Thèses sur le sujet « Design digitale »

La digitalizzazione sta costantemente modificando la nostra esperienza culturale non solo in termini di accesso, produzione e diffusione delle informazioni, ma anche in termini di apprendimento, creazione e partecipazione alla società della conoscenza. Nel corso degli anni diversi enti e organizzazioni governative hanno cercato di accelerare l’adozione di misure volte a tutelare e migliorare la fruizione dei contenuti online in modo tale da renderli accessibili al vasto pubblico. Tuttavia, è stato proprio negli ultimi tempi, segnati dalla necessità di abbandonare i luoghi fisici della cultura e della conoscenza quali biblioteche o archivi, che questo bisogno di organizzare gli spazi digitali dedicati alla fruizione del sapere è divenuto improrogabile. La situazione nella quale ci ritroviamo attualmente, caratterizzata dalla presenza del COVID-19, ha rimarcato la necessità di interrogarsi su come questi ambienti possano essere riprogettati a misura di utente, in modo da innalzare il livello di accessibilità e usabilità dei contenuti presenti e aumentarne la chiarezza espositiva, favorendo così l’accrescimento e la diffusione della conoscenza in modo democratico e paritario. Alla luce di queste considerazioni il lavoro di ricerca, che si colloca nell’ambito del design della comunicazione in relazione alle tecnologie dell’informazione e della comunicazione (ICT), si pone come obiettivo quello di dimostrare che l’accessibilità non solo rappresenta un valore contemporaneo necessario per garantire un equo accesso alle informazioni da parte di tutti, ma è uno strumento a supporto di strategie progettuali e comunicative finalizzate alla espansione della conoscenza collettiva. L’obiettivo specifico della tesi è quello di consentire agli archivi universitari di diventare più comunicativi e collaborativi in un sistema di conoscenza democratica e accessibile attraverso lo studio e l’analisi comparativa di modelli digitali già esistenti. Per conseguire questo scopo, la ricerca fornisce inizialmente una panoramica rispetto al ruolo che ricopre l’accessibilità nel contesto del digitale e l’importanza che essa riveste nella diffusione di contenuti sia di natura testuale che multimediale illustrando inoltre i benefici della sua applicazione nell’ambito del design. La seconda parte del lavoro si concentra sulla funzione degli archivi, quali luoghi di conoscenza e fruizione del sapere, fornendo un quadro rispetto ai benefici che la digitalizzazione ha portato in termini di velocità e facilità di accesso ai contenuti depositati, semplificando i meccanismi di ricerca dei dati e riducendo il rischio di perdita degli stessi. Come casi studio, sono stati presi in esame due tipologie di archivio, nello specifico, gli archivi digitali istituzionali universitari e gli archivi di progetto, sviluppati sia da fondazioni culturali, sia da singoli autori. Nel primo caso, attraverso uno studio di tipo comparativo di quattro archivi istituzionali universitari italiani, è stata svolta un’analisi in merito sia all’architettura della navigazione dei portali sia sugli aspetti inerenti all’accessibilità degli stessi con l’obiettivo di estrapolare informazioni utili in merito a differenze e somiglianze tra i casi studio analizzati. La stessa analisi è stata svolta, in un secondo momento, su quattro archivi nazionali ed internazionali dedicati alla raccolta e divulgazione di progetti. Il motivo di tale scelta risiede nel fatto che i primi, presentando delle strutture standardizzate il cui obiettivo è quello di fornire al visitatore informazioni sintetiche e di tipo prevalentemente testuale, non garantiscono di per sé una fruizione dei contenuti tipici di una tesi progettuale il cui contributo scientifico e culturale risiede anche nello sviluppo di elementi di tipo multimediale. Per questo fatto, è stato utile prendere in considerazione anche la seconda tipologia di archivi in quanto, questi ultimi, forniscono maggior risalto alla narrazione progettuale. A seguito dell’analisi condotta, la ricerca ha definito quelle che sono le componenti necessarie per rendere maggiormente accessibile l’enorme patrimonio culturale presente all’interno di questi database, tenendo in considerazione le peculiarità correlate all’accessibilità e fornendo, come output della ricerca, delle indicazioni in merito all’organizzazione delle informazioni presenti negli archivi istituzionali con un focus dedicato anche agli elaborati di carattere progettuale, la cui peculiarità risiede nello sviluppo e realizzazione di elementi multimediali.

Gesetzliche Vorschriften verlangen bei Konstruktion und Inverkehrbringen von Maschinen die Beachtung einer wachsenden Anzahl von Normen und Richtlinien. Zunehmend spielt ebenso die Einhaltung ergonomischer Standards sowohl für den Gesetzgeber als auch für die Kunden eine immer wichtigere Rolle. Die Umsetzung dieser Forderungen gestaltet sich für Konstrukteure durch die Vielzahl von Vorschriften in unterschiedlichsten Quellen schwierig, insbesondere in kleinen und mittelständischen Unternehmen. Die ergonomiegerechte Konstruktion von Maschinen wird in Zukunft, unabhängig von der Unternehmens- und Auftragsgröße, ein wichtiger Erfolgsfaktor für die Wettbewerbsfähigkeit jedes Unternehmens im Maschinenbau sein. Konstrukteure stehen insbesondere vor der Aufgabe, Gesundheitsrisiken für das Bedienpersonal frühzeitig zu erkennen, Belastungssituationen abzuschätzen, ergonomische Problembereiche zu identifizieren und mit geeigneten konzeptuellen Lösungen zu begegnen. Dafür spielen Ergonomiebewertungen innerhalb von Risikoanalysen eine entscheidende Rolle. Ergonomiegerecht konstruierte Maschinen bieten marktrelevante Vorteile für den Hersteller. Neben der Reduzierung von Folgekosten durch Nachrüsten, Service und Support spielt die erhöhte Kundenzufriedenheit eine wichtige Rolle.

La tesi tratta la progettazione di un possibile archivio digitale, e si è naturalmente evoluta all’interno di quelle che sono le più vaste aree semantiche legate alle Humanities ed in particolare alla conservazione di beni culturali. La ricerca, dopo una appropriata analisi, si è scostata dalla tradizionale metodologia progettuale per la costruzione degli archivi, puntando piuttosto verso un metodo innovativo che potesse permettere di rispondere in maniera preventiva alla richiesta di archiviazione, conservazione, tutela, accesso e fruizione di quegli artefatti prodotti dalla cultura contemporanea, ormai incentrata sugli ambienti digitali. In questo senso i progettisti, nel loro gestire questi artefatti per permetterne la conservazione e diffusione, divengono manipolatori della conoscenza e della memoria contemporanea. Questa responsabilità, intrinseca nei processi di archiviazione, implica per i designer il compito di assicurarsi che l’oggetto della conservazione non solo venga tutelato rispetto alla obsolescenza programmata dei software e dei dispositivi elettronici, ma soprattutto, che possa essere fruito in maniera corretta, cioè quanto più esente, per quanto possibile, da influenze manipolatorie. In merito si sottolinea come, grazie all’analisi della letteratura scientifica e dello stato dell’arte di riferimento, si sia cercato di evidenziare come la realizzazione di luoghi virtuali di memoria sia diventato un aspetto centrale della cultura del progetto, vista la sempre più rapida conversione del patrimonio culturale contemporaneo al mondo digitale. Infatti la necessità di digitalizzare gli artefatti non si limita oggi alla sola conservazione del passato, ma si focalizza sul patrimonio contemporaneo stante la sua stessa natura nativa digitale. Inseriti nel campo di ricerca delle Digital Humanities, i diversi progetti avviati in questo contesto includono le attività inerenti lo studio, la ricerca e la divulgazione delle discipline umanistiche, per le quali vengono adottate tecniche e ambienti digitali. Questi progetti dimostrano come la progettazione di sistemi informatici per la costruzione di database enciclopedici (Hockey, 2007), fanno sempre più uso di espedienti profondamente legati ai metodi e alle tecniche della visualizzazione dei dati e dell’information design, per il loro offrire la possibilità di realizzare ambienti di indagine interattivi, la cui esplorazione, permette una innovativa modalità di accesso alla conoscenza. Vista, dunque, la peculiarità delle tematiche trattate, la ricerca, che si articola a partire dalla definizione dell’idea progettuale per poi procedere con l’analisi teorica e metodologica dell’ambito di riferimento, nonché dei casi studio, ha tra gli obiettivi fondamentali quello di andare a individuare una possibile metodologia, nonché identificare i possibili strumenti necessari per la costruzione di archivi digitali, luogo destinato ad essere l’unica memoria del futuro per la conservazione di un patrimonio di conoscenza che nasce digitale. Questo obiettivo è stato perseguito tramite la realizzazione di un archivio-prototipo, che ha visto l’impiego dei metodi e degli strumenti più propri del design delle interfacce, dell’information design, della visualizzazione dei dati, nonché del visual design.

Um effektiv auf neue Marktgegebenheiten reagieren zu können, versuchen Industrieunternehmen ihre internen Geschäftsabläufe schlank und effizient zu halten. Dies stößt jedoch an Grenzen, wenn tradierte Unternehmens-IT im Zuge der digitalen Transformation mit neuen Geschäfts- und Bedienfähigkeiten ausgestattet werden soll. Die Integration von Systemen und Daten sowie die prozessuale Steuerung einer sich neu ordnenden IT-Landschaft verlangt nach neuen Konzepten, die die Besonderheit von kooperativen Wertschöpfungsprozessen berücksichtigen. Der Beitrag stellt die Anwendung der Action Design Research für die Konzeption, Entwicklung, Einführung und Auswertung einer IT-Applikation innerhalb eines Anwendungsfalls der Montageplanung der Automobilproduktion heraus. Dazu wird der Ansatz der Conversational Workflows, ein für die Zusammenarbeit in wissensintensiven, kooperativen Industrieprozessen entwickelter Applikationsaufbau, zur Lösung der Problemstellung herangezogen. Mit Hilfe eines auf den Anwendungsfall angepassten Ablaufs der Action Design Research werden in zwei partizipativen ADR-Zyklen sowohl eine MVP-Version als auch eine produktive Variante einer Web-Applikation für die Materialmodulbereitstellung entwickelt und im Praxissystem erlebbar gemacht. Im Ergebnis konnte sich das Konzept der Conversational Workflows als geeignet herausstellen und lässt zusätzlich Raum für kontinuierliche Weiterentwicklungen. Auf methodischer Seite hat sich gezeigt, dass eine Ergänzung der konzeptionellen ADR-Phasen um Design Thinking zu einer verbesserten Artefaktentwicklung beitragen kann.

Digital circuits designed today are almost exclusively clocked. As designs grow in size it becomes harder to effectively distribute the various clock signals over the circuit. The clock is also a big contribution to the power consumption of a circuit. Some work is being done to provide alternatives to standard synchronous design. One of these alternatives is the Balsa system.Several versions of an asynchronous module for controlling the startup process of a microcontroller was made in Balsa and compared to a standard synchronous implementation. Area estimates for the best asynchronous implementation gives a number that is a factor of over four larger than for the synchronous implementation. The asynchronous implementation has other advantages though. It has no dynamic power consumption when it is in a stable state. Additionally it can operate closer to the sub-threshold area.The asynchronous implementations have been tested and found working in active HDL. Balsa generated verilog netlists in a 350 nm library from the balsa language description. Design Compiler from Synopsys was used to get the area estimates. The asynchronous implementations shows potential, especially with regards to reduced power consumption.

