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Long-Lasting Nanoscale Wireless Communications with Energy-Harvesting
No full textIl progresso tecnologico innescato dalle nanotecnologie ha recentemente promosso lo sviluppo di nanodispositivi che abilitano differenti nuove promettenti applicazioni in diversi campi. Data la dimensione limitata dei nano-dispositivi, la letteratura scientifica ha introdotto due nuovi paradigmi di comunicazione per la loro interazione: comunicazioni nella banda dei terahertz e comunicazioni molecolari. Tuttavia, la progettazione di schemi di trasmissione di lunga durata (cioè supportati da fonti energetiche rinnovabili) in questo contesto rappresenta ancora un argomento di ricerca inesplorato. Negli ultimi anni, i nanogeneratori piezoelettrici sono emersi come un punto di svolta nella progettazione di schemi di trasmissione basati sulla raccolta di energia su scala nanometrica. Di conseguenza, questa tesi considera la loro adozione nelle comunicazioni elettromagnetiche in banda terahertz e nelle comunicazioni molecolari basate sulla diffusione, proponendo strategie di controllo della potenza in trasmissione basate sulla teoria del controllo in retroazione. Nel dettaglio, la potenza di trasmissione viene impostata dinamicamente in modo proporzionale al budget energetico utilizzando uno schema di controllo ad anello chiuso. Inoltre, per quanto riguarda le comunicazioni molecolari basate sulla libera diffusione, questa tesi propone una nuova metodologia per calcolare il numero di molecole ottimale da rilasciare per ogni frame, garantendo sia la semplicità del processo di trasmissione che i vincoli energetici e i valori di Bit Error Rate predefiniti. A tal fine, la tesi formula anche un problema di ottimizzazione con lo scopo di minimizzare una funzione obiettivo dipendente dalla quantità di energia disponibile e dal numero di pacchetti in coda. Le simulazioni sono state utilizzate per convalidare i modelli analitici formulati, rappresentare il comportamento degli approcci proposti in scenari realistici e dimostrare la capacità unica degli approcci concepiti di garantire il livello di prestazioni previsto.The advance of nanotechnologies recently promoted the development of nanodevices enabling promising applications in different fields. Given the restricted size of nano-devices, the scientific literature introduced two novel communication paradigms for their interaction: terahertz band communications and molecular communications. However, the design of long-lasting transmission schemes (i.e., supported by renewable energy sources) in this context still represents an open research topic. In the last years, piezoelectric nanogenerators emerged as a turning point in the design of energy-aware and energy harvesting transmission schemes at the nanoscale. Accordingly, this thesis considers their adoption in electromagnetic communications in the terahertz band and in diffusion-based molecular communications, proposing power control strategies based on feedback control theory. Here, the transmission power is dynamically set proportionally to the available energy budget by using a closed-loop control scheme. Furthermore, concerning the diffusion-based molecular communications, this thesis proposes a novel methodology for optimally tuning the number of molecules to release on a per-frame basis, while guaranteeing the simplicity of the transmission process, energy constraints and target Bit Error Rate values. To this end, the thesis also formulates an optimization problem willing to minimize an objective function depending on the available energy budget and the number of enqueued packets. Computer simulations are used to validate the formulated analytical models, depict the behavior of the proposed approaches in conceivable scenarios, and demonstrate the unique ability of the conceived approaches to ensure the expected performance level
La dimostrazione dell'assurdo. Progetto di allestimento per il MusA ( Museo dell'Assurdo )
No full textLAUREA SPECIALISTICAL’etimologia del termine assurdo fa risalire l’origine della parola al latino surdus, letteralmente sordo, ma anche sconosciuto, ignorato. Nel corso del tempo, il significato di questa parola è andato modificandosi, allontanandosi progressivamente dalla sua originale accezione. Assurdo è un qualcosa di poco comprensibile che però, dopo la dovuta spiegazione, risulta chiaro e condivisibile.
