologies for improving wave energy conversion are examined in a form of more physical meanings, rather than the purely complex mathematical expressions, in which it is hoped to clarify some confusions in the development and the terminologies of the technologies and to help to understand the physics behind the optimal and control technologies. As a result of the understanding of the physics and the principles of the optima, a new latching technology is proposed, in which the latching duration is simply calculated from the wave period, rather than based on the future information/prediction, hence the technology could remove one of the technical barriers in implementing this control technology. From the examples given in the context, this new latching control technology can achieve a phase optimum in regular waves, and hence significantly improve wave energy conversion. Further development on this latching control technologies can be found in the second part of the investigation.

A New Method for Modeling Free Surface Flows and Fluid-structure Interaction with Ocean Applications

The computational modeling of ocean waves and ocean-faring devices poses numerous challenges. Among these are the need to stably and accurately represent both the fluid-fluid interface between water and air as well as the fluid-structure interfaces arising between solid devices and one or more fluids. As techniques are developed to stably and accurately balance the interactions between fluid and structural solvers at these boundaries, a similarly pressing challenge is the development of algorithms that are massively scalable and capable of performing large-scale three-dimensional simulations on reasonable time scales. This dissertation introduces two separate methods for approaching this problem, with the first focusing on the development of sophisticated fluid-fluid interface representations and the second focusing primarily on scalability and extensibility to higher-order methods.

We begin by introducing the narrow-band gradient-augmented level set method (GALSM) for incompressible multiphase Navier-Stokes flow. This is the first use of the high-order GALSM for a fluid flow application, and its reliability and accuracy in modeling ocean environments is tested extensively. The method demonstrates numerous advantages over the traditional level set method, among these a heightened conservation of fluid volume and the representation of subgrid structures.

Next, we present a finite-volume algorithm for solving the incompressible Euler equations in two and three dimensions in the presence of a flow-driven free surface and a dynamic rigid body. In this development, the chief concerns are efficiency, scalability, and extensibility (to higher-order and truly conservative methods). These priorities informed a number of important choices: The air phase is substituted by a pressure boundary condition in order to greatly reduce the size of the computational domain, a cut-cell finite-volume approach is chosen in order to minimize fluid volume loss and open the door to higher-order methods, and adaptive mesh refinement (AMR) is employed to focus computational effort and make large-scale 3D simulations possible. This algorithm is shown to produce robust and accurate results that are well-suited for the study of ocean waves and the development of wave energy conversion (WEC) devices.