La tecnica acustica di verifica sperimentale del range di protoni (ionoacustica) si basa sul rilevamento del debole segnale termoacustico emesso dalla rapida deposizione di energia che avviene alla fine range del fascio, in corrispondenza del picco di Bragg. In questo contesto, questa tesi presenta le principali caratteristiche della strumentazione microelettronica utilizzata per i Proton Sound Detector introducendo specifiche tecniche di progettazione fortemente orientate sia alla massimizzazione del Rapporto Segnale Rumore SNR (a livello di sensore acustico) che minimizzazione della figura di rumore (a livello di amplificatore analogico). La prima parte di questa tesi tratta delle sfide strumentali relative agli esperimenti ionoacustici fornendo dettagli tecnici specifici riguardanti sia la progettazione del sensore acustico (ovvero come costruire il sensore massimizzando l'SNR) sia il design dell'amplificatore a basso rumore (LNA). Verranno presentati i risultati sperimentali di un primo esperimento effettuato presso il Laboratorio Maier-Leibniz di Garching, Monaco, con un fascio di protoni a 20 MeV (scenario preclinico) e verrà mostrato come una progettazione elettronica dedicata a segnali misti permetta di migliorare significativamente il rapporto segnale-rumore e l'accuratezza della localizzazione del picco di Bragg di 6 dB. In questo contesto, questo primo sviluppo del rivelatore raggiunge due importanti obiettivi: il miglioramento dell'SNR a parità di dose e una forte semplificazione della strumentazione del rivelatore rispetto allo stato dell'arte, consentendo una maggiore precisione della misurazione dell'impulso acustico, e allo stesso tempo incrementando la portabilità e la compattezza del dispositivo. Nelle applicazioni cliniche di adroterapia, l'energia del fascio (da 65 MeV fino a 200 MeV) e la dose vengono scelte in funzione dello specifico scenario clinico. Ciò comporta segnali acustici di ampiezza e larghezza di banda diverse, costringendo l’adozione di soluzioni tecnologiche avanzate in grado di gestire un ampio spettro di segnali in termini di larghezza di banda, ampiezza e rumore. Per questo motivo, la seconda parte di questa tesi propone un modello Matlab efficiente e innovativo del fenomeno fisico ionoacustico, che condensa in un unico sistema lineare tempo invariante tutti i processi di conversione dell'energia coinvolti. Il modello ionoacustico proposto sostituisce i complessi strumenti di simulazione classici (usati per caratterizzare il segnale acustico indotto dal fascio di protoni) e facilita lo sviluppo di rivelatori dedicati fornendo una descrizione precisa del segnale acustico nei diversi scenari. Infine, verrà presentato il progetto di una seconda versione del Proton Sound Detector che introduce il concetto di media nel dominio dello spazio (invece della media nel dominio del tempo, basata sull’elaborazione di più shot del fascio che comporta una significativa extra-dose). Questo rilevatore utilizza un sensore multicanale per eseguire una media spaziale dei segnali acquisiti e aumentare l'SNR di 18 dB a parità di dose rispetto al classico approccio monocanale. Questo approccio tuttavia richiede lo sviluppo di elettronica altamente miniaturizzata che non può essere implementata con componenti standard su circuiti stampati. Viene quindi presentato il progetto e la caratterizzazione di un front-end analogico multicanale implementato su un Application-Specified-Integrated-Circuit (ASIC) in tecnologia CMOS 28 nm che permette di elaborare in parallelo tutti i 64 canali del sensore acustico. Questo High-Resolution Proton Sound Detector (HR-ProSD) è completato da un circuito digitale dedicato implementato su FPGA (Field Programmable Gate Array) che consente di mappare in tempo reale e 2D la deposizione di dose nello spazio.
Acoustic proton range experimental verification technique (iono-acoustics) is based on sensing the weak thermoacoustic signal emitted by the fast energy deposition (and/or the heating process) at the end of the beam range (Bragg Peak). In this context, this thesis presents the main characteristics of the micro-electronics instrumentation used for proton sound detectors introducing specific design techniques strongly oriented to both maximization of the acoustic Signal-to-Noise-Ratio (at the Acoustic Sensor level) and Noise-Figure minimization (at analog amplifier level). The first part of this thesis addresses all the instrumentation challenges related to iono-acoustic experiments providing specific technical details regarding both acoustic sensor design (i.e. how to build the sensor while maximizing the SNR) and the LNA design. The experimental results of a first experiment carried out at Maier-Leibniz Laboratory in Garching, Munich, with a proton beam at 20 MeV (sub-clinical energy) will be presented and it will be shown how a dedicated mixed-signal electronics design allows to significantly improve the signal-to-noise ratio and the accuracy of the BP localization by 6 dB. In this context, this first detector development achieves two important objectives: the improvement of the acoustic SNR and a strong simplification of the detector instrumentation w.r.t. state-of-the-art, enabling increasing accuracy of the acoustic pulse measurement, and at the same time the portability and compactness of the device. In clinical hadron-therapy applications, variable beam energy (from 65 MeV up to 200 MeV) and variable doses are used as a function of the selected medical treatment. This induces different acoustic pulses amplitude and bandwidth, forcing advanced technological solutions capable of handling a wide spectrum of signals in terms of bandwidth, amplitude, and noise. For this reason, the second part of this thesis proposes an efficient and innovative Matlab Model of the ionoacoustic physical phenomenon, based on englobing in a single mathematical Linear-Time-Invariant-System all energy conversion processes involved in iono-acoustics. The proposed ionoacoustics model replaces classical and complex simulation tools (used to characterize the proton induced acoustic signal) and facilitates the development of dedicated detectors. Finally, the design of a second version of the Proton Sound Detector will be presented that introduces the concept of space-domain averaging (instead of time-domain averaging based on multiple beam shot processing for noise attenuation and thus extra-doses). This detector uses a multi-channel sensor to perform a spatial average of the acquired signals and increase the SNR by 18 dB at the same dose compared to the classic single channel approach. This approach however requires the development of highly miniaturized electronics that cannot be implemented with off-the-shelf components on Printed Circuit Boards. The design and characterization of a multichannel analog front-end implemented on a CMOS 28 nm Application-Specified-Integrated-Circuit (ASIC) which allows to process the 64 channels of the acoustic sensor in parallel is then presented. This High-Resolution Proton Sound Detector (HR-ProSD) is completed by digital circuits implemented on Field Programmable Gate Array (FPGA) that allow to locate in real time the deposition of energy in space.

Oggi anche le piccole realtà museali sono chiamate a uscire dai propri confini per guardare oltre, sviluppare nuove attività per accrescere il proprio network di riferimento e stringere solide alleanze anche all’esterno. Il presente percorso di ricerca si pone nella prospettiva di valorizzare il patrimonio culturale immateriale di una piccola realtà museale attraverso il supporto delle tecnologie. La sede selezionata come caso specifico di studio è il Museu do brinquedo da Ilha de Santa Catarina, situato nel campus dell’Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC), in Brasile. Tale museo rappresenta il caso di studio pilota per la creazione di un modello interattivo e digitale di fruizione museale attraverso l’utilizzo di piattaforme open source, con l’obiettivo di ampliare la portata di pubblico dei piccoli musei, che costituiscono la maggioranza del patrimonio culturale a livello mondiale, oltre a promuovere pratiche inclusive delle minoranze etniche, come gli Indios dello stato di Santa Catarina. Lo studio realizzato, mira a ricercare le caratteristiche antropologiche principali e i costumi delle culture indigene dello stato di Santa Caterina e permette di tracciare un cammino attraverso il mondo dell’infanzia espresso nell´immaginario del gioco. Il progetto ha previsto la realizzazione di una esposizione fotografica sui giochi tradizionali all’interno delle tribù Xokleng dello stato di Santa Catarina, tenutasi presso il rettorato del Campus della UFSC. A tale esposizione è stato affiancato un percorso virtuale, offerto ai visitatori tramite una piattaforma digitale e coadiuvato dall’utilizzo di QR code, che hanno arricchito l’esperienza di visita espositiva. Il percorso didattico-digitale proposto mira a garantire il rispetto, l'accesso e il riconoscimento a differenti concezioni di educazione, museo, infanzia e diversità socio-culturale.
Today even small museums are called to go beyond their borders, developing new activities to increase their reference network and make solid alliances also outside. This research path is aimed at enhancing the intangible cultural heritage of a small museum through the support of technologies. The site selected as a specific case study is the Museu do brinquedo da Ilha de Santa Catarina, located on the campus of the Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC), in Brazil. This museum represents the pilot case study for the creation of an interactive and digital model through the use of open source platforms, with the aim of expanding the public of small museums, which constitute the majority of the cultural heritage worldwide, as well as promoting inclusive practices of ethnic minorities, such as the Indios of the Santa Catarina state. The study aims to research the main anthropological characteristics and customs of the indigenous cultures of the state of Santa Caterina and allows to trace a path through the world of childhood expressed in the imagination of the game. The project involved the creation of a photographic exhibition on traditional games within the Xokleng tribes of the state of Santa Catarina. A virtual path was added to this exhibition, offered to visitors through a digital platform and supported by the use of QR codes, which enriched the experience of the exhibition visit. The proposed didactic-digital design aims to guarantee respect, access and recognition to different conceptions of education, museum, childhood and socio-cultural diversity.

Three algorithms for video scaling were developed and tested in software, for implementation on an FPGA. Two of the algorithms were implemented in a video scaler system. These two algorithms scale up with factors 1.25 and 1.875, which is used for scaling SD WIDE to HD resolution and SD WIDE to FullHD resolution, respectively. An algorithm with scaling factor 1.5, scaling HD to FullHD, was also discussed, but not implemented. The video scaler was tested with a verilog testbench provided by ARM. When passing the testbench, the video scaler system was loaded on an FPGA. Results from the FPGA were compared with the software algorithms and the simulation results from the testbench. The video scaler implemented on the FPGA produced predictable results. Even though a fully functional video scaler was made, there were not time left to create the necessary software drivers and application software that would be needed to run the video scaler in real time with live video output. So a comparison of the output from the implemented algorithms is performed with common scaling algorithms used in video scalers, such as bilinear interpolation and bicubic interpolation. This thesis also deal with graphics scaling. Some well-known algorithms for graphic scaling were written in software, including a self-made algorithm to suit hardware. These algorithms were not implemented in hardware, but comparison of the results are performed.

La tesi analizza e approfondisce l’influenza delle tecnologie digitali nella danza contemporanea, domandandosi quali siano gli apporti del design dell’interazione in questo ambito. I cambiamenti subiti dalla danza negli ultimi anni, infatti, hanno dimostrato come il movimento del danzatore possa venire ricostruito e reinterpretato attraverso le tecnologie digitali. Si assiste alla produzione di artefatti e dispositivi digitali (CD, DVD, siti web, intelligenze artificiali) che hanno ampliato i confini della danza. Tali artefatti vengono qui definiti come dispositivi coreografici: non sono sostituti della danza dal vivo ma il prodotto di una pratica interdisciplinare e collaborativa che mira a visualizzare, comprendere e trasmettere il progetto coreografico. I casi studio scelti sono analizzati non tanto per la loro ricaduta estetica quanto per le modalità secondo cui sono progettati i supporti, enfatizzandone gli elementi di rottura (cap. 1). Attraverso un approccio speculativo che incorpora esperienze pratiche, analizzando i dispositivi e intervistando i protagonisti, e prospettive teoriche, avvalendosi di studi che hanno enfatizzato la collaborazione tra danza e design dell’interazione, emerge chiara l’idea che è il sistema collaborativo a dare forma al progetto, modellando il prodotto finito. Se i dispositivi coreografici sono il frutto di uno scambio di conoscenze tra professionalità diverse, vengono presi in considerazione i nuovi ruoli assunti dal danzatore e dal coreografo, in relazione alle tecnologie in uso (cap. 2). Viene così introdotta la figura del progettista dell’interazione, inteso come designer dramaturg attorno cui ruotano le continue negoziazioni tra dimensione corporea e possibilità tecnologiche. Vengono, dunque, astratti alcuni principi progettuali, tanto per comprendere l’idea di performatività in relazione alle tecnologie digitali, quanto per posizionare il designer dell’interazione nell’orizzonte delle pratiche performative contemporanee (cap. 3). Tale operazione permette di affermare che lo sviluppo dei dispositivi coreografici produce conoscenze che possono essere trasposte al di fuori del settore performativo. Il corpo viene riconosciuto non in quanto soggetto, ma materia della sperimentazione tecnologica: la pratica della danza diviene un luogo di collaborazione nel quale sperimentare e ripensare le interazioni con gli oggetti della vita quotidiana.

The NTNU Test Satellite (NUTS) project is aiming to launch a 10×10×20 cm nanosatellite by the year 2014. The goal is to design and develope a low cost satellite by exploring the use of commersially available components. This work will focus on the power system of the NUTS satellite, which consists of a power distribution system, the backplane, and a power condition system, the Electrical Power System (EPS).This thesis describes the design and evaluation of the EPS module, which is a critical part of the satellite, because without power the satellite will not be able to operate. The electrical power system of the satellite consists of the solar cells, batteries, and voltage converters. With limited power available, the main focus of the design has been to implement an efficient system with minimum losses in power conversions.The Electrical Power System (EPS) module has been designed with simplicity, reliability, and redundancy in mind. The designed is based on the requirements of a reliable power source, with the main goals of charging the batteries with power from the solar cells and regulate the battery voltage down to the requested voltages of the backplane. A charger is chosen for its abilities to provide efficient and safe charging by using proper strategies for efficient energy harvesting and charging. To accommodate the voltage request of the backplane, four fixed value regulators is chosen for the design. For power monitoring of the provided power from the solar cells and batteries, current monitor sensors are implemented after each charger circuit and the batteries. Based on the specification of the solar cells and the batteries a final design of the main functionalities has been provided and a prototype of the EPS module has been produced.The proposed solution offers a reliable and redundant system, where a loss of one charger or converter will not mean the end of the mission. The EPS module has been tested and evaluated, and displays good performance results in terms of charging the batteries and voltage regulation. The efficiency of the EPS chargers is found to be 95 %.

User-centered design processes are the first choice when new interactive systems or services are developed to address real customer needs and provide a good user experience. Common tools for collecting user research data, conducting brainstormings, or sketching ideas are whiteboards and sticky notes. They are ubiquitously available, and no technical or domain knowledge is necessary to use them. However, traditional pen and paper tools fall short when saving the content and sharing it with others unable to be in the same location. They are also missing further digital advantages such as searching or sorting content. Although research on digital whiteboard and sticky note applications has been conducted for over 20 years, these tools are not widely adopted in company contexts. While many research prototypes exist, they have not been used for an extended period of time in a real-world context. The goal of this thesis is to investigate what the enablers and obstacles for the adoption of digital whiteboard systems are. As an instrument for different studies, we developed the Tele-Board software system for collaborative creative work. Based on interviews, observations, and findings from former research, we tried to transfer the analog way of working to the digital world. Being a software system, Tele-Board can be used with a variety of hardware and does not depend on special devices. This feature became one of the main factors for adoption on a larger scale. In this thesis, I will present three studies on the use of Tele-Board with different user groups and foci. I will use a combination of research methods (laboratory case studies and data from field research) with the overall goal of finding out when a digital whiteboard system is used and in which cases not. Not surprisingly, the system is used and accepted if a user sees a main benefit that neither analog tools nor other applications can offer. However, I found that these perceived benefits are very different for each user and usage context. If a tool provides possibilities to use in different ways and with different equipment, the chances of its adoption by a larger group increase. Tele-Board has now been in use for over 1.5 years in a global IT company in at least five countries with a constantly growing user base. Its use, advantages, and disadvantages will be described based on 42 interviews and usage statistics from server logs. Through these insights and findings from laboratory case studies, I will present a detailed analysis of digital whiteboard use in different contexts with design implications for future systems.
Nutzerorientierte Gestaltungsprozesse werden angewandt, um zu gewährleisten, dass neue Software für Computer und Smartphones gebrauchstauglich ist und die tatsächlichen Bedürfnisse der Anwender adressiert. Dazu sollen potentielle Anwender befragt und beobachtet und darauf basierend Ideen und Entwürfe für die neue Software entwickelt werden. Um die Nutzerdaten und Ideen zu sammeln, sowie daraus Konzepte zu erarbeiten, werden häufig Whiteboards und Haftnotizen (Post-its) benutzt. Sie haben den Vorteil, dass sie weit verbreitet sind und keine speziellen Kenntnisse erfordern. Analoge Whiteboards sowie Stift und Papier haben allerdings auch den Nachteil, dass die Informationen nicht digital gespeichert und mit Personen an anderen Standorten geteilt werden können. Auch andere digitale Vorteile, wie z. B. Inhalte suchen und sortieren, sind nicht verfügbar. Obwohl es seit 20 Jahren Forschung zu digitalen Whiteboard-Anwendungen gibt, werden diese Systeme im Firmenumfeld kaum genutzt. Diverse Forschungsprototypen sind bisher weder im Langzeiteinsatz noch in Unternehmen ausreichend getestet worden. Ziel dieser Dissertation ist zu erforschen, welche Faktoren den Einsatz von digitalen Whiteboard-Systemen begünstigen und welche Faktoren eher hinderlich sind. Zu diesem Zweck haben wir das Tele-Board Software System für gemeinsames kreatives Arbeiten entwickelt. Basierend auf Interviews und Beobachtungen, sowie Erkenntnissen aus vorheriger Forschung, haben wir versucht, die analoge Arbeitsweise mit herkömmlichen Arbeitsmitteln in die digitale Welt zu übertragen. Tele-Board kann mit unterschiedlicher Hardware benutzt werden und ist nicht an spezielle Geräte gebunden. Diese Tatsache hat sich als Vorteil für den Einsatz der Software in größerem Umfang erwiesen. In dieser Arbeit präsentiere ich drei Studien zur Nutzung von Tele-Board von verschiedenen Anwendern in unterschiedlichen Umgebungen. Die Studien wurden sowohl unter kontrollierten Bedingungen, als auch im realen Arbeitsumfeld durchgeführt. Wie zu erwarten war, wird das System besonders dann angenommen, wenn die Anwender Vorteile sehen, die sie mit analogen Arbeitsmitteln und anderer Software nicht haben. Allerdings unterscheiden sich die empfundenen Vorteile je nach Anwender und Nutzungskontext. Daher steigen die Chancen auf eine Verbreitung der Software, wenn sie verschiedene Anwendungsfälle und unterschiedliches Equipment unterstützt. Tele-Board ist mittlerweile seit 1,5 Jahren in einer global agierenden IT-Firma in mindestens fünf Ländern mit konstant steigenden Nutzerzahlen im Einsatz. Auf der Basis von 42 Interviews und Nutzungsstatistiken vom Server wird beschrieben, auf welche Art und Weise das System angewandt wird und welche Vor- und Nachteile es hat. Aus diesen Erkenntnissen sowie anderen Studien, präsentiere ich eine detaillierte Analyse der Nutzung von digitalen Whiteboards und gebe Empfehlungen für die Entwicklung zukünftiger Systeme.