Il progettista deve sfruttare a suo favore questo strumento: deve usare l’Assurdo come mezzo per la comprensione del nuovo, offrendogli una nuova positività. L’allestimento per il MusA è l’esempio perfetto di come si possa applicare l’Assurdo all’attività progettuale. Grazie all’impegno costante di questa progettista nel proporre un percorso espositivo che trasmetta al visitatore il proprio valore e il proprio messaggio, con l’aiuto di allestimenti e organizzazioni spaziali mirate a offrire un punto di vista alternativo al visitatore, il MusA si pone come un museo di nicchia, indubbiamente diverso dai grandi musei contemporanei, maestosi e imponenti.
La dimensione della collezione e dell’edificio a lei dedicato offrono uno spazio accogliente e mai sovradimensionato, in cui ogni opera ha esattamente la sua precisa e ponderata collocazione. Le macchine espositive, delle quali è disseminato l’intero percorso, sono progettate a una a una per offrire al visitatore lo strumento sufficiente e necessario alla comprensione dell’arte contemporanea qui esposta, spesso snobbata e bistrattata dal visitatore medio perchè non compresa e poco familiare. Grazie a queste macchine, l’osservatore viene predisposto all’atteggiamento giusto nei confronti dell’arte contemporanea, permettendogli di essere ricettivo e bendisposto anche verso le opere che non hanno una macchina dedicata, cosi che il visitatore sia libero di formulare critiche e analisi personali.
Il percorso espositivo presenta un racconto vario e mai banale, sempre mirato ad offrire al visitatore un insegnamento, a regalargli un’emozione, a porgli una domanda che lo farà uscire dal MusA convinto di essersi arricchito interiormente
MUSA WP7: Communication, Dissemination and Exploitation
No full textThis presentation covers the Communication and Dissemination (C&D) activities of the whole MUSA project, with particular emphasis on the transfer of MUSA technical outcomes beyond the project’s partner
Ottimizzazione di un modulo di rivelazione gamma per imaging preclinico multimodale SPECT/MRI
No full textLAUREA MAGISTRALEINSERT è un progetto Europeo il cui scopo è la realizzazione di un sistema di imaging medicale integrato SPECT/MR per neuro-oncologia. L'obiettivo di questo sistema medico multimodale è di combinare l'informazione anatomica proveniente dalla risonanza magnetica (MR) con l'elevata sensitività dei sistemi SPECT nel tracciare processi biologici radiomarcati, con lo scopo finale di fornire una maggiore qualità e quantità di informazioni per le diagnosi, la radio/chemio-terapia paziente-specifica e per la valutazione precoce dell'efficacia del trattamento. La SPECT INSERT, costituita da un insieme di gamma camere organizzate in forma di anello, è stata realizzata in due versioni: un sistema preclinico per ricerca biologica su piccoli animali e uno clinico per l'imaging della regione collo/testa del corpo umano. Il mio lavoro di tesi riguarda la calibrazione e l'ottimizzazione di un singolo modulo di gamma camera in modo da migliorarne la risoluzione da un punto di vista energetico, fondamentale per un imaging più accurato e soprattutto per permettere, con una sola acquisizione diagnostica, una rivelazione a multipli radiotraccianti, ottenendo una migliore stratificazione dei processi biologici.Queste tipo di calibrazione e ottimizzazione sono state realizzate a valle dell'acquisizione, sui dati ottenuti a seguito della radiazione gamma assorbita dal cristallo scintillatore, corrispondente alla proiezione planare del radiotracciante distribuito all'interno del corpo del paziente. L'obiettivo è sviluppare un metodo con cui correggere e calibrare i dati acquisiti in modo da ottenere una risoluzione energetica migliore. Si prevede di implementare questi algoritmi di calibrazione per ogni modulo di gamma camera del sistema preclinico e clinico per ottenere un'immagine ricostruita il più possibile risoluta. Ho poi realizzato una guida per la gestione dell'interfaccia grafica comunicante col sistema di acquisizione e di cui ne imposta determinati parametri. Inoltre ho contribuito alla risoluzione di un problema nella catena di acquisizione, riguardante la corretta impostazione del parametro 'tempo di reset', focalizzando l'attenzione su come farne una scelta ottimale sul valore. Infine ho testato il sistema preclinico all'Ospedale San Raffaele di Milano con un alcuni fantocci e capillarei riempiti con soluzioni di Tecnezio, osservando la bontà dell'immagine ricostruita a seguito dell'elaborazione software.