A hermeneutic study of pattern mining as a knowledge creation process : exploring multimedia design practices

In this paper, we discuss a special case of knowledge creation via pattern mining that was studied using a hermeneutic approach. The reported study explores the nature of knowledge creation by domain practitioners who do not communicate directly. The focus of this paper extends the traditional view of a knowledge creation process beyond organisational boundaries. The proposed knowledge creation framework explains the facilitated process of knowledge creation by its qualification, combination, socialisation, externalisation, internalisation and introspection, thus allowing the transformation of individual experience and knowledge into formalised shareable domain knowledge.

Estudo avaliativo de um algoritmo genético auto-organizável e multiobjetivo utilizando aprendizado de máquina para aplicações de telecomunicações

This paper presents an evaluative study about the effects of using a machine learning technique on the main features of a self-organizing and multiobjective genetic algorithm (GA). A typical GA can be seen as a search technique which is usually applied in problems involving no polynomial complexity. Originally, these algorithms were designed to create methods that seek acceptable solutions to problems where the global optimum is inaccessible or difficult to obtain. At first, the GAs considered only one evaluation function and a single objective optimization. Today, however, implementations that consider several optimization objectives simultaneously (multiobjective algorithms) are common, besides allowing the change of many components of the algorithm dynamically (self-organizing algorithms). At the same time, they are also common combinations of GAs with machine learning techniques to improve some of its characteristics of performance and use. In this work, a GA with a machine learning technique was analyzed and applied in a antenna design. We used a variant of bicubic interpolation technique, called 2D Spline, as machine learning technique to estimate the behavior of a dynamic fitness function, based on the knowledge obtained from a set of laboratory experiments. This fitness function is also called evaluation function and, it is responsible for determining the fitness degree of a candidate solution (individual), in relation to others in the same population. The algorithm can be applied in many areas, including in the field of telecommunications, as projects of antennas and frequency selective surfaces. In this particular work, the presented algorithm was developed to optimize the design of a microstrip antenna, usually used in wireless communication systems for application in Ultra-Wideband (UWB). The algorithm allowed the optimization of two variables of geometry antenna - the length (Ls) and width (Ws) a slit in the ground plane with respect to three objectives: radiated signal bandwidth, return loss and central frequency deviation. These two dimensions (Ws and Ls) are used as variables in three different interpolation functions, one Spline for each optimization objective, to compose a multiobjective and aggregate fitness function. The final result proposed by the algorithm was compared with the simulation program result and the measured result of a physical prototype of the antenna built in the laboratory. In the present study, the algorithm was analyzed with respect to their success degree in relation to four important characteristics of a self-organizing multiobjective GA: performance, flexibility, scalability and accuracy. At the end of the study, it was observed a time increase in algorithm execution in comparison to a common GA, due to the time required for the machine learning process. On the plus side, we notice a sensitive gain with respect to flexibility and accuracy of results, and a prosperous path that indicates directions to the algorithm to allow the optimization problems with "η" variables

A new design methodology for multipulse rectifiers with Delta auto-connected transformers and a retrofit application in Adjustable Speed Drives (ASDs)

Multipulse rectifiers can replace a conventional six pulse three-phase rectifier (diode bridge) providing a DC voltage with low ripple, low Total Harmonic Distortion of current (THDi) and a high Power Factor (PF). In this context is presented a multipulse rectifier with generalized Delta-differential autotransformer topology, which can provide any level of DC output voltage for any level of three-phase AC input voltage. This paper presents all the possible configurations for Delta topology in order to choose, through graphics, one configuration that presents reduced weight and volume. The average voltage on the DC bus must be compatible with the DC voltage in the six pulse rectifier used in commercial ASDs. Therefore, it is possible to apply the retrofit technique to replace the conventional bridge rectifier by the proposed multipulse rectifier. Based on mathematic models and simulation results, an 18-pulse rectifier with Delta topology, 220 V of line voltage, 315 V of DC output, and rating 2.5 kW of power was designed, implemented and applied for three different commercial ASDs. Experimental results as voltage and current waveforms and results about PF and THDi will be presented. © 2012 IEEE.