Lo scenario contemporaneo di sviluppo dei sistemi comunicativi, caratterizzato da un continuo scambio tra chi realizza l’informazione e chi ne fruisce, necessita di una maggiore attenzione alla creazione di contenuti che possano essere compresi e accessibili a tutte le categorie di individui; A11Y Learning System for Communication Design si posiziona in questo scenario come risultato dell’applicazione delle metodologie di Service Design alla progettazione di una piattaforma partecipativa a sostegno della comunicazione inclusiva, come sistema di valorizzazione del tema dell’accessibilità delle informazioni. Il servizio si basa su un processo creativo-accessibile composto da una fase di scoperta, una fase progettuale e una fase conclusiva di partecipazione, in modo che si attui la nascita di una community attorno al sistema, assumendo la caratteristica di un progetto di design sociale, inteso come creazione di una rete di condivisione che sia implementata e migliorata dagli stessi individui che ne entrano a far parte. Il progetto è il risultato di un percorso di ricerca composto da tre fasi principali: l'analisi del contesto sociale e storiografico in cui il tema dell'accessibilità si è sviluppato, evidenziando la relazione con le metodologie del design e l'approccio collaborativo, una fase di ricerca sui bisogni dell'utente per individuare gli obiettivi progettuali e lo sviluppo del servizio, descrivendo la sua organizzazione e come avviene l'interazione tra gli stakeholder del sistema attraverso la piattaforma abilitante. A conclusione del processo, è stata svolta un'analisi su possibili scenari di sviluppo futuri di questo servizio, in termini di diffusione e scalabilità.

The Mandelbrot set, shown on the front page of this report, is perhaps themost well-known example of a fractal. Fractals is a certain familyof shapes with a very distinctive, interesting shape. The term was coined byBenoit B. Mandelbrot, for whom the Mandelbrot set is named after. The Mandelbrotset and other fractals are traditionally used for aesthetic purposes, such as inart, clothing, computer games, etc. However, there are also several practicalapplications for fractals, such as image compression.The Mandelbrot set is infinitely complex, making it desirable togenerate images of arbitrary sections of the set. Several software programs thatgenerate such images exists, but due to the computationally expensive nature ofthis task, these implementations are typically very slow, even on moderncomputers. However, the problem can be shown to be highly parallelizable,suggesting that a hardware implementation of such as generator should be able togenerate smooth real-time zoom animations, unlike existing softwareimplementations.A hardware fractal generator for the Mandelbrot set has been designed andimplemented in Verilog-2001. The design is very scalable, having a parameterspecifying the number of fractal point generators (cores) the synthesistool should implement. Furthermore, it is designed so that the floating pointunits in the cores are utilized nearly 100% of the time under normal operation.The design was tested on a Xilinx Virtex-6 FPGA with up to 16 cores, and it wasshown that the design was faster than a reference software solution running on adesktop computer when the number of cores was set to 2 or more.Additionally, a simplified Mandelbrot set algorithm is proposed and studiedexperimentally. In the simplified algorithm, the break condition in the algorithmloop is (|z_re| > 2) || (|z_im| > 2) as opposed to the standard |z| > 2.The images produced using the simplified algorithm was judged to be nearlyindistinguishable from those produced with the standard algorithm, and thereforepreferred as it is easier to implement.Finally some future work is proposed. The integration of the fractal generatorwith the Mali-400 GPU originally planned as part of this thesis is left asfuture work. It is also suggested to consider designing a custom fixed-pointformat for use internally in the fractal generator, as the standardbinary32 floating-point format (FP32) is shown to be badly suited forthis application.

Bei einer altersgerechten Arbeitsgestaltung mittels digitaler Menschmodelle (DMM) sind die altersbedingten Veränderungen der menschlichen Leistungsfähigkeit zu berücksichtigen. Altersbedingte Veränderungen wie bspw. der Beweglichkeit sind aktuell nur rudimentär bei der virtuellen Arbeitsprozessgestaltung abbildbar. Deshalb wird im Beitrag ein Konzept zur Integration von Altersfaktoren in DMM vorgestellt. Dem User-Centered-Design Prozess folgend, werden die einzelnen Schritte zur Integration von Altersfaktoren am Beispiel der Beweglichkeit dargestellt. Dazu werden die erhobenen Nutzeranforderungen und die Darstellung der nutzerorientierten Konfiguration der Altersfaktoren im DMM dargestellt. Im Ergebnis wird gezeigt, wie altersbedingte Veränderungen der menschlichen Leistungsfähigkeit in DMM nutzer-orientiert eingebunden werden können. Dem Nutzer soll damit perspektivisch eine effektive und effiziente altersgerechte Gestaltung in DMM mittels akkurater, relevanter Daten sowie geeigneter Unterstützung ermöglicht werden.

In this master thesis there has been implemented an embedded demonstrator for video presentation and manipulation, based on the specification presented in the project thesis written last semester. The demonstrator was created with the intention of being used by Department of Electronics and Telecommunication in situations where the department needed good examples of electronic systems. These systems can be used to motivate, educate and possibly recruit new students. By combining the use of video as a motivational medium with a practical approach to the theory, the demonstrator is designed to emphasize the importance of hardware/software codesign in electronic systems. The demonstrator is designed with a combination of dedicated hardware modules and the Nios II/f embedded soft processor from Altera. Video is processed in both hardware and software to demonstrate the difference in obtainable video quality. A measured frame rate of 25 fps in hardware and less than 1 fps in software is considered to be a good demonstration of the difference in processing power. An additional color processing demonstration is also created to visually demonstrate the performance differences when processing colors using software versus using custom floating-point instructions. It is concluded that an average performance increase of 300% is archived when using custom instructions, which is concidered to be noticeable visually. A poster with the necessary theory, usage guidelines and results has been created to support the demonstration together with a plan of how the demonstration should be performed based on the age and educational background of the observer.The embedded demonstrator was implemented using the Altera DE2 platform in combination with the TRDB D5M camera and hardware description from Terasic.

Demonstration of embedded systems is a good way to motivate and recruit students to a future career in electronics. For Department of Electronics and Telecommunication at the Norwegian University of Science and Technology (NTNU), it is thus desirable to have an embedded demonstrator that gives the pupils an insight in what is actually possible when studying electronics at the university, a system that the department may present at different occasions. A good embedded demonstrator provides an interesting presentation of one or more topics related to electronics, and should be presented together with relevant theory in order to provide a level of education to the user.This report covers the implementation of an embedded demonstrator for audio manipulation on Altera's DE2 development and education board. The system is specified to demonstrate signal processing subjects like sampling and filtering through manipulation of analog audio signals. The main modules in the system are the Cyclone II 2C35 FPGA from Altera, running a Nios II soft-CPU, and a Wolfson WM8731 audio-codec. The specification of their operation is made with background in pedagogics theory in order to make the most interesting demonstration. To realize this specification, the system incorporates several design features for both activation and motivation of the user.The audio manipulator provides possibilities for comparison between different sample rates and filter characteristics in real-time operation. This makes the system well suited for practical demonstration of signal processing theory. Due to the presentation of perceivable results, in addition to the implementation of a user interface for interaction, the implemented audio demonstrator is considered to be a well suited platform for demonstration of topics related to electronics.

Embedded systems are ideal as electronic demonstrators because they provides the designer with wide possibilities for optimization through codesign. In many situations, like school visits at the Norwegian University of Science and Technology (NTNU), ”Forskningstorget” and ”Elektronikk- & Telekommunikasjonsdagen”, it is desirable for the Department of Electronics and Telecommunication to both motivate and recruit new students to a future career in electronics. Thus, a demonstrator with an interesting presentation may give students an insight in what is possible when studying electronics at NTNU, in addition to a good examples of an electronic system. A good demonstrator for the department include one or more electronic topics and presents the relevant theory in different educational levelsThis master thesis includes the implementation of an embedded system used for demonstrating basic electronics. The Embedded System for Electronic Circuit Education is a platform for easy implementation of several scenarios with different topics within electronics. The system is designed with respect to a pedagogical view, and is implemented on both the Altera DE2 and the Atmel AVR STK600. In addition the embedded demonstrator includes a monitor for user interface and demonstration materiel. The main modules in the demonstrator is the Cyclone II 2C35 FPGA and the AVR AT90USB1287 microcontroller used to control the system behavior and the user interface. The demonstrator already includes two example scenarios, namely the ”Automatic Adjustment of Light” and ”How to Count in Binary, Hexadecimal and Decimal” with the topics Electronic Components and Numerical Systems respectively.With both existing and future scenarios, the embedded demonstrator has the possibility to both motivate and activate students with an interactive interface. In addition, the demonstrator may individualize educational levels to the different target groups with the demonstration material displayed on the monitor. Thus, the Embedded System for Electronic Circuit Education is a well suited demonstrator to recruit and motivate students to a future carrier in electronics.

This report aims to provide a complete specification of an IEEE-754 1985 compliantdesign, as well as a working, synthesizable implementation in Verilog HDL. Thereport is based on a preliminary project, which analyzed the IEEE-754 standardand suggested a set of algorithms suitable for a compact realization.Through traditional methods of both algorithmic analysis and dataanalysis,requirements of functional units are derived, and operations are scheduled.A set of functional simulations assert the correctness of the design, while areaand performance analysis provides information on the speedup gained, versus thehardware cost.Finally, the results obtained are compared to existing implementations, bothhardware and software.

When using CMOS technology for image sensors, there is a possibility that any givenpixel is defective and will thus produce a value that does not correlate to the amount oflight it was subject to. As such, the processing unit will calculate a value that diersfrom the value produced if the transistor was working correctly. Having a pixel with adefective value can manifest itself as a light spot or a dark spot depending on whether thetransistor for that pixel is on or o. In some areas where the value of the defective pixeldoes not dier greatly from its neighbors, the image will not appear as degraded in theeyes of the viewer as if the defective value was in great contrast to its surroundings.Theability to compensate for the defective pixels with an algorithm will result in a morerobust device that is not required to function perfectly in order to produce an image. Italso translates into prot as a company can sell image sensors that would otherwise havebeen discarded by testing procedures.This report is organized with chapter 1 providing the introduction to the assignment interms of the nature of defective pixels and also creating a context with explanation asto why it is an important aspect of manufacturing image sensors .Chapter 2 describesthe development board that is utilized and how an embedded system can utilize a vhdlperipheral. It also shows what components will go into making an embedded system withthe required functionality. The theory behind components and techniques used in thisproject is in chapter 3. The vhdl les to be added to a peripheral so that they can beaccessed by the cpu, and the architectures of the vhdl les and microblaze are placedin chapter 4. Chapter 5 contains the simulations of the input images with dierentnoise levels and threshold levels in addition to tests designed to determine the embeddedsystems functional ability.The vhdl les and the microblaze systems are synthesized withthe resulting numbers revealed in chapter 6. The tools used in this project are listedin chapter 7 with their version number. Chapter 8 contains discussions regarding theresults and techniques in this project. The concluding remarks and the further work forthe project are in chapter 9 and 10, respectively. A list of terms will explain abbreviationsused in this report.i

Denne oppgaven er stilt av Aptina Norway AS og tar for seg utviklingen av et FPGA-basert system for emulering av output fra en A/D-omformer i en CMOS-bildesensor.Dette systemet er ment a benyttes til verisering av RTL-design til CMOS-bildesensorprodukter. Emulatoren bruker en tilnrming til normalfordelingen for aemulere foton-, rad- og kolonnesty, og kan kjre pa frekvenser opp til 124:81 MHz.Dette gjr at emulatoren kan behandle 60 bilder i sekundet med full HD-opplsning. Systemet lar brukeren bestemme opplsning, stytyper og eventueltstandardavvikene til rad- og kolonnestyen ved oppstart. Hastigheten bestemmes avfrekvensen pa klokken som patrykkes. Simuleringene og testene som er utfrt viserat emulatoren gir et resultat som er visuelt likt reell foton-, rad- og kolonnesty,men styfordelingene er noe kunstige og kan forarsake uventede artifakter i bildene.

Programvaredefinert radio (SDR) er ein ny måte å implementere radiosystem på. Hovudtanken er at delar av radioen som tidlegare har vore implementert med låste analoge og digitale løysingar skal erstattast med programvare som køyrer på ein prosessor. Dette kan forbetre mellom anna fleksibilitet, tilpassingsdyktigheit og produksjonskostnadar.Denne oppgåva tek for seg ein DSP-arkitektur spesielt tilpassa lågeffekt modulasjon og demodulasjon av radiosignaler med lav kompleksitet. Bluetooth er vald som døme og demodulasjonsdelen av denne er analysert for å belyse kva krav ein slik applikasjon vil stille til ein digital signalprosessor.Gjennom denne analyse kjem det fram at ein del av applikasjonen, estimasjon av arcus tangens, bør akselererast for å oppnå optimal yting og effektforbruk. Dette blir realisert gjennom å introdusere ei CORDIC-eining i systemet. Denne er så satt i samanheng med resten av prosessorarkitekturen, og det er sett på korleis dette påverkar krava til arkitekturen.Det blir mellom anna konkludert med at DSP-en bør innehalde ein dedikert løkkehandterar samt ein cache for programminnet.