\\L'intero lavoro è stato organizzato in quattro capitoli. Nel primo si discute dei contributi alla ricerca e alla pratica clinica dei metodi multimodali, focalizzandosi in particolare sulla SPECT/MR. Dopodichè si descrivono in modo generale i due sistemi costituenti lo scanner ibrido, in particolare la SPECT, essendo la progettazione di quest'ultima la parte fondamentale del progetto. Nel secondo capitolo si illustrano i componenti di una Anger camera e la definizione dei principali parametri per la caratterizzazione di scintillatori inorganici e fotorivelatori. Si descrivono inoltre i Silicon Photomultipliers (SiPM), che grazie alla loro insensibilità ai campi magnetici, sono stati impiegati in INSERT. Infine si tratta della strategia di lettura dei segnali provenienti dai fotorivelatori, illustrando in particolar modo il principio di funzionamento del Peak Stretcher, fondamentale nella catena di acquisizione così come la scelta di un parametro ad esso connesso. Nel terzo capitolo si affrontano le correzioni e ottimizzazioni effettuate su un singolo modulo gamma INSERT, partendo da un'analisi del percorso elettronico del segnale per poi focalizzare l'attenzione a livello di fotorivelatori e cristallo, illustrando i metodi di ricostruzione delle immagini seguiti. Il quarto capitolo infine è focalizzato sulle misure sperimentali attuate presso l'Ospedale San Raffaele di Milano e condotte col modello preclinico, testandolo dunque in termini di risoluzione d'immagine e illustrando la modalità con cui le immagini sono ricostruite.INSERT is an European project aiming to the realization of a multimodal medical imaging instrument combining integrated SPECT/MR for neuro-oncology. The objective of the multimodal medical device is to combine the anatomical information from MR with the high sensitivity of SPECT systems to track radiolabeled biological processes, with the final purpose to provide higher quantity and quality information for the diagnosis, patientspecific radio/chemo-therapy and early assessment of treatment efficacy. The SPECT INSERT, composed by a set of gamma cameras organized in a ring shape, has been realized in two versions: a preclinical system for biological research on small animals and a clinical one for the human brain/neck region imaging. My master thesis concerns the calibration and optimization of a single gamma camera module in order to enhance the energy resolution which is foundamental for an enhanced imaging and moreover to permit multiple radiotracers detection for a better stratification of the biological processes in only one diagnostic acquisition. This kind of calibration and optimization has been taken by data elaboration, after acquisition of the gamma radiation absorbed by the crystal, corresponding to the planar projection of the distributed radiotracer present inside the patient. The goal is to develop an algorithm to correct and calibrate the data acquired in order to obtain a better energy resolution. The next step will be the implementation of these algorithms for every module composing preclinical and clinical system to give an enhanced reconstruction image of the gamma radiation. I've also helped to realize an user guide for the graphic interface which communicates with and set important parameters in the acquisition system and also to resolve a problem about an important parameter in the chain of the acquisition which is the reset time and how to choice it optimally. I've finally tested the preclinical model at Ospedale San Raffaele with some phantoms and capillaries filled with Tc solutions in order to observe the goodness of the image resolution after appropriate software reconstruction.\\The overall discussion has been organized in four chapters. In the first chapter is discussed the contributions to scientific research and clinical practice of multimodal methods, focusing in particular on SPECT / MR. Then the two systems constituting the hybrid scanner are described in a general way, giving more space to the SPECT because its design is the most important part of the project.