Influence of pattern gradation on the design of piezocomposite energy harvesting devices using topology optimization

Piezoelectric materials can be used to convert oscillatory mechanical energy into electrical energy. Energy harvesting devices are designed to capture the ambient energy surrounding the electronics and convert it into usable electrical energy. The design of energy harvesting devices is not obvious, requiring optimization procedures. This paper investigates the influence of pattern gradation using topology optimization on the design of piezocomposite energy harvesting devices based on bending behavior. The objective function consists of maximizing the electric power generated in a load resistor. A projection scheme is employed to compute the element densities from design variables and control the length scale of the material density. Examples of two-dimensional piezocomposite energy harvesting devices are presented and discussed using the proposed method. The numerical results illustrate that pattern gradation constraints help to increase the electric power generated in a load resistor and guides the problem toward a more stable solution. (C) 2012 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Molecular basis oh herpes simplex virus entry into the cell and retargeting of the viral tropism for the design of oncolytic herpesviruses

Herpes simplex virus 1 (HSV-1) infects oral epitelial cells, then spreads to the nerve endings and estabilishes latency in sensory ganglia, from where it may, or may not reactivate. Diseases caused by virus reactivation include mild diseases such as muco-cutaneous lesions, and more severe, and even life-threatening encephalitis, or systemic infections affecting diverse organs. Herpes simplex virus represents the most comprehensive example of virus receptor interaction in Herpesviridae family, and the prototype virus encoding multipartite entry genes. In fact, it encodes 11-12 glycoproteins and a number of additional membrane proteins: five of these proteins play key roles in virus entry into subsceptible cells. Thus, glycoprotein B (gB) and glycoprotein C (gC) interact with heparan sulfate proteoglycan to enable initial attachment to cell surfaces. In the next step, in the entry cascade, gD binds a specific surface receptor such as nectin1 or HVEM. The interaction of glycoprotein D with the receptor alters the conformation of gD to enable the activation of gB, glycoprotein H, and glycoprotein L, a trio of glycoproteins that execute the fusion of the viral envelope with the plasma membrane. In this thesis, I described two distinct projects: I. The retargeting of viral tropism for the design of oncolytic Herpesviruses: • capable of infecting cells through the human epitelial growth factor receptor 2 (HER2), overexpressed in highly malignant mammary and ovarian tumors and correlates with a poor prognosis; • detargeted from its natural receptors, HVEM and nectin1. To this end, we inserted a ligand to HER2 in gD. Because HER2 has no natural ligand, the selected ligand was a single chain antibody (scFv) derived from MAb4D5 (monoclonal antibody to HER2), herein designated scHER2. All recombinant viruses were targeted to HER2 receptor, but only two viruses (R-LM113 and R-LM249) were completely detargeted from HVEM and nectin1. To engineer R-LM113, we removed a large portion at the N-terminus of gD (from aa 6 to aa 38) and inserted scHER2 sequence plus 9-aa serine-glycine flexible linker at position 39. On the other hand, to engineer R-LM249, we replaced the Ig-folded core of gD (from aa 61 to aa 218) with scHER2 flanked by Ser-Gly linkers. In summary, these results provide evidence that: i. gD can tolerate an insert almost as big as gD itself; ii. the Ig-like domain of gD can be removed; iii. the large portion at the N-terminus of gD (from aa 6 to aa 38) can be removed without loss of key function; iv. R-LM113 and R-LM249 recombinants are ready to be assayed in animal models of mammary and ovary tumour. This finding and the avaibility of a large number of scFv greatly increase the collection of potential receptors to which HSV can be redirected. II. The production and purification of recombinant truncated form of the heterodimer gHgL. We cloned a stable insect cell line expressing a soluble form of gH in complex with gL under the control of a metalloprotein inducible promoter and purified the heterodimer by means of ONE-STrEP-tag system by IBA. With respect to biological function, the purified heterodimer is capable: • of reacting to antibodies that recognize conformation dependent epitopes and neutralize virion infectivity; • of binding a variety cells at cell surface. No doubt, the availability of biological active purified gHgL heterodimer, in sufficient quantities, will speed up the efforts to solve its crystal structure and makes it feasible to identify more clearly whether gHgL has a cellular partner, and what is the role of this interaction on virus entry.