With the introduction of low-power wireless technologies, new applicationsin the healthcare, fitness and home entertainment markets emergethrough the use of ultra low-power sensors. These devices are designed torun for years on a single coin-cell battery.ANT and Bluetooth Low Energy are two low-power protocols that emergeas competitors in this market. The ability to combine these in a single systemnot only takes away the element of choice from the manufacturers, but alsoprovides compatibility between the two protocols. An ANT-enabled devicecan be coupled to a Bluetooth network, with the benefit of connecting tonon-ANT central devices, such as smartphones, tablets and laptops.In this thesis, the co-existence of these two protocols is discussed. Animplementation with two distinct radios for each protocol, controlled by asingle embedded microcontroller, is presented. The implementation is testedwith regards to packet loss with a simple test application. Test results showthat the obtained packet loss cannot be correlated to the co-existence of thetwo protocols.

This thesis presents a platform for a small student satellite. A backplanesolution with slots for 8 individual modules is proposed. The backplane providesthe modules with power and a common data bus, as well as mechanismsfor isolating modules from the rest of the system and a possibility of restoringmisbehaving modules. It has a power consumption of about 100mW.An on-board controller has been designed and tested. It consists of a32-bit MCU, a NAND flash memory for housekeeping logs, an SRAM memoryfor processing variables, an OTP memory for safe storage of modulefirmwares, USB interface and a wireless intra-satellite communication module.The on-board controller has the main responsibility for monitoring andpreserving the satellite’s health. The power consumption will be dependentof the final firmware, but a rough estimate is about 100mW.Also, an experimental wireless intra-satellite communication system isproposed. The system consists of a small wireless module, that will be integratedonto any module that is a part of the wireless network.

With Moore’s law exponentially increasing the number of transistors on inte-grated circuits, developers fail to keep up. This makes chip area an increasinglycheap resource. At the same time, researchers and developers are trying to findways to dynamically reconfigure FPGAs, preferably at run time, so as to in-crease the flexibility of hardware solutions, and close the gap between the speedof hardware and flexibility of software. A proposed way of solving both of theseissues at once is by using nondeterministic finite-state machines as a fundamen-tal unit of design. This could provide great flexibility and dynamic hardwaresolutions, but before this can be known for sure, a system like this would needto be simulated. This paper documents the planning and development of a Sys-temC library that creates nondeterministic finite-state machines from regularexpressions, and a special regular expression syntax designed for this specificapplication. The paper can also be used as a reference for the inner workingsof, and how to use, the library.

To find the solution to large dense systems have always been a very time consuming problem, this thesis tries to accelerate this problem by implementing an highly pipelined conjugate gradient method on an FPGA, it has been used to solve dense systems of linear equations and has been tested and compared to a software version of the algorithm. The FPGA where capable of utilizing 90 % of the available memory bandwidth, in addition it is shown that the FPGA implemented Conjugate Gradient Method can be 30x faster compared to a custom made Conjugate Gradient method in software.

HDMI is the de facto global standard for connecting HD components and bridging the gap between consumer electronics and personal computer products, making it a priority to develop efficient hand-held, battery-powered units that support the standard.This is a study into how to design a low power and high performance system that can transmit HDMI-signals to a valid HDMI-receiver. The main priority is to implement the TMDS part of a HDMI-transmitter, where parallel data is encoded and serialized at high frequencies. The theory chapters provides an orderly summary of the complex workings of the HDMI-standard, in addition to an introduction to high-performance digital circuit design. This is followed by a system specification chapter, which sets the constraints of the design and discusses the hardware requirements. The subsequent chapter first deals with the design of a straightforward, basic HDMI-transmitter, before moving on to an enhanced design process. The basic design is used as a base for discussions in regard to how effective the suggested enhancement techniques are. The improvements result in an enhanced design able to operate at 742,5 MHz and support High-Definition video at the impressive resolution of 1080p30. This is achieved by using a 180nm, low-leakage library, and the final design consists of approximately 24.000 unit-sized transistor equivalents, consuming approximately a total of 13,6 mW.

The Mandelbrot set is a well-known fractal with mathematical propertiesthat can be exploited to create 3D-landscapes. The operations required tocalculate a heightmap using the Mandelbrot set are highly parallelizableand is thus suitable for a hardware implementation. Generation of 3D-landscapes,on-the-y, using the Mandelbrot set is desirable since the Mandel-brot set is innitely complex[4] and deterministic. This makes possible thecreation of many dierent landscapes with complex patters in, for example,computer games.A previous master thesis[4] presents a vertex array generator(VAG) thatgenerates the vertices of a 3D-landscape based on an area of the Mandelbrotset. This thesis explores dierent architectures that connect this vertex arraygenerator with the Mali-400 graphics processing unit(GPU). The result isthat the VAG in its current state is not suitable for integration, mostly sinceit does not support random access to vertices. Thus, a new fractal generatorarchitecture is presented, reusing parts of the VAG.The new fractal generator is implemented in Verilog and its functionalityis veried using the Universal Verication Methodology(UVM). Then, thefractal generator is integrated with the Mali-400 GPU in an FPGA frame-work and synthesized on FPGA. Tests are also performed at each step ofintegration.An OpenGL for Embedded Systems 2.0 demo is written to showcase thefunctionality of the fractal generator. Changes have been made to the Mali-400 drivers to automatically congure and set-up the fractal generator whilethe demo is running.The fractal generator is shown to be working as intended with a scalableperformance based on a number of internal cores. Using 64 cores the fractalgenerator has a worst-case frame time of 51.1 ms at 400Mhz which equals aframe rate of 450 frames pr second, vastly outperforming a software imple-mentation.The fractal generator is currently limited to creating landscapes of 128x128points, the intention was to use the demo and driver to increase the resolutionbut this has not been solved.Increasing the resolution and optimizing the cache size of the fractal generatorhas been left for future work.

Ray tracing of sparse voxel octrees is a method of rendering images of 3D models, which could soon become practical for use in real time applications. This is desirable as ray tracing can produce very realistic visualizations, while voxel models can represent models with very fine geometric detail. For these reason the method has attracted significant attention in recent years, but no hardware solution has been published yet. This thesis presents a design of ray tracing of sparse voxel octrees in hardware. The objective is to show if it is sensible to implement the method in hardware, and if it could be integrated on modern GPUs alongside rasterization. To this end, the techniques used in existing software implementations of this method is reviewed, and an algorithm suitable for hardware implementation is presented. The problems of integrating the method with rasterization is explored, and the algorithm is analyzed and optimized to improve efficiency in hardware. A software implementation is presented, which supports the development of a hardware design. This design is implemented using the Verilog hardware description language, and it has been simulated and synthesized for an FPGA prototype. Multiple versions of the design has been synthesized and tested, and to evaluate the impact of design parameters the test results from these designs is presented. The thesis provides a comprehensive evaluation of the proposed design, and the results indicate that the algorithm is well suited for hardware implementation. Although real-time performance was not achieved, there are indications that further optimizations should allow real-time performance on the same platform, and that a full scale implementation on a modern GPU could probably allow ray tracing with a quality which is competitive with rasterization.

In this thesis, both synchronous and asynchronous methodologies is explored for implementing a capacitive touch digital detection filter circuit.Asynchronous methodologies promise characteristics such as lower power, higher area cost and lower emission than synchronous methodologies. The aim of this thesis is to show if this can be exploited for this application.The synchronous implementation is written in Verilog, and follows a standard synchronous design flow. The asynchronous implementation is written in Balsa, and follows a Balsa Asynchronous Synthesis System design flow.Both implementations have been synthesised to netlist.A simple clock tree was generated for the synchronous implementation.Both netlists was simulated with wire load models.Netlist simulation of the synchronous and the asynchronous implementation shows that the power consumption is similar for the two implementations, because the fixed sample rate of the capacitance measurement operation dominates over the filter operations.The overhead from the handshake logic results in double the area for the asynchronous implementation. The asynchronous implementation has lower emission because of the randomness of the power consumption from the handshake circuits when the circuit is not sampling, while the synchronous implementation has large frequency components with harmonics from both clock flanks, resulting in higher emissions. Thus, asynchronous methodologies do not automatically lead to low power consumption, but can lead to larger area cost and lower emission.In addtion, new approaches for interfacing an asynchronous circuit, described in Balsa, with an analog circuit, and implementing a variable speed sampler clock with a minimum fixed sample period has been found, but not implemented.

Dieser Beitrag beschreibt ein einfaches Vorgehen für das Sammeln, Dokumentieren und Strukturieren von unstrukturiertem, teilweise nur implizit vorhandenem Wissen über mögliche Konstruktionslösungen aus einem speziellen Anwendungsbereich. Dabei wird ein agiler, auf Wissensgraphen basierender Ansatz verfolgt. Kurzbeschreibungen von Konstruktionsprinzipien werden als Lösungsbausteine ungeordnet in einem digitalen Lösungsspeicher abgelegt und dann über Beziehungen miteinander verknüpft. Ergänzend werden Beziehungen der Bausteine zu Eigenschaften, Kategorien und weiteren Objekten definiert. Die Lösungsbausteine können in Umfang und Detaillierungsgrad variieren. Das Vorgehen unterscheidet sich vom tabellarischen Aufbau eines Konstruktionskatalogs, bei dem das zu dokumentierende Wissensgebiet komplett erschlossen und gemäß einem festen Ordnungsschema gegliedert sein muss. Die praktische Umsetzung des hier vorgestellten Vorgehens erfolgte in der Vorentwicklung für die Flugzeugstrukturkonstruktion, wo kontinuierlich neue Konstruktionslösungen erfunden und weiterentwickelt werden und eine digitale, einfach erstellbare und leicht erweiterbare Lösungssammlung als Nachschlagewerk und Inspirationsquelle benötigt wurde.

Aus der Einleitung: "In der Historie erforderte die komplette dreidimensionale Aufnahme eines Objektes mittels Streifenprojektion einen hohen Zeitaufwand aufgrund der Realisierung der zeitlichen Abfolge von Streifensequenzen mit analogen Mitteln, mehrere Sekunden sind der übliche Standard für eine 3D Aufnahme. Damit einher geht die Notwendigkeit des während der Aufnahmezeit ruhenden Objektes. Das bedeutet Einschränkungen für eine Vielzahl von Anwendungen insbesondere bei dynamischen Prozessen und lebenden Objekten. Neue Möglichkeiten eröffneten sich mit der Einführung digitaler Lichtmodulatoren."

Globally Asynchronous Locally Synchronous (GALS) Design ist eine Lösung zur Skalierbarkeit und Modularität für die SoC-Integration. Heutzutage ist GALS-Design weit in der Industrie angewendet. Die meisten GALS-Systeme basieren auf Dual-Clock-FIFOs für die Kommunikation Zwischen Taktdomänen. Um Leistungsverluste aufgrund der Synchronisationslatenzzeit zu vermindern, müssen die On-Chip-FIFOs ausreichend groß sein. Dies führt jedoch oft zu erheblichen Kosten-Hardware. Effiziente GALS- Lösungen sind daher vonnöten. Diese Arbeit berichtet unsere neuesten Fortschritte in GALS Design, das auf der Pausierenden Taktung basiert. Kritische Designthemen in Bezug auf Synchronisation-szuverlässigkeit bzw. Kommunikationsfähigkeit sind systematisch und analytisch un-tersucht. Ein lose gekoppeltes GALS Data-Link-Design wird vorgeschlagen. Es unter-stützt metastabilitätsfreie Synchronisation für Sub-Takt-Baum Verzögerungen. Außer-dem unterstützt es kontinuierliche Datenübertragung für High-Throughput-Kommuni-kation. Die Rosten hinsichtlich Energie verbrauch und Chipfläche sind marginal. GALS Design ist eingesetzt, um digitales On-Chip Umschaltrauschen zu verringern. Plesiochron Taktung mit balanciertem Leistungsverbrauch zwischen GALS Blöcken wird insbesondere untersucht. Für M Taktbereiche wird eine Reduzierung um 20lgM dB für die spektralen Spitzen des Versorgungsstroms bei der Takt-Grundfrequenz theoretisch hergcleitet. Im Vergleich zu den bestehenden synchronen Lösungen, geben diese Methode eine Alternative, um das digitale schaltrauschen effektiv zu senken. Schließlich wurde die entwickelte GALS Design Methodik schon bei reale Chip-Implementierungen angewendet. Zwei komplizierte industriell relevante Test-Chips, Lighthouse und Moonrake, wurden entworfen und mit State-Of-The-Art-Technologien hergestellt. Die experimentellen Ergebnisse bzw.
Globally asynchronous locally synchronous (GALS) design presents a solution of scalability and modularity to SoC integration. Today, it has been widely applied in the industry. Most of the GALS systems are based on dual-clock FIFOs for clock domain crossing. To avoid performance loss due to synchronization latency, the on-chip FIFOs need to be sufficiently large. This, however, often leads to considerable hardware costs. Efficient design solutions of GALS are therefore in great demand. This thesis reports our latest progress in GALS design bases on pausible clocking. Critical design issues on synchronization reliability and communication performance are studied systematically and analytically. A loosely-coupled GALS data-link design is proposed. It supports metastability-free synchronization for sub-cycle clock-tree delay, and accommodates continuous data transfer for high-throughput communication. Only marginal costs of power and silicon area are required. GALS design has been employed to cope with the on-chip digital switching noise in our work. Plesiochronous clocking with power-consumption balance between GALS blocks is in particular explored. Given M clock domains, a reduction of 20lgM dB on the spectral peaks of supply current at the fundamental clock frequency is theoretically derived. In comparison with the existing synchronous design solutions, it thus presents an alternative to effective attenuation of digital switching noise. The developed GALS design methodology has been applied to chip implementation. Two complicated industry-relevant test chips, named Lighthouse and Moonrake, were designed and fabricated using state-of-the-art technologies. The experimental results as well as the on-chip measurements are reported here in detail. We expect that, our work will contribute to the practical applications of GALS design based on pausible clocking in the industry.