The second chapter describes the components of an Anger camera and it explains the definitions of the main parameters for the characterization of inorganic scintillators and photodetectors. It also describes the Silicon Photomultipliers (SiPM), which due to their insensitivity to magnetic fields, have been used in INSERT. It is also provided a description of the electronic readout of signals from the photodetectors, in particular about the Peak Stretcher and its behavior, specially with the choice of an important parameter for a good working of it. In the third chapter are illustrated the correction and optimization carried out for a single INSERT gamma module, analyzing first of all the electronic path of the signal and then arriving to focalize the attention on the combo crystal-photodetectors, explaining the reconstruction methods used. The fourth chapter is focused on the experimental measurements carried out at the Ospedale San Raffaele in Milan in order to test the preclinical model in terms of image resolution
Musa paradisiaca. La foglia di banana, memoria culturale e risorsa materiale
No full textLAUREA MAGISTRALELa banana e il platano sono frutti della pianta il cui nome scientifico è Musa paradisiaca. Sebbene lo scopo della coltura è quello di ottenere il frutto, le foglie, che costituiscono la maggior parte della pianta, vengono utilizzati in diverse applicazioni grazie alla loro proprietà fisico-chimiche e composizione caratteristica. In alcune culture, la pianta è associata con rappresentazioni e simbolismi che influenzano la loro vita quotidiana. Le fibre ottenute della “calceta” o pseudofusto sono utilizzati nell’elaborazione di artigianato, mentre le lamine vegetali sono importanti per la preparazione e il confezionamento di prodotti alimentari, l’ottenimento di oggetti rituali, ornamentali e costruttivi e usi medicinali. La natura della pianta fa che i residui fogliari siano continuamente rinnovati, generando una notevole quantità di biomassa e avendo un impatto sull’ambiente e il contesto socio-economico delle popolazioni dedicate alla coltivazione.
La Colombia è un paese con alti livelli di biodiversità e ricchezza immateriale, centinaia di costumi e gastronomia variata. La sua posizione all’interno del tropico rende il paese un privilegiato luogo per la produzione di colture di Musa paradisiaca, che presentano una raccolta permanente durante tutto l’anno. Oltre ad essere una parte fondamentale dell’economia nazionale a livello delle esportazioni di banane fatte, questa attività agricola costituisce una ricca fonte di risorse che vengono convertite in materie prime utili in diverse pratiche tradizionali.
In questo senso, si è progettata una strategia per generare processi di trasferimento e appropriazione sociale della conoscenza inerente all’uso della pianta mediante la programmazione di eventi. La strategia fu sviluppata attraverso due questioni fondamentali nell’uso della foglia: La Musa paradisiaca come risorsa materiale e come memoria culturale. Allo stesso modo, e per garantirne l’esecuzione, si propone di stabilire alleanze tra istituzioni pubbliche e private con associazioni di artigiani. Tre eventi composti da tre attività ogniuno programmato, prendendo come asse di gestione la ricerca, la formazione e la manifattura e orientati verso i settori educativo, culturale e turistico del paese. Finalmente, fu realizzato il design di tre prodotti che fanno parte dello sviluppo di alcune delle attività previste, utilizzando per l’elaborazione la materia prima proveniente dalla foglia.Bananas are fruits of the plant of which its’ scientific name is Musa paradisiaca. Although the main purpose of the crop is obtaining the fruit, leaves, which constitute most part of the plant, they are also used in many applications due to their physicochemical properties and unique composition. In some cultures, the plant is associated with representations and symbolisms that influence their daily lives. The fibers derived from the “calceta” or pseudo-stem, are used to make handicrafts. Furthermore, the vegetable sheets are important in the preparation and packaging of food products, obtaining of ritual, constructive and ornamental objects and medicinal uses. The nature of the plant makes leaves residues continuously renewed, generating a significant amount of biomass while impacting the environment and socioeconomic context of populations dedicated to the cultivation.
Colombia is a country with high levels of biodiversity and immaterial richness, hundreds of customs and varied cuisine. Its tropical location makes the country an ideal place for the production of Musa paradisiaca crops, having a permanent harvest throughout the year. Besides being an essential part of the national economy because of the level of banana exports, this agricultural activity is a good source of resources that become in raw materials useful in different practices.