Tecniche di ottimizzazione del software per sistemi su singolo chip per applicazioni di Nomadic Computing

I moderni sistemi embedded sono equipaggiati con risorse hardware che consentono l’esecuzione di applicazioni molto complesse come il decoding audio e video. La progettazione di simili sistemi deve soddisfare due esigenze opposte. Da un lato è necessario fornire un elevato potenziale computazionale, dall’altro bisogna rispettare dei vincoli stringenti riguardo il consumo di energia. Uno dei trend più diffusi per rispondere a queste esigenze opposte è quello di integrare su uno stesso chip un numero elevato di processori caratterizzati da un design semplificato e da bassi consumi. Tuttavia, per sfruttare effettivamente il potenziale computazionale offerto da una batteria di processoriè necessario rivisitare pesantemente le metodologie di sviluppo delle applicazioni. Con l’avvento dei sistemi multi-processore su singolo chip (MPSoC) il parallel programming si è diffuso largamente anche in ambito embedded. Tuttavia, i progressi nel campo della programmazione parallela non hanno mantenuto il passo con la capacità di integrare hardware parallelo su un singolo chip. Oltre all’introduzione di multipli processori, la necessità di ridurre i consumi degli MPSoC comporta altre soluzioni architetturali che hanno l’effetto diretto di complicare lo sviluppo delle applicazioni. Il design del sottosistema di memoria, in particolare, è un problema critico. Integrare sul chip dei banchi di memoria consente dei tempi d’accesso molto brevi e dei consumi molto contenuti. Sfortunatamente, la quantità di memoria on-chip che può essere integrata in un MPSoC è molto limitata. Per questo motivo è necessario aggiungere dei banchi di memoria off-chip, che hanno una capacità molto maggiore, come maggiori sono i consumi e i tempi d’accesso. La maggior parte degli MPSoC attualmente in commercio destina una parte del budget di area all’implementazione di memorie cache e/o scratchpad. Le scratchpad (SPM) sono spesso preferite alle cache nei sistemi MPSoC embedded, per motivi di maggiore predicibilità, minore occupazione d’area e – soprattutto – minori consumi. Per contro, mentre l’uso delle cache è completamente trasparente al programmatore, le SPM devono essere esplicitamente gestite dall’applicazione. Esporre l’organizzazione della gerarchia di memoria ll’applicazione consente di sfruttarne in maniera efficiente i vantaggi (ridotti tempi d’accesso e consumi). Per contro, per ottenere questi benefici è necessario scrivere le applicazioni in maniera tale che i dati vengano partizionati e allocati sulle varie memorie in maniera opportuna. L’onere di questo compito complesso ricade ovviamente sul programmatore. Questo scenario descrive bene l’esigenza di modelli di programmazione e strumenti di supporto che semplifichino lo sviluppo di applicazioni parallele. In questa tesi viene presentato un framework per lo sviluppo di software per MPSoC embedded basato su OpenMP. OpenMP è uno standard di fatto per la programmazione di multiprocessori con memoria shared, caratterizzato da un semplice approccio alla parallelizzazione tramite annotazioni (direttive per il compilatore). La sua interfaccia di programmazione consente di esprimere in maniera naturale e molto efficiente il parallelismo a livello di loop, molto diffuso tra le applicazioni embedded di tipo signal processing e multimedia. OpenMP costituisce un ottimo punto di partenza per la definizione di un modello di programmazione per MPSoC, soprattutto per la sua semplicità d’uso. D’altra parte, per sfruttare in maniera efficiente il potenziale computazionale di un MPSoC è necessario rivisitare profondamente l’implementazione del supporto OpenMP sia nel compilatore che nell’ambiente di supporto a runtime. Tutti i costrutti per gestire il parallelismo, la suddivisione del lavoro e la sincronizzazione inter-processore comportano un costo in termini di overhead che deve essere minimizzato per non comprometterre i vantaggi della parallelizzazione. Questo può essere ottenuto soltanto tramite una accurata analisi delle caratteristiche hardware e l’individuazione dei potenziali colli di bottiglia nell’architettura. Una implementazione del task management, della sincronizzazione a barriera e della condivisione dei dati che sfrutti efficientemente le risorse hardware consente di ottenere elevate performance e scalabilità. La condivisione dei dati, nel modello OpenMP, merita particolare attenzione. In un modello a memoria condivisa le strutture dati (array, matrici) accedute dal programma sono fisicamente allocate su una unica risorsa di memoria raggiungibile da tutti i processori. Al crescere del numero di processori in un sistema, l’accesso concorrente ad una singola risorsa di memoria costituisce un evidente collo di bottiglia. Per alleviare la pressione sulle memorie e sul sistema di connessione vengono da noi studiate e proposte delle tecniche di partizionamento delle strutture dati. Queste tecniche richiedono che una singola entità di tipo array venga trattata nel programma come l’insieme di tanti sotto-array, ciascuno dei quali può essere fisicamente allocato su una risorsa di memoria differente. Dal punto di vista del programma, indirizzare un array partizionato richiede che ad ogni accesso vengano eseguite delle istruzioni per ri-calcolare l’indirizzo fisico di destinazione. Questo è chiaramente un compito lungo, complesso e soggetto ad errori. Per questo motivo, le nostre tecniche di partizionamento sono state integrate nella l’interfaccia di programmazione di OpenMP, che è stata significativamente estesa. Specificamente, delle nuove direttive e clausole consentono al programmatore di annotare i dati di tipo array che si vuole partizionare e allocare in maniera distribuita sulla gerarchia di memoria. Sono stati inoltre sviluppati degli strumenti di supporto che consentono di raccogliere informazioni di profiling sul pattern di accesso agli array. Queste informazioni vengono sfruttate dal nostro compilatore per allocare le partizioni sulle varie risorse di memoria rispettando una relazione di affinità tra il task e i dati. Più precisamente, i passi di allocazione nel nostro compilatore assegnano una determinata partizione alla memoria scratchpad locale al processore che ospita il task che effettua il numero maggiore di accessi alla stessa.