Wir erleben durch die Ergebnisse der Digitalisierung eine Spaltung der Gesellschaft in Ausprägungen und Dimensionen wie Sie bisher nicht gekannt waren. Die Spaltung der Generationen, die Spaltung der Gestalter und der Bewahrer/Verwalter aber auch der Natur und der Geisteswissenschaften. Die Digitalisierung hat eine globale Durchdringung von Gesellschaft, Technik und Wirtschaft erreicht die uns noch vor wenigen Jahren als nicht vorstellbar erschien. Wobei die Möglichkeiten auch in vielen angrenzenden Wissensbereichen zu neuen Herausforderungen führen. Nebenbei bemerkt die CEBIT fand 2018 zum letzten Mal statt. Damit endet ein Streckenabschnitt der Digitalisierung. Der Nutzen der Computer ist erreicht sie sind ein Teil von Allem? [... aus der Einleitung]

Il presente lavoro di ricerca intende definire un metodo per la progettazione di percorsi museali esperienziali che adottino il “digitale” come strategia di audience development e in quanto modalità dinamica, inclusiva e partecipativa di dialogo con i pubblici. A partire dalle riflessioni maturate su questo settore da esperti di museologia e ICT, sono state delineate le fasi necessarie per una progettazione di esperienze digitali museali basata su obiettivi strategici, architettura dei contenuti e caratteristiche dei pubblici di riferimento e in grado di coinvolgere tanto la sfera cognitiva, quanto quella percettiva ed emotiva dei visitatori. L’articolazione per fasi proposta è stata sperimentata e definita attraverso la conduzione di casi studio relativi alla progettazione sia di nuovi percorsi museali esperienziali dedicati al patrimonio culturale immateriale (Experience museums), sia di singole esperienze digitali per musei di collezione già esistenti. Parte integrante di questo metodo per fasi è anche la valutazione in itinere ed ex post dell’efficacia di queste esperienze digitali in termini di usabilità, gradimento e di capacità di attrazione ed attenzione. In tal senso, il lavoro di ricerca ha previsto anche l’applicazione in diversi casi studio di tecniche riconosciute di formative evaluation (indagine osservante e test a scenario) e la sperimentazione di un nuovo sistema di monitoraggio automatico del comportamento dei visitatori basato su flussi video registrati da camere Rgb-D. Il precipitato finale di questa ricerca risiede nell’individuazione del ruolo e delle competenze del Digital Experience Manager, una nuova figura professionale incaricata di coordinare, gestire e mediare il metodo di progettazione e valutazione per fasi e di assicurare efficacia ed efficienza nei processi di applicazione del digitale nell’ambito degli allestimenti museali, obiettivo perseguito anche dal Mibact con il “Piano triennale per la digitalizzazione e l’innovazione dei musei”.
This research project aims at defining a method for designing experiential museum paths that adopt digital technologies as an audience development strategy and as a dynamic, inclusive and participatory way of dialogue with the public. Starting from the reflections made by museology and ICT experts in this field, the necessary steps for the design of digital museum experiences have been outlined, based on strategic objectives, content architecture and characteristics of the target audience and able to involve the cognitive, perceptive and emotional spheres of visitors. The proposed step-by-step approach was tested and defined by conducting case studies on the design of both new experiential museum paths dedicated to intangible cultural heritage (Experience museums) and individual digital experiences for existing collections. An integral part of this staged method is the simultaneous and ex-post evaluation of the effectiveness of the digital experiences in terms of usability, enjoyment and attractiveness. Regarding this aspect, the research also included the application in several case studies of recognised formative evaluation techniques (observing survey and scenario tests) and the testing of a new automatic monitoring system of visitors’ behaviour based on videos recorded by Rgb-D cameras. The outcome of this research is the identification of the role and competences of the Digital Experience Manager, a new professional figure in charge of coordinating, managing and mediating the method of planning and evaluation by phases and of ensuring effectiveness and efficiency in the processes of applying digital technology in museum settings, an objective also pursued by the Mibact with the "Three-year plan for the digitisation and innovation of museums".

Aus der Einleitung: "In der Historie erforderte die komplette dreidimensionale Aufnahme eines Objektes mittels Streifenprojektion einen hohen Zeitaufwand aufgrund der Realisierung der zeitlichen Abfolge von Streifensequenzen mit analogen Mitteln, mehrere Sekunden sind der übliche Standard für eine 3D Aufnahme. Damit einher geht die Notwendigkeit des während der Aufnahmezeit ruhenden Objektes. Das bedeutet Einschränkungen für eine Vielzahl von Anwendungen insbesondere bei dynamischen Prozessen und lebenden Objekten. Neue Möglichkeiten eröffneten sich mit der Einführung digitaler Lichtmodulatoren."

Today's wireless transceivers require reference signals to translate received and transmitted signals to their desired frequencies. Therefore, they need frequency synthesizers which are typically based on phase-locked-loops (PLLs). Communication standards like GSM or Bluetooth necessiate that the PLLs put out oscillations with high spectral purity and accuracy. Additionally, the oscillation frequency must be adjustable very accurately at low transient time to account for occasional carrier frequency changes. So called Sigma-Delta-fractional-N frequency synthesizers are often employed to fulfil these requirements. However, the number and the locations of the poles of the control loop and hence the loop filter must be chosen properly. Unity gain frequency and phase margin have to be considered as well as the stringent frequency accuracy and the detailed origin of the spurious emissions. The design methodology proposed in this work is based on numerical optimization techniques, a high number of control loop poles and the use of Gm-C-biquads as loop filter building blocks.

La ricerca propone una riflessione sull’architettura contemporanea in funzione del ruolo sempre più preponderante che le tecnologie digitali hanno assunto all’interno del processo progettuale. L'introduzione dei computer nel panorama dell'architettura ha prodotto una rivoluzione nei metodi e nei processi progettuali che contribuiscono alla generazione della forma architettonica. Si è osservato che l'uso pervasivo dei software ha contribuito a modificare sostanzialmente il linguaggio architettonico. Obiettivo della tesi è capire in che modo l'espressività dell'architettura si è modificata e si sta modificando, quanto pervasivo sia l'uso del computer e quali possano essere gli sviluppi futuri. La ricerca è stata condotta attraverso un'analisi di 60 casi di studio scelti tra architetture di riconosciuta qualità, realizzati negli ultimi quindici anni e in cui l'influsso degli strumenti digitali sia fortemente evidente. I casi di studio sono stati studiati e classificati secondo una struttura teorica, composta da diverse categorie e parametri, che consente di analizzare aspetti singoli e generali. I risultati suggeriscono che una nuova era sta arrivando: il punto di partenza concettuale degli architetti nasce spesso nello spazio digitale, sfruttando le aumentate capacità di rappresentazione nel controllare e manipolare le forme. A partire da un'interpretazione critica dei risultati, si definiscono alcune tendenze trasversali in cui è possibile classificare l'architettura contemporanea digitale.
The research concerns the field of the contemporary architecture evolution related to the increasingly massive use of digital technologies in the design process. The introduction of computers in architecture has produced a real revolution in design methods and processes, which contribute to the generation of architectural shape. It was understood that the pervasive use of software has substantially altered the architectural language in the last years. Therefore, main goal of the research has been to understand how architectural expressivity is changing, how much pervasive are digital influences on architectural design and which may be future developments. The research is carried out through the development of an analytical database with sixty recent case studies, recognized digital influenced architectures, as expression of what is really happening inside architectural scenario. The case studies have been studied and classified according to a logical theoretical framework, consisting of different categories and parameters, that allows to analyze several aspects. The results suggest that a new era is coming, where the conceptual starting point of designers is often born in the digital space, taking advantage of the augmented representation skills to control and manipulate form. Starting from a critical interpretation of the results, we have identified some transversal trends, representative of contemporary digital architecture.

Grazie all'avvento del BIM è possibile avere una rappresentazione digitale, completa di tutte le sue parti ed informazioni sempre aggiornate. Supervisionare un progetto in fase realizzativa non è mai semplice, perché sono molteplici i fattori da monitorare per assicurarsi che tutto venga fatto secondo i progetti, in sicurezza e soprattutto rispettando i tempi. Grazie all'evoluzione tecnica e tecnologica, nuovi strumenti sono venuti in soccorso al progettista. La realtà virtuale ben si presta a riprodurre modelli tridimensionali di un progetto, per esempio quelli realizzati tramite il processo BIM. Sfruttare in tempo reale informazioni sui particolari costruttivi, sugli impianti, poterne verificare percorsi e punti critici consente di programmare già in sede progettuale le attività di manutenzione e di controllo limitando i margini d’errore. Con la visualizzazione del modello 3D renderizzato direttamente in un visore, consente al progettista nuove modalità progettuali e allo stesso tempo può coinvolgere l’utenza a esprimersi ancor prima che i lavori incomincino. Grazie all'affiancamento di uno dei casi studio di Open Project, la studentessa ha sviluppato una ricerca per dimostrare l’utilità di questo approccio in fase di design review soprattutto con l’unione di gruppi diversi di lavoro sullo stesso progetto, perciò è stato scelto uno studentato di Firenze di cui si stanno occupando i tecnici di Open Project e si sono uniti i modelli Revit architettonici, strutturali e impiantistici della stessa commessa. Il test a cui sono stati sottoposti i campioni consentiva agli utenti di partecipare allo stesso processo di co-design, permettendo la creazione di una prospettiva comune di lavoro grazie alla visualizzazione immersiva. Dopo l’analisi dei dati è stato possibile dedurre delle conclusioni utili alla valutazione di un impiego quotidiano della realtà virtuale nel panorama del settore delle costruzioni.