In that sense, a strategy to generate transfer processes and social appropriation of the knowledge related to the use of the plant was designed based on scheduling events. The strategy was developed through two key issues in the different uses of the leaves: Musa paradisiaca as a material resource and as a cultural memory. In addition, to ensure its implementation, it was proposed to establish partnerships between public and private institutions with artisans associations. Nine activities distributed in three events were programmed, having as management axis the research, training and manufacturing which are oriented to education, culture and tourism sectors of the country. Finally, three products that are part of the development of some of the planned activities were designed, using banana leaves as raw material for their production
Musa
No full textLAUREA MAGISTRALEIl modo di abitare contemporaneo ha subito negli ultimi decenni cambiamenti drastici, dovuti all’incremento della popolazione nelle città, all’affermazione di nuove tecnologie su vari campi - primo su tutti quello della comunicazione - e all’adozione di uno stile di vita più fluido e dinamico.
Le case che viviamo sono oggi colme di tecnologie che facilitano ogni gesto quotidiano e con l’avvento di internet siamo perennemente connessi.
Le nuove generazioni vivono una vita in continua evoluzione, non hanno certezze riguardo al proprio futuro e sono sempre pronte a doversi adattare a cambiamenti imminenti. Così fanno fatica a mettere radici: non hanno intenzione di legarsi a nessun tipo di impegno duraturo, perché spesso si trasferiscono in nuove città o lasciano il proprio lavoro per uno più appagante. Per questo motivo, vengono definiti Generation Rent: non hanno forti legami con le cose, non possiedono beni come automobili o case; preferiscono il noleggio al possesso perché più consone alla fluidità e alla dinamicità che li contraddistingue.
Le case nelle città, sempre più comunemente di piccola metratura, sembrano mantenere una composizione obsoleta (per esempio la divisione in zona notte-giorno) e gli arredi che le attrezzano sono ancorati a tradizioni meno recenti. L’assegnazione di una funzione per ogni stanza è oggi inutile: si vivono gli spazi dell’ambiente domestico nella loro totalità e in tutti i momenti della giornata. Gli ambienti abitati sono dunque ibridi e multifunzionali, mentre i mobili di cui si compongono sono più tradizionali e spesso non funzionali allo stile di vita contemporaneo.
In questo contesto, la ricerca progettuale qui presentata si propone di indagare quale sia il ruolo che l’arredo, e il design legato ad esso, debba ricoprire in un momento caratterizzato da grandi cambiamenti sociali come quello attuale. Analizzando i nuovi trend e le esigenze abitative attuali, e tenendo conto della ricerca e della sperimentazione svolta nel passato riguardo a questo tema, si è cercato di arrivare a un concetto di arredo fluido e adattabile alle nuove necessità conseguenti ai cambiamenti sociali.
Il progetto cerca di rispondere a questo quesito. Nasce dall’idea che il mobile debba essere svincolato dallo spazio in cui viene inserito e che possano coesistere, all’interno di uno stesso ambiente ibrido, degli arredi con funzioni diverse. Lo spazio, nell’epoca attuale, è concepito in base al tempo e gli oggetti acquistano la loro funzione solo nel momento in cui vengono utilizzati. Musa è una cucina che si colloca in un ambiente contemporaneo. Compatta e misteriosa, può essere installata in qualsiasi tipo di stanza. Si svela soltanto quando viene utilizzata e si nasconde quando non è necessaria. È il manifesto di una tipologia di mobile che, nel prossimo futuro, potrebbe rispondere alle nuove esigenze abitative.The contemporary way of living has undergone drastic changes in recent decades, due to the increase of the population in cities, the affirmation of new technologies on various fields - first of all that of communication - and the adoption of a more fluid and dynamic lifestyle.
The houses we live in today are full of technologies that facilitate every daily gesture and with the advent of the internet, we live perpetually connected.