La piattaforma BTSSOC-Cellulat per la simulazione di sistemi biochimici

Il lavoro svolto in questa tesi verte sullo sviluppo e l'integrazione del modello teorico conosciuto come Biochemical Tuple Spaces for Self-Organizing Coordination, in breve BTSSOC, in una piattaforma completa, chiamata BTSSOC-Cellulat, per la simulazione di sistemi biochimici, sviluppata utilizzando i linguaggi Java, Prolog, TuCSoN e ReSpecT.

Advanced signal and receiver design for next generation OFDM systems

This thesis deal with the design of advanced OFDM systems. Both waveform and receiver design have been treated. The main scope of the Thesis is to study, create, and propose, ideas and novel design solutions able to cope with the weaknesses and crucial aspects of modern OFDM systems. Starting from the the transmitter side, the problem represented by low resilience to non-linear distortion has been assessed. A novel technique that considerably reduces the Peak-to-Average Power Ratio (PAPR) yielding a quasi constant signal envelope in the time domain (PAPR close to 1 dB) has been proposed.The proposed technique, named Rotation Invariant Subcarrier Mapping (RISM),is a novel scheme for subcarriers data mapping,where the symbols belonging to the modulation alphabet are not anchored, but maintain some degrees of freedom. In other words, a bit tuple is not mapped on a single point, rather it is mapped onto a geometrical locus, which is totally or partially rotation invariant. The final positions of the transmitted complex symbols are chosen by an iterative optimization process in order to minimize the PAPR of the resulting OFDM symbol. Numerical results confirm that RISM makes OFDM usable even in severe non-linear channels. Another well known problem which has been tackled is the vulnerability to synchronization errors. Indeed in OFDM system an accurate recovery of carrier frequency and symbol timing is crucial for the proper demodulation of the received packets. In general, timing and frequency synchronization is performed in two separate phases called PRE-FFT and POST-FFT synchronization. Regarding the PRE-FFT phase, a novel joint symbol timing and carrier frequency synchronization algorithm has been presented. The proposed algorithm is characterized by a very low hardware complexity, and, at the same time, it guarantees very good performance in in both AWGN and multipath channels. Regarding the POST-FFT phase, a novel approach for both pilot structure and receiver design has been presented. In particular, a novel pilot pattern has been introduced in order to minimize the occurrence of overlaps between two pattern shifted replicas. This allows to replace conventional pilots with nulls in the frequency domain, introducing the so called Silent Pilots. As a result, the optimal receiver turns out to be very robust against severe Rayleigh fading multipath and characterized by low complexity. Performance of this approach has been analytically and numerically evaluated. Comparing the proposed approach with state of the art alternatives, in both AWGN and multipath fading channels, considerable performance improvements have been obtained. The crucial problem of channel estimation has been thoroughly investigated, with particular emphasis on the decimation of the Channel Impulse Response (CIR) through the selection of the Most Significant Samples (MSSs). In this contest our contribution is twofold, from the theoretical side, we derived lower bounds on the estimation mean-square error (MSE) performance for any MSS selection strategy,from the receiver design we proposed novel MSS selection strategies which have been shown to approach these MSE lower bounds, and outperformed the state-of-the-art alternatives. Finally, the possibility of using of Single Carrier Frequency Division Multiple Access (SC-FDMA) in the Broadband Satellite Return Channel has been assessed. Notably, SC-FDMA is able to improve the physical layer spectral efficiency with respect to single carrier systems, which have been used so far in the Return Channel Satellite (RCS) standards. However, it requires a strict synchronization and it is also sensitive to phase noise of local radio frequency oscillators. For this reason, an effective pilot tone arrangement within the SC-FDMA frame, and a novel Joint Multi-User (JMU) estimation method for the SC-FDMA, has been proposed. As shown by numerical results, the proposed scheme manages to satisfy strict synchronization requirements and to guarantee a proper demodulation of the received signal.