Il percorso di ricerca intrapreso mi ha permesso di strutturare una serie di riflessioni, già avviate all’interno di percorsi di studio universitari precedenti, relativamente all’evidente alta inclusività propria delle Tecnologie dell’informazione e della Comunicazione (TIC) a supporto di alunni con Bisogni Educativi Speciali (BES). A partire dall’assunto che l’innovazione digitale della didattica passi necessariamente dalla consapevole orchestrazione dei diversi strumenti tecnologici e che l’innovazione didattica preceda quella digitale, si è reputato doveroso indagare relativamente alle modalità di sviluppo e di miglioramento delle competenze digitali dei docenti, soprattutto, per quanti operano in contesti che promuovono l’inclusione di alunni con B.E.S. Un primo livello di indagine porta ad analizzare come e quando utilizzare una determinata tecnologia per sviluppare una qualche competenza (pensiamo ai software creati a supporto del potenziamento di specifiche abilità, per esempio legate alla lettura), mentre un altro è quello di individuare quale metodologia o quali metodologie didattiche possano contribuire alla maturazione ed allo sviluppo di competenze servendosi di tecnologie più vicine alle modalità proprie degli allievi di informarsi e di relazionarsi con gli altri. Risulta, infatti, difficile non riconoscere il connubio naturale tra le tecnologie e l'inclusione, come già sostenuto da Gibson (1979), che utilizzò il principio dell’affordance per indicare le caratteristiche proprie dell’oggetto capaci di “comunicare” al soggetto i suoi possibili usi, ovvero quel che è possibile fare – nel nostro caso – adoperando le/avvalendosi delle diverse tecnologie digitali a disposizione. Sebbene vi siano delle resistenze attitudinali da parte delle “vecchie” generazioni di docenti, avvezzi all’insegnamento trasmissivo del sapere che predilige quindi il contenuto come elemento fondante del conoscere e che esclude l’aspetto del saper essere, fondamentale se si vuol lavorare per competenze, non è possibile non riconoscere le suddette potenzialità delle TIC e, di contro, offrire esperienze formative tali da imporre agli alunni modalità molto distanti dal mondo che li circonda fuori dalla scuola. Andando oltre questi aspetti puramente interpretativi, allora, perché le tecnologie digitali possono offrire un valido supporto all’apprendimento? Nel caso di soggetti con gravi disabilità, per esempio, il più delle volte l’obiettivo non è tanto riprodurre informazioni quanto riuscire a modificare i processi sottostanti (Antonietti, Castelli, Fabio & Marchetti, 2003), ad esempio aumentando la capacità attentiva, imparando a stare meglio insieme agli altri, esprimendo alcuni bisogni e così via. In questa prospettiva, l’uso di un software didattico specifico può offrire alcuni vantaggi rispetto all’uso di strumenti tradizionali: stimola ed incrementa le capacità attentive e la motivazione dell’utente; semplifica ciò che il soggetto deve apprendere, riducendo le interferenze fra compiti cognitivi diversi e permettendo di focalizzare l’attenzione su pochi ed essenziali elementi; ma anche per la loro flessibilità, ovvero la possibilità di definire contenuti, tempi, metodi, rinforzi, adattandoli sia alle esigenze del singolo alunno sia a fattori contingenti al compito cognitivo, come il momento di maggiore stanchezza, lo stato emotivo ecc... (Fogarolo, 2007). Estendendo questi aspetti agli alunni che non presentano un B.E.S., le nuove tecnologie digitali si configurano comunque come strumenti che permettono alle nuove generazioni di studenti di comunicare, ricercare informazioni, scaricare e/o fruire contenuti (musica e video per esempio), relazionarsi (pensiamo ai social network, ma anche a chat e videochiamate), giacché sono strumenti talmente così vicini ai giovani di oggi che ne hanno plasmato anche i codici linguistici delle generazioni odierne (Prensky, 2012; Jenkins & Ford, 2013). Non si possono non considerare questi aspetti, farlo significherebbe continuare ad imporre agli alunni i vecchi modelli, più “vicini”/affini al nostro modo di apprendere, ma sempre più distanti da quelli dei nostri alunni, nonché ignorare i recenti studi rispetto a teorie di apprendimento aggiornate ed alle strategie didattiche innovative come la flipped lesson (Mazur, 1997) oggetto oggi di interessanti riflessioni che trovano terreno fertile se supportate dalle TIC (Bergmann & Sams, 2012; Crews & Butterfield, 2012). In un panorama così ampio, col fine di promuovere gli apprendimenti attivi degli alunni e nella consapevolezza che il solo inserimento delle tecnologie all’interno del processo di insegnamento-apprendimento non fosse sufficiente a innovare le pratiche dell’insegnante, è stata individuata la metodologia di progettazione per Episodi di Apprendimento Situato (EAS) (Rivoltella, 2013; 2015; 2016) come “modello” metodologico in grado di, da una parte, professionalizzare le pratiche degli insegnanti e, dall’altra, rendere gli allievi (anche con gravi disabilità) al centro dei loro apprendimenti. Il percorso di consapevolezza, che mi ha portato ad assumere le presenti posizioni, è strettamente correlato all’esperienza formativa di una realtà educativa molto distante dal consueto approccio della scuola italiana, ovvero il Centro de Educación Especial (CEE) Fray Pedro Ponce de León. I Centri Educativi speciali in Spagna, infatti, a differenza di quel che avviene in Italia (come affrontato all’interno del Capitolo 1), sono normativamente regolamentati e prevedono l’inserimento di tutti gli alunni con gravi disabilità intellettive e/o psicomotorie che non possono raggiungere il pieno sviluppo delle proprie competenze all’interno dei centri ordinari (e per i quali è previsto un iter di inserimento all’interno dei CEE che viene affrontato all’interno del Capitolo 1). Il presente lavoro è suddiviso in due parti: 1. All’interno della parte I si ripercorrono gli aspetti giuridici (Capitolo 1), teorici (Capitolo 2) e metodologico-didattici (Capitolo 3) a supporto della ricerca empirica che segue. 2. Nella parte II si presenta la ricerca empirica basata sull’adattamento e sulla declinazione del metodo EAS per il contesto speciale. Nello specifico, all’interno del Capitolo 1 della parte I, si ripercorrono le tappe evolutive (dei Paesi Italia e Spagna) rispetto alle strategie inclusive a favore degli alunni con BES e, più precisamente, degli alunni con disabilità. Nel Capitolo 2 della parte I, si proseguirà l’analisi relativa ai processi di inclusione a partire dalle teorie di apprendimento che hanno modellato, nel corso dell’ultimo secolo, le modalità di approccio all’apprendimento plasmandone anche le azioni educative e didattiche dei docenti. Nell’ultimo Capitolo della parte I, punto nevralgico del presente lavoro, si dettaglierà il contesto tecnologico attuale ed il suo “irruento” approdo nelle modalità di comunicazione e di interazione degli alunni che ogni giorno frequentano le nostre scuole. A partire da suddette trattazioni, si presenta la metodologia EAS corredandola dagli assunti tecnologici e metodologici sui quali si fonda. La Parte II del presente lavoro di ricerca raccoglie i tre capitoli relativi alla ricerca empirica: Il primo capitolo della parte II, ovvero il Capitolo 4, si avvia con l’adattamento del metodo EAS alla progettazione di attività rivolte ad allievi con grave disabilità. Per il contesto speciale, infatti, si è ritenuto fondamentale assecondare (ed anche forzare) la naturale predisposizione del metolo EAS ad essere personalizzabile ed individualizzabile, tentando una “curvatura” dello stesso al fine di renderlo maggiormente situato alle specifiche necessità di progettazione degli insegnanti di allievi con grave disabilità. Si vedrà come suddetta forzatura abbia restituito interessanti e rilevanti risultati, soprattutto, per quel che attiene la professionalità del docente che opera nei campi educativi della disabilità (Capitolo 5). Tali risultati, rapportati ad una progettazione e realizzazione di attività per EAS ad alta tecnologia (tecnologie digitali di ultima generazione), permettono di trarre delle considerazioni (Capitolo 6) che in future occasioni di ricerca sarebbe interessante esplorare.
La investigación realizada nos ha permitido estructurar una serie de reflexiones iniciadas en el marco de mis estudios universitarios, relativas al alto nivel de apoyo que pueden ofrecer las Tecnologías de la Información y la Comunicación (TIC) respecto a la educación del alumnado con necesidades educativas especiales (NEE). Partiendo de la idea de que la innovación didáctica conlleva la innovación digital y pasa necesariamente por un uso consciente de diferentes herramientas tecnológicas, se constata la necesidad de investigar sobre modelos didácticos y de mejora de las competencias digitales de los docentes, sobre todo en lo referido a la intervención con alumnado con NEE Un primer nivel de investigación permite analizar cómo y cuándo usar una determinada tecnología para desarrollar una competencia específica (por ejemplo, utilizar un software creado para apoyar la estimulación de determinadas habilidades como puede ser la de lectura). En un segundo nivel, interesa detectar la metodología o metodologías basadas en el uso de TIC utilizadas por el alumnado en su actividad cotidiana y que contribuyen al desarrollo de competencias clave. Resulta difícil desvincularse de la relación natural entre TIC e inclusión. Eso es posible detectarlo en lo que ya Gibson (1979) definió con el principio de affordance para indicar las características propias de cualquier objeto o herramienta y las posibilidades de acción que un sujeto percibe sobre los usos que puede realizar con ella. Es decir, lo que es posible hacer con las distintas tecnologías digitales que tenemos a nuestra disposición. En las anteriores generaciones de docentes se detecta todavía resistencia en su actitud hacia la tecnología, acostumbrados a una enseñanza apoyada en la transmisión del saber, que privilegia el contenido como elemento fundamental del conocimiento y reduce el saber hacer (Le Boterf, 1994; Perrenaud, 1997) elemento clave si se quiere desarrollar las competencias del alumnado. No es posible reconocer los puntos fuertes en el uso de las TIC y, en contra, ofrecer experiencias formativas que obliguen al alumnado a seguir modalidades muy lejanas al mundo tecnológico que tienen alrededor. Saliendo de estos aspectos interpretativos, nos preguntamos: ¿por qué las tecnologías digitales pueden ofrecer un apoyo válido al aprendizaje? En el caso de alumnado con graves discapacidades, por ejemplo, en la mayor parte de las ocasiones el objetivo no es tanto reproducir información como modificar los procesos que subyacen (Antonietti, Castelli, Fabio & Marchetti, 2003), por ejemplo aumentando la capacidad relativa a la atención, aprendiendo a estar mejor con los demás, expresando las necesidades, etc. En esa perspectiva, el uso de software didáctico específico puede ofrecer algunas ventajas respecto al uso de herramientas tradicionales: estimula y acrecienta las capacidades de atención y la motivación del usuario; simplifica lo que el sujeto tiene que aprender, reduciendo las interferencias entre diferentes tareas cognitivas, lo que les permite concentrarse en unos pocos elementos esenciales; también por su flexibilidad o la capacidad de definir contenido, tiempos, métodos, refuerzos y adaptándolos a las necesidades de cada alumno relacionados con factores contingentes de la tarea cognitiva, como el momento de mayor fatiga/cansancio, el estado emocional, etc. (Fogarolo, 2007). Al extender este problema sobre todo al alumnado, incluyendo los que no tienen NEE, las tecnologías digitales están configuradas, en todos los casos, como herramientas que permiten a las nuevas generaciones de estudiantes comunicarse, buscar información, descargar y/o disfrutar del contenido (música y vídeos, por ejemplo), relacionarse (redes sociales, chats, videoconferencias...). En fin, son herramientas que están tan cerca de los jóvenes de hoy que también han dado forma a los códigos lingüísticos de su generación (Prensky, 2012; Jenkins & Ford, 2013) No podemos dejar de constatar estas cuestiones pues significaría seguir imponiendo al alumnado antiguos modelos más cerca de nuestra forma de aprender, pero cada vez más distantes de los de nuestros estudiantes. Esto también supondría ignorar los estudios más recientes respecto a teorías de aprendizajes y estrategias didácticas innovadoras, como la flipped lesson (Mazur, 1997) que ahora es objeto de pensamientos interesantes en un terreno fértil con el apoyo de las TIC (Bergmann y Sams, 2012; Crews y Butterfield, 2012). En este panorama tan amplio, con la certeza de que la mera integración de las tecnologías en el proceso de enseñanza-aprendizaje no es suficiente para innovar las prácticas de los maestros, y con el fin también de promover aprendizaje activos de los/las alumnos/as, se identificó la metodología de diseño por Episodios de Aprendizaje Situado (EAS) (Rivoltella, 2013; 2015; 2016) como un modelo metodológico que puede, por un lado, fomentar la profesionalización de las prácticas de los docentes y, por otro, hacer que los estudiantes (incluso aquellos con discapacidad severa) puedan desarrollar sus aprendizajes. El camino de concienciación que nos llevó a asumir estas posiciones, está estrechamente relacionado con la experiencia de formación en una realidad educativa muy lejana al enfoque habitual de la escuela italiana, en concreto mi colaboración con la formación del profesorado del Centro de Educación Especial (CEE) “Fray Pedro Ponce de León” de Burgos. Los Centros Específicos de Educación Especial en España, a diferencia de lo que ocurre en Italia (como se discute en el capítulo 1), están regulados por la ley y prevén la inclusión de todo el alumnado con grave discapacidad intelectual y/o psicomotora que no puedan lograr el pleno desarrollo de sus competencias dentro de los centros ordinarios. Para este proceso existe un protocolo de incorporación al CEE, que veremos también en el capítulo 1. En conjunto, este trabajo de investigación que presentamos se distribuye en dos partes cuyo contenido describiremos a continuación (con mayor extensión que una introducción ordinaria, únicamente por deferencia a los evaluadores que no dominan el idioma italiano). En la Parte I, Lo stato dell’arte per l’inclusione e le nuove tecnologie. Aspetti giuridici, teorici e metodologico-didattici, se configura el acercamiento a la realidad en la que trabajaremos. En concreto, en el Capítulo 1 se hace un recorrido sobre las etapas evolutivas de los dos países (Italia y España) en estrategias inclusivas a favor de los alumnos con NEE y, prioritariamente, del alumnado con discapacidad. La comparación de la evolución legislativa en materia de inclusión entre Italia y España, nos permite identificar similitudes y diferencias, basándonos en la definición terminológica y al modelo de inclusión del alumnado con discapacidad. La legislación italiana reconoce por primera vez el término Bisogni Educativi Speciali (BES) a partir de la promulgación de la Directiva Ministerial del 27 de diciembre de 2012, mientras que en el caso español, el término Necesidades Educativas Especiales (NEE) se regula con la aprobación de la Ley Orgánica 1/1990, de Ordenación General del Sistema Educativa (LOGSE). Las diferencias temporales en la evolución terminológica, a nivel legal, no se traducen en el modelo de intervención, dado que en Italia la individualización curricular comienza en el año 1999, con la aprobación del Decreto del Presidente de la Republica (DPR) n. 275, mientras que en España es el desarrollo de la propia LOGSE la que regula las adaptaciones curriculares en los centros ordinarios. Desde el año 1977, con la aprobación de la Ley n.517, en Italia se eliminan la escolarización en aulas especiales. A diferencia del modo en que se entiende la inclusión en Italia, en el contexto español el alumnado afectado por discapacidades muy graves se escolariza en Centros de Educación Especial (CEE). No obstante, con la Ley Orgánica 2/2006, de Educación (LOE), se introduce por primera vez el concepto de inclusión, concretando que esa modalidad de acogimiento especial «se llevará a cabo cuando sus necesidades no puedan ser atendidas en el marco de las medidas de atención a la diversidad de los centros ordinarios» (art.74,1). Aunque en los últimos años se han producido cambios legislativos en materia de educación que han supuesto un desarrollo de los modelos de intervención inclusiva en ambos países, la diferencia relativa a la escolarización del alumnado con discapacidades graves en centros ordinarios y especiales se sigue manteniendo. En el Capítulo 2 continuamos el análisis de los procesos de inclusión a partir de las teorías de aprendizaje que han dado forma, en el último siglo, a las modalidades de enfoque respecto al aprendizaje y que han estructurado las acciones educativas y didácticas de los maestros. En este capítulo abordaremos las propuestas realizadas por autores ya clásicos como Watson, Pavlov, Thorndike, Skinner, Piaget, Bandura, Ausubel, Bruner, Vygotski... para acercarnos hasta los autores más actuales. Finalmente, ponemos de manifiesto que numerosos estudios provenientes del ámbito pedagógico-didáctico (Coffield et al., 2004) y neurocientífico (Pashler et al., 2008; Howard-Jones, 2010; Cuevas; Newton, 2015, entre otros), definen los estilos de aprendizaje como neuromitologías, en el sentido en que no está demostrada científicamente su existencia. De hecho, Gardner (citado en Marconatto, 2013) se posiciona de manera contraria a los estilos de aprendizaje, incidiendo en la ausencia de relación entre estos y las inteligencias múltiples, y defendiendo que el hecho de etiquetar cognitivamente a una persona, desvía la atención para el logro de una didáctica eficaz. En el último capítulo de la primera parte, el tercero, se detalla el contexto tecnológico actual y la metodología EAS acompañada de supuestos tecnológicos y metodológicos sobre las que se basa. La introducción de las TICs en la sociedad ha cambiado la manera de interactuar, favoreciendo la definición de diferentes competencias individuales en base al uso de la tecnología. A partir de los estudios de Prensky (2001), se establece una distinción generacional entre nativos digitales e inmigrantes digitales, superada por el concepto de sabiduría digital (2012), que pone el énfasis en las competencias digitales de los usuarios y no en su edad. Las TICs superan los paradigmas de las teorías de aprendizaje clásicas, introduciendo el conectivismo (Siemens, 2005), como referencia teórica para el diseño de actividades formativas. El uso de redes sociales da lugar a procesos de aprendizaje innovadores y creativos (Ally, 2008). En el contexto pedagógico actual, en el que se ha avanzado de la adquisición de contenidos al desarrollo de competencias, a la hora de articular procesos de aprendizaje, es importante profundizar en metodologías didácticas que fomenten el desarrollo de la sabiduría digital en el alumnado. En este sentido, los Episodios de Aprendizaje Situado (EAS) (Rivoltella, 2013) constituyen una metodología didáctica que permite desarrollar la profesionalización docente en el diseño de actividades digitales y el trabajo por competencias. EAS hunde sus raíces en la didáctica de laboratorio típica de Freinet (1978), en la que el profesorado es facilitador del proceso de aprendizaje y es el alumnado quien adquiere el papel protagonista en el aula, y en las teorías de Eric Mazur (1997), que al introducir el aprendizaje entre pares (peer instruction) abre las puertas a la flipped lesson (Bergmann & Sams, 2012). El EAS es una metodología que permite diseñar actividades a partir de las competencias que se persigue desarrollar. Se puede definir como conectivista y se basa en el microlearning dentro del ámbito más amplio del mobile learning (Pachler, 2007). El microlearning consiste en el diseño de pequeñas unidades de conocimiento (microcontenents) que se gestionan a través de pequeñas actividades (microactivities) en porciones temporales muy pequeñas (microtimes) (Hug, 2007, Rivoltella, 2013). La parte II recoge Gli Episodi di Apprendimento Situato (EAS) nella didattica speciale. El Capítulo 4 se inicia con la adaptación del método de EAS para el diseño de actividades dirigidas a los estudiantes con discapacidades graves (sobre todo a nivel cognitivo), dado que se ha entendido que este método puede ser personalizable e individualizable, intentando una "flexión" de la misma con el fin de hacerlo más situado a las necesidades específicas los docentes que educan a los estudiantes con discapacidades severas. La complejidad de la propuesta hace que se realice un diseño que nos permita realizar un seguimiento del proceso. Las estrategias e instrumentos utilizados son: • Cuestionario de autoevaluación sobre competencias digitales para la inclusión de los AcNEE. • La administración de un cuestionario pre-test, al iniciar la formación, y post-test al final del curso. Ambas herramientas se construyen Ad-hoc para esta investigación con el objetivo de detectar y medir la evolución de los conocimientos y las competencias respecto al uso de los métodos de enseñanza para el diseño y ejecución de las actividades con el uso decisivo de las tecnologías digitales. • Taller de Formación. • Implementación de los aprendizajes en el aula. • Seguimiento a través de la observación participante. En ambos países, hemos llevado a cabo la investigación teniendo en cuenta las diferencias dadas por distintos marcos normativos, en relación con la normativa sobre la inclusión de los alumnos con Necesidades Educativas Especiales, diferente contexto educativo (Centro de Educación Especial y escuela ordinaria) y diferente formación del profesorado. Se ha identificado en el método de EAS (Episodios de Aprendizaje Situado) como recurso para la formación del profesorado de los grupos participantes en ambos países y como metodología propuesta para el diseño, implementación y evaluación de las actividades. La elección de este método deriva de la natural predisposición del mismo para la adaptación a los diferentes niveles de diseño (en relación a los contenidos y su presentación, a la identificación de competencias, a las herramientas de evaluación, etc.) combinados con los diferentes itinerarios de personalización e individualización curriculares que puedan responder a las necesidades de cada alumno. Específicamente, el presente estudio empírico incorpora a un grupo de maestros españoles (11) de un CEE, “Fray Pedro Ponce de León” -Burgos-, y uno de docentes (29) que cursan un itinerario específico para habilitarse en docencia en apoyo educativo (TFA sostegno, Universidad de Palermo, Italia), docentes que vienen desarrollando la docencia en centros ordinarios durante un período mínimo 3 años. Antes de proponer la formación a los maestros sobre el método EAS e iniciar la experimentación, la fase preliminar de la investigación consistió en el análisis de las competencias digitales de los docentes, a través de una herramienta de autoevaluación especialmente construida y validada para la versión italiana según las indicaciones formuladas por Escobar-Pérez y Cuervo-Martínez (2008). Obtenidos los datos relativos a la autoevaluación de las competencias digitales y conocido el insuficiente nivel de competencia digital auto-percibido por los profesores, especialmente las que tienen relación directa con el apoyo educativo relacionado con las Necesidades Educativas Especiales, la investigación experimental se ha puesto en marcha en los dos países. Terminada la primera fase de detección, a través de la primera herramienta (cuestionario de autoevaluación de las competencias digitales de los docentes para la inclusión educativa) y a través de la prueba pre-test, se implementa la formación con un taller para los docentes. El desarrollo se realiza en el CEE “Fray Pedro Ponce” durante el mes de octubre de 2015 en España e Italia. Las sesiones de formación están diseñadas con el objetivo de proporcionar competencias de enseñanza adecuadas para los profesores y que detallamos a continuación: 1. Utilizar el método de diseño EAS para organizar y reorganizar la acción educativa poniendo el énfasis en la competencia y sobre la personalización y/o individualización del proceso de aprendizaje; 2. Implementar actividades educativas digitales con el fin de hacerlas dinámicas, accesibles, compatibles y reutilizables; 3. Capacitar a los maestros en una serie de aplicaciones, herramientas 2.0 y entornos de apoyo a la formación, para diseñar, implementar y compartir con estudiantes y profesionales los EAS preparados; 4. Desarrollar competencias de búsqueda en línea, con el fin de que los alumnos se puedan beneficiar de los recursos específicos para mejorar el acceso a los contenidos y la calidad de los estímulos sensoriales, al fin de convertir la experiencia de aprendizaje más interactiva y multisensorial; 5. Mejorar la presentación de las actividades digitales creadas permitiendo el acceso a más fuentes (audio, vídeo, texto...). A continuación se realizó el seguimiento de la puesta en práctica en las aulas del Centro de Educación Especial en desde octubre de 2015 a marzo de 2016 en España y en aulas ordinarias desde octubre a junio en Italia. Estas diferencias en el seguimiento se deben a que las propuestas de intervención son diferentes, adaptadas a los características de los diferentes en cada país. El seguimiento en esta fase se realiza a través de la observación participante. En el capítulo 5 se presentan los resultados obtenidos en el proceso seguido de lo que destacamos los siguientes aspectos. El grupo de maestros italianos se caracteriza por una menor experiencia en la enseñanza, con una media de 10 años de actividad docente. En las aulas ordinarias italianas encontramos la presencia de estudiantes con necesidades educativas especiales, siguiendo la normativa vigente en este país y con importantes diferencias respecto de la normativa española. Respecto a los docentes españoles, las diferencias fundamentales son que estos se caracterizan por una superior experiencia en la atención (alrededor de los 16 años como media) y también por los distintos contextos de intervención, que por la legislación vigente en España operan en centros específicos que acogen alumnos con discapacidad severa (CEE). Además debemos señalar que en el estudio preliminar encontramos una mayor utilización de las TIC por parte de los docentes españoles que los italianos. También es importante recordar el contexto de los CEE en el que acogen a alumnado con discapacidades muy graves y. por ello, el uso de la tecnología no es siempre una opción sencilla de implementar. Los maestros a menudo deben desarrollar las habilidades y competencias relacionadas con la autonomía, el lenguaje, la psicomotricidad y, sólo en algunos casos y con algunos alumnos/alumnas, pueden utilizar TIC que no sean específicas a sus capacidades motrices o intelectuales. Con todo ello, podemos decir que el uso de tecnologías en el CEE en el que hemos realizado la experiencia puede entenderse como apropiado. Veremos más adelante, sin embargo, cómo la formación específica puede "activar" (o mejor estimular) al docente a considerar diferentes modalidades para la elección de herramientas o entornos de tecnologías para organizar nuevas actividades. Los instrumentos pre-test y post-test construidos para detectar cambios entre el principio y el final de la formación, en ambos los contextos han arrojado resultados que necesitan una específica profundización. A estas herramientas se añaden las encuestas realizadas por los observadores externos al proyecto de investigación (tutor de prácticas para los profesores italianos y estudiantes en pedagogía y formadores para los maestros del CEE “Fray Pedro Ponce de León”). El curso de formación sobre el uso de las tecnologías orientadas metodológicamente a la planificación de actividades para episodios de aprendizaje situado (EAS) se plantea hacer que los participantes sean más competentes en la creación de actividades digitales diseñadas en torno al contenido y a las capacidades que se quieren desarrollar en el alumnado con Necesidades Educativas Especiales. Finalizada la formación, encontramos que, en el contexto italiano, parece que hemos llegado a nuestro objetivo, pues los participantes italianos se consideran más competentes en el diseño de contenidos digitales, en comparación con lo que eran al comienzo de la ruta. Incluso los maestros del CEE indican valores superiores competencia alcanzados a los del inicio. A estos resultados llegamos, a partir de las informaciones aportadas por el pre y post, que se recogen extensamente en el capítulo 5. Además, se realiza el análisis de diversos indicadores sobre la pertinencia y calidad en relación con el método de EAS y su aplicación con AcNEE. El trabajo que aquí presentamos destaca cómo la metodología EAS ha devuelto algunas indicaciones relevantes por parte del grupo de profesores del CEE (teniendo en cuenta las limitaciones encontradas por el contexto que requiere la presencia de sólo alumnos con discapacidades graves o muy graves), especialmente en relación con la mejora de la capacidad de atención y concentración de alumnos durante las fases de implantación de esta metodología. Para los docentes italianos, las potencialidades inclusivas del EAS en combinación con la tecnología digital se consideran útiles también dado que aporta interesantes aspectos lúdicos, propios de las TIC, que favorecen estrategias colaborativas y creativas útiles para el desarrollo de las competencias en el alumnado.