The new generations live a life in continuous evolution, they have no certainty about their future and are always ready to adapt to imminent changes. Thus, they struggle to take root: they have no intention of binding themselves to any type of lasting commitment, because they often move to new cities or leave their jobs for a more fulfilling one. For this reason, they are called Generation Rent: they do not have strong links with things, they do not own goods such as cars or houses; they prefer rental to possession because it is more in keeping with the fluidity and dynamism that distinguishes them.
The houses in the cities, more and more commonly of small size, seem to maintain an obsolete composition (for example the division into the sleeping-living area) and the furnishings that equip them are anchored to older traditions. The assignment of a function for each room is useless today: the spaces of the domestic environment are experienced in their entirety and at all times of the day. The inhabited environments are therefore hybrid and multifunctional, while the furniture they are made of is more traditional and often not functional to the contemporary lifestyle.
In this context, the following design research aims to investigate what the role and the furniture, and the design related to it, should cover at a time characterized by major social changes such as the current one. By analyzing the new trends and current housing needs, and taking into account the research and experimentation carried out in the past with regard to this theme, an attempt was made to arrive at a concept of fluid furniture adaptable to the new needs resulting from social changes.
The project tries to answer this question. It arises from the idea that the furniture must be released from the space in which it is inserted and that furnishings with different functions can coexist within the same hybrid environment. The space, in the present era, is conceived on the basis of time and the objects acquire their function only when they are used. Musa is a kitchen that is placed in a contemporary setting. Compact and mysterious, it can be installed in any type of room. It only reveals itself when used and hides when it is not needed. It is the manifesto of a type of furniture that, in the near future, could respond to new housing needs
Major achievements of the EC MUSA project
No full textInternational audienceMaturity of severe accident (SA) codes, progress in the computational methods, and computer infrastructures were considered a sound platform to conduct, for the first time in SA modelling, a systematic and broad application of Uncertainty and Sensitivity Analysis (UaSA) in this domain. The overall objective of the HORIZON-2020 project on "Management and Uncertainties of Severe Accidents (MUSA)" was to quantify the uncertainties of SA integral codes when modelling reactor and spent fuel pool (SFP) accident scenarios of Gen II and Gen III reactor designs for the prediction of the radiological source term. This paper presents the major achievements accomplished by MUSA. To name a few: a database on input parameter uncertainties has been assembled; SA codes and statistical tools, either in-house built or existing ones, have been properly coupled by scripting or interfaces; major specific challenges have been identified and different solutions have been worked out; and, applications to several reactor types and SFP scenarios have shown interesting insights of this simulation approach, particularly when dealing with Source Term variables as figures of merit. No less important, major challenges were found and are here discussed as needs to be addressed before achieving an effective implementation of UaSA in the SA domain
Summary of the work done in MUSA WP7
No full textSummary of the activities in the MUSA WP7 and highlights of the difficultie
Modellazione dei sistemi di accumulo termico per impianti solari
No full textThe study regards Thermal Energy Storage Methods (focusing on Sensible
Heat Storage) and simulating models.
A solar assisted domestic heating plant with collectors, storage, loads,
thermal losses and eventual heat exchanger is simulated.
In order to evaluate the storage behaviour two simulations models are
realized: a fully mixed model and a stratified model, with multinode
approach.
The uniform temperature model includes two options for collectors energy
input (constant or with linear variation) and load (with constant or
variable on –off profiles).
Both simulation models use Runge-Kutta method, with Ode 45 Matlab
Function.
Model validation has been determined by comparing the results of
simulations with available data from literature obtained with different
methods (Euler, Heun) and/or analytical results.
Simulation tests under different conditions are made (different load
profiles and flow rates) in both models, and the results are compared
between two models and with available literature results
As expected, results show a relationship between flow rate increasing and
stratification reduction. Furthermore, peak temperatures appearing in
stratified model contribute to increasing efficiency of the system
Update on Major Accomplishments for MUSA WP7
No full textUpdate on Major Accomplishments from Dec. 2020 to March 2021 for the MUSA WP
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