Design and optimization of components and processes for plasma sources in advanced material treatments

The research activities described in the present thesis have been oriented to the design and development of components and technological processes aimed at optimizing the performance of plasma sources in advanced in material treatments. Consumables components for high definition plasma arc cutting (PAC) torches were studied and developed. Experimental activities have in particular focussed on the modifications of the emissive insert with respect to the standard electrode configuration, which comprises a press fit hafnium insert in a copper body holder, to improve its durability. Based on a deep analysis of both the scientific and patent literature, different solutions were proposed and tested. First, the behaviour of Hf cathodes when operating at high current levels (250A) in oxidizing atmosphere has been experimentally investigated optimizing, with respect to expected service life, the initial shape of the electrode emissive surface. Moreover, the microstructural modifications of the Hf insert in PAC electrodes were experimentally investigated during first cycles, in order to understand those phenomena occurring on and under the Hf emissive surface and involved in the electrode erosion process. Thereafter, the research activity focussed on producing, characterizing and testing prototypes of composite inserts, combining powders of a high thermal conductibility (Cu, Ag) and high thermionic emissivity (Hf, Zr) materials The complexity of the thermal plasma torch environment required and integrated approach also involving physical modelling. Accordingly, a detailed line-by-line method was developed to compute the net emission coefficient of Ar plasmas at temperatures ranging from 3000 K to 25000 K and pressure ranging from 50 kPa to 200 kPa, for optically thin and partially autoabsorbed plasmas. Finally, prototypal electrodes were studied and realized for a newly developed plasma source, based on the plasma needle concept and devoted to the generation of atmospheric pressure non-thermal plasmas for biomedical applications.

BioTuCSoN: biochemical extension of TuCSoN to support self-organising coordination

Starting from pervasive computing paradigm, we want to face the new system's requirements, concerning, mainly, self-organisation, situatedness and adaptivity, through the definition and execution of nature-inspired patterns. They are extracted by the study of dynamics in biological systems and we consider for their implementation the biochemical tuple spaces model. In particular, the aim of the thesis is to design and realize a first biochemical extension of TuCSoN (technology based on tuple spaces model) and, then, to verify its capabilities by means of a proper case study, that deals with local self-organisation and competition of services in an open and highly-dynamic environment.