Eurobot is an annual competition for autonomous robots. Typically two teams compete against each other for 90 seconds on a 2x3m playing area. The main goal is to collect as many points as possible. There are several matches to determine which robot is the best. The rules are different every year. An autonomous robot for this year's competition was designed and built. The rules for Eurobot 2012 were studied and a design concept was created. In order to implement the design a series of technical pieces of work was carried out. The tasks involved several fields of study including engineering cybernetics, electrical engineering, computer science and mechanical engineering. A laser-tower positioning system from 2010 was further developed and improved. In addition the robots drive wheels hall-sensors were used to compensate for the robots movement. An extended Kalman filter was created to transform these measurements into a position and orientation estimate. Two PID regulators were used to maneuver the robot, one regulator controlling the rotation, the other translation. A circuit board following the EPIC-plus standard with several efficient power supplies, a micro controller and a circuit board stack was designed, produced and tested. This circuit board was driven by a lithium battery and acted as a power supply for-, and took care of low level interaction with, all motors, servos and actuators on the robot. Firmware was implemented on the circuit board that provided an interface to control all hardware via CAN-bus to a tablet PC. To implement strategic choices, algorithms and artificial intelligence, an elaborate software system was created. The high-level programing was done in Go, a new and exciting programing language from Google. A featured Debug-GUI that presented real-time information and allowed for robot interaction was provided. A strong focus on design and a test driven development, resulted in robust and stable software. A mechanical design of the robot was created in collaboration with a group of students through the course TTK4850 ``Experts in team'' at NTNU. This work lead to a complete robot with a clean implementation hosting advanced technical solutions. The final software allowed strategies to be reprogrammed before each match, and the physical robot was easily maintainable. The positioning system can move the robot to any coordinate on the playing area. In the Eurobot 2012 competition, the robot won three out of five matches and ended at 23rd place out of 43 international teams.

The motivation for this work is based on two recognized research issues for digital libraries. One is the need for interlinked and semantically rich information spaces where relationship information is of particular importance. The other is the serviceoriented architecture of digital libraries. The digital libraries of the future will consist of smaller and independent systems that each will provide different functionality and access to different contents.

This work defines and explores a service for managing and using explicit relationships – the Digital Library Link Service. The service implements an instance-oriented approach to relationships that enables any kind of typed relationship to be created among the information objects of digital libraries. The service can be used to create consistent information spaces on top of digital library repositories and enables an associative organization and retrieval of information objects.

This work shows that the use of a fine-grained relationship model implemented as distributed objects enables distribution of the relationship network while still being able to support constraints and maintain consistency. The cost of this, however, is a complexity that can reduce performance and scalability due to the call latency of network communication. A prototype is developed that utilizes caching in order to solve this. Tests conducted show that this technique significantly contributes to the scalability and efficiency. This is particularly important when the relationship information is distributed across different processes with high calllatency in between.

The work further presents a prototype application for enhancing bibliographic catalogues with the rich set of relationship types defined in the bibliographic information model proposed by the International Federation of Library Associations and Institutions – the FRBR model. The Digital Library Link Service is used to implement an index that facilitates the navigation of bibliographic relationships in order to explore bibliographic entities along the paths laid out by the FRBR model. This demonstrates the applicability of the service as a flexible tool for associative organization of information objects.

The main applications of the service are limited to systems with a relaxed requirement in terms of automatic processing of larger sets of relationships. The main access paradigm explored for interacting with relationships is by navigation. The need for automatic and efficient processing of a large relationship network, e.g. for the purpose of indexing, can be supported by extending the system with additional functionality. Another recognized problem is that the use of CORBA references to address long-term persistent information can cause referential integrity problems. One possible way to solve this is to assigning objects globally unique identifiers that later can be used to recover from referential integrity problems.

La condizione digitale che ha gradualmente ibridato le nostre esistenze, trasformando atomi in bit, si è oggi cementificata sulla nostra società, arricchendone la postmodernità e determinando una nuova liquidità acuitasi con l’avvento di internet. Un momento storico segnato da una nuova maturità del digitale, evidente nel nostro diverso rapporto con i dati, e nella diffusione di metodi di machine learning avanzato, che promettono una nuova capacità di comprensione della complessità contemporanea e nel frattempo contribuiscono alla propagazione dell’apparato tecnico sul mondo. Questi cambiamenti, tanto profondi da toccare la nostra cultura, stanno modificando il nostro modo di interpretare e istituire lo spazio, e quindi di abitarlo: condizioni che hanno sicuramente delle ripercussioni sul progetto di architettura nella sua qualità di attività umana rivolta all’uomo. L’incremento di complessità che ha toccato la nostra disciplina con la postmodernità ha nel frattempo trovato nuovo sostegno nella decostruzione Derridiana, in un momento storico segnato da una grande enfasi sulle opportunità degli strumenti digitali, che abbiamo accolto all’interno della nostra disciplina dapprima esclusivamente come mezzi di rappresentazione e che hanno poi determinato l’emergere di nuovi approcci basati sulle potenzialità inclusive di continuità e variazione. Nessuno tra i protagonisti della prima svolta digitale immaginava probabilmente, gli effetti che la cultura digitale produce oggi sul progetto di architettura, forte di quasi trent’anni di sperimentazioni e cambiamenti, tanto metodologici e formali quanto organizzativi e strumentali, a partire dalla ascesa del BIM sino alle nuove possibilità algoritmiche ben rappresentate dai linguaggi di programmazione visuale e dalle simulazioni numeriche. Strumenti su cui si è concentrato lo slancio verso il digitale, che intanto in architettura ha vissuto una seconda svolta, identificata da Carpo negli approcci progettuali oggi possibili grazie a una nuova disponibilità di dati. Una condizione che inevitabilmente tocca tanto la scienza quanto l’architettura, e che non è tuttavia sufficiente a descrivere una contemporaneità in cui la tecnica dispiega le ali sull’architettura, incidendo il significato del nostro ruolo all’interno della società. A partire da queste ramificate considerazioni, consapevole della complessità con cui dobbiamo dialogare nel tentativo di ricostruire una visione il più possibile neutrale, storica e organica della fase che l’architettura sta vivendo, è necessario, a mio avviso, un approccio olistico: inclusivo, capace tanto di estendersi fino ad acquisire una prospettiva filosofica, così come di scendere verso il dettaglio tecnico, operativo, metodologico, strumentale e relazionale. Un proposito che cerco di mantenere vivo all’interno di tutto il mio lavoro di tesi, condensazione di tre anni di ricerca, che nelle sue diverse fasi guarda alle mutazioni che la tecnica digitale sta producendo nella società e quindi nel progetto di architettura. Il mio percorso è arricchito da dieci interviste raccolte con importanti protagonisti dell’architettura contemporanea, che ringrazio sin da ora per la loro grande disponibilità. Queste testimonianze mi hanno permesso di toccare con mano le complessità della progettazione contemporanea e rappresentano un polo di questa tesi, ugualmente volta a fornire un’interpretazione storica delle sfide poste in essere dalla contemporaneità e quindi all’identificazione delle responsabilità che dobbiamo assumerci per mantenere l’uomo al centro del nostro fare.
The digital condition that has gradually hybridized our lives, transforming atoms into bits, has now cemented itself in our society, enriching post-modernity and determining a new form of liquidity that has sharpened with the advent of the internet. It is a historical moment marked by a new digital maturity, evident in our diverse relationship to data and in the spread of advanced machine learning methods, which both promise a new understanding of contemporary complexity as well as contribute to the propagation of the technical apparatus throughout the world. These changes, so profound as to affect our culture, are changing our way of perceiving space, and therefore of inhabiting it: conditions that undoubtedly have repercussions on architectural design in its capacity as a human activity geared towards human beings. The increased complexity that has touched our discipline with Postmodernism has meanwhile found new support in Derridian deconstruction, in a historical moment marked by great emphasis on the opportunities that digital tools offer. These are means we first welcomed into our discipline exclusively as tools for representation, and ones that then themselves determined the emergence of new approaches based on the inclusive potential of continuity and variation. None of the protagonists of the first digital turn could probably have imagined the effects that digital culture would now be having on architectural design. A digital culture that has become increasingly stronger due to almost thirty years of both methodological and formal experimentation, as well as to organizational and instrumental changes, starting with the rise of BIM to new algorithmic possibilities represented by visual programming languages and numerical simulations. These have been the primary tools of concentration in the push towards digital, a digital which today has reached a second turn in the field of architecture, identified by Carpo in new design approaches that are now possible thanks to the larger availability of data. A condition that inevitably affects both science and architectural design, but which, nevertheless, fails to fully share a contemporaneity where technology spreads its wings as far as architecture is concerned, thus affecting the meaning of our role within society. With these multifaceted considerations as a starting point, and fully aware of how complex the dialogue we must engage in in order to reconstruct a neutral, historical, and organic as possible vision of the phase that architecture is experiencing, it is my opinion a holistic approach must be established by us. One that is both inclusive and capable of expanding to the point of acquiring a philosophical perspective, as well as being able to attend to areas that cover technical, operational, methodological, instrumental, and relational details. This objective is one I have striven to keep alive throughout the three years of my doctoral research, which in its various phases looks at the mutations that digital technology is producing in society and therefore in architectural design. My research is enriched by the inclusion of ten interviews with prominent protagonists of contemporary architecture, for whose time and availability I am grateful. These testimonials allowed me to see the complexities of contemporary design up close and personal, and they represent a central part of this thesis, which equally aims to provide a historical interpretation of the challenges posed by contemporaneity and to identify the responsibilities that we must uphold for human beings to remain at the centre of our work.

Brain of Materials ist eine Plattform für innovative und smarte Materialien, die Designern, Entwicklern und Ingenieuren diverser Branchen dabei hilft, ihre Produktentstehungsprozesse zu optimieren und zu beschleunigen.

La tesi segue il progetto della Delta WASP 3MT, stampante 3D di grandi dimensioni. Il lavoro parte da una analisi del contesto che incontra i temi dell'artigianato digitale e dell'autoproduzione. Successivamente viene fatta una analisi dei requisiti e delle soluzioni tecniche implementabili sulla macchina per soddisfarli. A questa segue una illustrazione degli interventi sulle varie parti della macchina. Infine si espongono brevemente i punti chiave elaborati per la comunicazione della macchina, dal naming alla strategia nei punti vendita.

In this episode, we make the distinction between analog (real-world) values and the values that a computer uses, i.e., digital. We discuss the benefits of digital over analog and describe a simple system to capture analog values.

This PhD work has been carried out at the Legnaro National Laboratories (LNL), one of the four national labs of the National Institute for Nuclear Physics (INFN). The mission of LNL is to perform research in the field of nuclear physics and nuclear astrophysics together with emerging technologies. Technological research and innovation are the key to promote excellence in science, to excite competitive industries and to establish a better society. The research activities concerning electronics and computer science are an essential base to develop the control system of the Selective Production of Exotic Species (SPES) project. Nowadays, SPES is the most important project commissioned at LNL and represents the future of the Lab. It is a second generation Isotope Separation On-Line (ISOL) radioactive ion beam facility intended for fundamental nuclear physics research as well as experimental applications in different fields of science, such as nuclear medicine; radio-pharmaceutical production for therapy and diagnostic. The design of the SPES control system demands innovative technologies to embed the control of several appliances with different requirements and performing different tasks spanning from data sharing and visualization, data acquisition and storage, networking, security and surveillance operations, beam transport and diagnostic. The real time applications and fast peripherals control commonly found in the distributed control network of particle accelerators are accompanied by the challenge of developing custom embedded systems. In this context, the proposed PhD work describes the design and development of a multi-purpose Input Output Controller (IOC) board capable of embedding the control of typical accelerator instrumentation involved in the automatic beam transport system foreseen for the SPES project. The idea behind this work is to extend the control reach to the single device level without losing in modularity and standardization. The outcome of the research work is a general purpose embedded computer that will be the base for standardizing the hardware layer of the frontend computers in the SPES distributed control system. The IOC board is a Computer-on-Module (COM) carrier board designed to host any COM Express type 6 module and is equipped with a Field Programmable Gate Array (FPGA) and user application specific I/O connection solutions not found in a desktop pc. All the generic pc functionalities are readily available in off-the-shelf modules and the result is a custom motherboard that bridges the gap between custom developments and commercial personal computers. The end user can deal with a general-purpose pc with a high level of hardware abstraction besides being able to exploit the on-board FPGA potentialities in terms of fast peripherals control and real time digital data processing. This document opens with an introductory chapter about the SPES project and its control system architecture and technology before to describe the IOC board design, prototyping, and characterization. The thesis ends describing the installation in the field of the IOC board which is the core of the new diagnostics data readout and signal processing system. The results of the tests performed under real beam conditions prove that the new hardware extends the current sensitivity to the pA range, addressing the SPES requirements, and prove that the IOC board is a reliable solution to standardize the control of several appliances in the SPES accelerators complex where it will be embedded into physical equipment, or in their proximity, and will control and monitor their operation replacing the legacy VME technology. The installation in the field of the IOC board represents a great personal reward and crowns these years of busy time during which I turned what was just an idea in 2014, into a working embedded computer today.
Questo lavoro di dottorato è stato svolto presso ai Laboratori Nazionali di Legnaro (LNL), uno dei quattro laboratori nazionali dell’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare. La missione principale dei LNL è la ricerca di base nella fisica e astrofisica nucleare, sostenuta da un’importante ricerca relativa alle tecnologie emergenti. Le attività di ricerca nell’ambito dell’elettronica e dell’informatica sono essenziali per lo sviluppo del sistema di controllo del progetto SPES (produzione selettiva di specie esotiche). SPES è il progetto piú importante e rappresenta il futuro dei laboratori di Legnaro. Si tratta di una infrastruttura di tipo ISOL (separazione di isotopi in linea), di seconda generazione, il cui obiettivo è quello di generare e accelerare un fascio di ioni radioattivi dedicato alla ricerca nel campo della fisica nucleare, astrofisica nucleare, e ad applicazioni sperimentali in diversi campi della scienza come la produzione di particolari radionuclidi per la medicina nucleare che saranno utili per la diagnosi e la cura di patologie oncologiche. Il progetto del sistema di controllo di SPES sarà basato su tecnologie innovative che consentiranno di monitorare e controllare dispositivi tra loro molto diversi e che eseguono funzioni differenti che vanno dall’acquisizione e visualizzazione dei dati, condivisione dei dati in rete, memorizzazione delle informazioni, operazioni di sorveglianza, diagnostiche e trasporto del fascio. In questo contesto, il dottorato di ricerca proposto descrive il progetto e la realizzazione di una scheda elettronica di controllo (IOC) multifunzione capace di controllare quasi tutte le apparecchiature coinvolte nel trasporto del fascio di ioni radioattivi. L’idea di base di questo lavoro è quella di estendere il controllo a livello di singola apparecchiatura o piccoli gruppi di dispositivi senza rinunciare alla modularità e alla standardizzazione dell’elettronica. Il risultato del lavoro di dottorato è un computer embedded multifunzione progettato con tecnologie all’avanguardia che diventerà lo standard, a livello hardware, su cui si baserà il sistema di controllo distribuito di SPES. Questo controllore multifunzione integra tutte le funzionalità di un computer commerciale e in aggiunta è equipaggiato con un dispositivo programmabile sul campo (FPGA) e alcune periferiche non standard dedicate ad applicazioni di controllo specifiche. L’utente finale potrà sfruttare questa scheda elettronica come un qualunque pc commerciale, oppure, potrà sfruttare le potenzialità della FPGA per le elaborazioni digitali dei dati in tempo reale, per il trasferimento dei dati ad alta velocità su fibra ottica, per chiudere anelli di controllo a larga banda e per avere tempi di risposta agli stimoli in ingresso dal campo deterministici e molto brevi. Il documento apre con una introduzione sul progetto SPES prima di descrivere la progettazione, prototipizzazione e validazione della scheda IOC dando particolare risalto alle attività in cui il mio contributo è stato fondamentale. La tesi si chiude descrivendo l’integrazione della scheda IOC nel sistema di diagnostiche di fascio di SPES. Le misure del profilo di fascio eseguite sul campo e l’estensione della sensibilità di corrente a pochi pA confermano che la scheda elettronica progettata è una soluzione affidabile per standardizzare, a livello hardware, il controllo di diverse apparecchiature nel complesso degli acceleratori del progetto SPES. Questa scheda sostituirà la tecnologia VME in diverse applicazioni e sarà la base su cui implementare un sistema di trasporto di fascio automatico e di qualità, fondamentale per il successo delle attività di ricerca ai LNL. L’installazione in campo della scheda elettronica rappresenta una soddisfazione personale enorme e corona questi anni di duro lavoro durante ai quali ho trasformato quella che nel 2014 era solo un’idea, in un computer embedded pienamente funzionante.

Tillsammans med företaget Usify genomfördes en intervjustudie som en del av deras projekt där de utvecklar ett behandlingsprogram riktat till vuxna personer med ADHD. Studien hade sex deltagare vilka var diagnostiserade med antingen ADHD eller ADD. Syftet med studien var att ta reda på vilka upplevelser deltagarna hade gällande video-, text- och ljudmaterial som utformats för behandlingsprogrammet. I materialet gavs förklaringar till de problem ADHD kan ge upphov till samt så presenterade konkreta sätt att hantera dessa på. Intervjuerna analyserades med tematisk analys och resulterade i åtta teman som återspeglade deltagarnas upplevelser, åsikter och reflektioner kring materialet. Deltagarna hade i vissa fall en gemensam uppfattning medan de i andra fall tänkte olika. De var positivt inställda till vissa aspekter av materialet och negativt inställda till andra. Utifrån resultatet diskuteras det hur Usify kan utforma materialet för att ta fram en tjänst som på bästa sätt möter användares behov och önskemål. Ett av de viktiga fynden var att ifall användare ska uppleva sig motiverade att använda tjänsten så behöver videor och texter hållas korta samtidigt som det ges fördjupad information som ger nya insikter och ny förståelse till användaren. Denna information bör ges både i text- och videoformat då båda formaten har olika styrkor jämfört med varandra.
An interview study was carried out together with the company Usify who are developing a treatment program for adults diagnosed with ADHD. The study had six participants who were diagnosed with either ADHD or ADD. The aim of the study was to hear what experiences the participants had after using the material consisting of videos, texts and audio files that had been made for the treatment program. In this material there were explanations of the different difficulties that ADHD give rise to and practical ways to cope with these. The interviews were analyzed using thematic analysis which resulted in eight themes that reflected the participants experiences, opinions and reflections regarding the material. In som cases the participants agreed with each other whereas they disagreed in others. They were positive regarding some aspects of the material and negative regarding others. Based on the results the discussion elaborates on how Usify can go about to design a service that meets user needs and requests. One of the important findings was that in order to have the user motivated to use the service the videos and texts must be kept short, but at the same time there must be depth to the information that gives new insights and understanding to the user. This information should be given in both text- and video format since the two formats have different strengths compared to each other.

Candidato: Lorenzo Selva Titolo Tesi: “Releasing Complex Tectonics: robotic-fabricated adaptive wireframe formwork for non-standard architectural objects" La ricerca in questione si focalizza sullo studio di oggetti architettonici con geometria non-standard ed il parallelo sviluppo di un processo di fabbricazione digitale, in grado di snellirne e facilitarne la produzione. Lo stesso, come si può immaginare, sarà utilizzabile anche per oggetti con geometrie di minore complessità, uniformando in questo modo la logica costruttiva. Nello specifico, l’obiettivo è di esplorare le implicazioni architettoniche e le potenzialità formali che si generano dal rapporto tool - materiale. I processi oggi utilizzati, infatti, mostrano alcuni aspetti controversi che ne limitano efficienza ed applicabilità. Su tutti, operazioni di casseratura ed armatura altamente time e material-consuming ed il fatto che gli oggetti, sostanzialmente, vengono costruiti due volte: la prima durante fabbricazione e posa del cassero; la seconda durante il getto e la presa del materiale di filling. La conseguenza è una concreta anti-economicità su più fronti, che conduce talvolta alla ripetizione e alla semplificazione progettuale delle forme. Un approccio alternativo passa inevitabilmente dal superamento di questa logica, indagando la possibilità di fondere queste due operazioni. Releasing Complex Tectonics nasce appunto con l’idea di estrudere roboticamente mesh tridimensionali, denominate leaking fomworks, con integrata la duplice funzione di cassero e rinforzo. Un processo additivo che minimizza lo spreco di materiale, governato digitalmente e con elevato controllo spaziale e geometrico dell’oggetto prodotto, applicabile indistintamente in-situ e in laboratorio, in grado di svincolare la morfologia del prodotto finale dal tempo e dalla complessità delle operazioni necessarie alla sua realizzazione.