Sistemi strutturali cellulari a pareti portanti in cemento armato gettato in opera realizzate con la tecnologia del pannello di supporto in polistirene

In questa Tesi di Dottorato di Ricerca sono state studiate le caratteristiche strutturali e le relative prestazioni dei sistemi strutturali cellulari a pareti tozze di tipo sandwich in c. a. gettato in opera realizzate con la tecnologia del pannello di supporto in polistirene. Tali sistemi strutturali sono caratterizzati da numerose peculiarità; infatti, (i) il comportamento globale delle strutture risulta essere di tipo cellulare, e, le pareti che costituiscono il sistema resistente alle azioni sia orizzontali che verticali risultano essere: (ii) tozze, (iii) di tipo sandwich e caratterizzate da: (iv) basse percentuali di armatura, (v) ridotti tassi di lavoro a sforzo assiale e (vi) stesso quantitativo di armatura orizzontale e verticale. Date le specificità dei sistemi strutturali in esame, si è, in primo luogo, cercato di inquadrare le peculiarità strutturali sopra elencate nell’ambito scientifico. Ciò ha consentito di riscontrare una profonda carenza nella conoscenza relativa al comportamento di tali strutture specialmente nei confronti delle azioni orizzontali di tipo sismico. Pertanto i due principali obiettivi di questa Tesi di Dottorato sono stati: (1) la sistematizzazione scientifica e la relativa interpretazione di 10 anni di prove sperimentali condotte sul sistema strutturale in esame; e (2) la progettazione, la realizzazione e l’interpretazione preliminare dei risultati di una prova su tavola vibrante di una struttura a tre piani con pianta rettangolare, realizzata con la tecnologia del pannello di supporto in polistirene (la prova è stata effettuata nell’ambito del progetto di ricerca Europeo SERIES). Questa ricerca ha dunque consentito di far luce sul comportamento (in particolar modo, nei confronti delle azioni orizzontali di tipo sismico) dei sistemi strutturali composti da pareti tozze di tipo sandwich in c. a. gettato in opera realizzati con la tecnologia del pannello di supporto in polistirene.

Supporto alla creazione di un ecosistema di aziende: change management e design thinking - il caso Centergross

Il lavoro tratta la progettazione di un intervento tecnologico e organizzativo in grado di guidare la creazione di un ecosistema di imprese per un distretto commerciale: Centergross (Funo d’Argelato, Bologna). Tale lavoro è stato preparato durante un periodo di Stage della durata di cinque mesi effettuato presso Epoca S.r.l (Bologna) a seguito della necessità, riscontrata dalla direzione del distretto, di ripensare il proprio modello di business. L’obiettivo del progetto di intervento di Epoca è quello di supportare il distretto in questa fase di cambiamento, da “condominio” di imprese autonome a ecosistema, grazie all’identificazione e alla realizzazione di strumenti organizzativi e tecnologici che possano costruire opportunità di sinergie, aumentare la completezza dell’offerta e sfruttare economie di scopo. Per questo è stato realizzato un nuovo sistema informatico (social network e applicazione mobile) in grado di supportare la strategia ed evolvere con essa. La tesi si struttura in tre parti. Nella prima parte, attraverso un’indagine della letteratura di riferimento, si sono indagati i principali modelli di cambiamento organizzativo e il ruolo dei sistemi informativi all’interno delle organizzazione. Un approfondimento circa gli approcci, i processi e la gestione del cambiamento in relazione all’introduzione di un nuovo sistema informativo all’interno delle organizzazioni con riferimento alle tematiche del Business Process Reengineering. La seconda parte è dedicata all’evoluzione del Web con la rivoluzione culturale causata dagli strumenti del web partecipativo, semantico e potenziato: social network e applicazione mobile nello specifico; e all’approccio di progettazione: il Design Thinking. Una tecnica che si prefigge di: trovare il miglior fit fra obiettivi, risorse e tecnologie disponibili; favorire lo sviluppo di nuove idee innovative entrando in empatia con il contesto del problema proponendo soluzioni centrate sui bisogni degli utenti. L’ultima parte del lavoro consiste nella descrizione del caso. Vengono presentate la fase di analisi della situazione attuale e i successivi step di progettazione del sistema informatico: la definizione dei prototipi, la popolazione del database, il modello di dominio, le interfacce utente e le esperienze di navigazione all’interno della piattaforma software proposta. L’approccio prevede che il progetto proceda per iterazioni successive e un adattamento continuo alle esigenze del cliente.