Time Fractional Cable Equation And Applications in Neurophysiology

We propose an extension of the cable equation by introducing a Caputo time fractional derivative. The fundamental solutions of the most common boundary problems are derived analitically via Laplace Transform, and result be written in terms of known special functions. This generalization could be useful to describe anomalous diffusion phenomena with leakage as signal conduction in spiny dendrites. The presented solutions are computed in Matlab and plotted.Comment: 10 figures. arXiv admin note: substantial text overlap with arXiv:1702.0532

University Cities: A Strategic Resource of Small and Medium-Sized Cities in Europe

partially_open1noThis chapter is part of a book (Cities as Multiple Landscapes) published in the renowned series “Interdisziplinäre Stadtforschung” (interdisciplinary urban studies, see: http://www.campus.de/buecher-campus-verlag/reihen/interdisziplinaere_stadtforschung-97.html ) by the German publisher Campus who distributes the English books via Chicago University Press, so this book is intended for the US. market too.This chapter addresses the challenges posed in Europe to second-rank cit-ies by the university institutions located within their boundaries. The main thesis is that universities, while also having a key role in European nation-capital cities, like Rome or Berlin, or in world-class metropolises, like Paris and London, exert their driving force best in small and medium-sized cities. Here, universities can be new engines of cultural and economic landscapes. These engines are so powerful that the growth of many European cities and surrounding regions depend on how successful they are in attracting the key factors of university life: public investments in research and education, the best faculty staff, students, private entrepreneurs, and philanthropic actors. In addition, university cities may take advantage of a free and constant flow of communication activities directed both to selected audiences of investors and to the general public, generated by locally-based universities.openAve, GastoneAve, Gaston

Porcine bone scaffolds adsorb growth factors secreted by MSCs and improve bone tissue repair

An ideal tissue-engineered bone graft should have both excellent pro-osteogenesis and pro-angiogenesis properties to rapidly realize the bone regeneration in vivo . To meet this goal, in this work a porcine bone scaffold was successfully used as a Trojan horse to store growth factors produced by mesenchymal stem cells (MSCs). This new scaffold showed a time-dependent release of bioactive growth factors, such as vascular endothelial growth factor (VEGF) and basic fibroblast growth factor (bFGF), in vitro . The biological effect of the growth factors-adsorbed scaffold on the in vitro commitment of MSCs into osteogenic and endothelial cell phenotypes has been evaluated. In addition, we have investigated the activity of growth factor-impregnated granules in the repair of critical-size defects in rat calvaria by means of histological, immunohistochemical, and molecular biology analyses. Based on the results of our work bone tissue formation and markers for bone and vascularization were significantly increased by the growth factor-enriched bone granules after implantation. This suggests that the controlled release of active growth factors from porcine bone granules can enhance and promote bone regeneratio

Controllo robusto di forza per una struttura robotica articolata di tipo Body Extender

La tesi affronta la progettazione e la sintesi di un controllo robusto per un amplificatore di forza ad elevate prestazioni denominato Body Extender. Il Body Extender è un esoscheletro corpo intero a 22 gradi di libertà progettato e costruito dal laboratorio PERCRO della Scuola Superiore Sant'Anna di Pisa. Il sistema è concepito per essere indossato da un operatore umano e muoversi in coerenza con i suoi movimenti, sgravando i pesi e le inerzie della sua struttura e dei carichi trasportati. Il livello di compensazione del carico viene inoltre ridotto a una percentuale arbitraria, in modo da consentire una manipolazione naturale per l'operatore. Per tali motivi nella progettazione del controllo si è dovuto tenere conto della presenza dell'uomo che causa notevoli variazioni dei parametri (massa e rigidezza), della elasticità della trasmissione, e delle differenti situazioni di esercizio della macchina, quali variazioni di carico e interferenza con l'ambiente. Il funzionamento della macchina deve garantire una adattività a tutti i suddetti effetti. Il controllo realizza un comportamento dell'esoscheletro pari ad un amplificatore di forze; nel caso in cui il movimento dell'operatore sia libero risulta invece trasparente per l'utilizzatore. La struttura del controllo presenta due anelli principali: uno più interno che si occupa dell'inseguimento delle traiettorie, implementato con un controllo a dinamica inversa adattivo; mentre l'anello esterno genera il riferimento simulando la pura massa virtuale agli organi di presa. L'anello interno di controllo compensa inoltre l'elasticità concentrata ai giunti annullandone gli effetti dinamici nell'intorno della traiettoria. L'anello esterno utilizza la forza misurata dal sensore per generare un riferimento in accelerazione che viene opportunamente integrato per determinare i riferimenti di velocità e posizione. Un ultimo modulo si occupa della stima delle forze esterne per la corretta amplificazione di forza e per il funzionamento del controllo in posizione. Considerando la natura non stazionaria del modello da identificare, la stima dei carichi viene effettuata con un operatore a media mobile basato su un algoritmo di regressione non lineare. L'analisi della stabilità del sistema è stata effettuata tramite il luogo delle radici, e quindi verificata nei parametri incerti con il software Mathematica. E' stata inoltre programmata un interfaccia in python per il log e la visualizzazione realtime delle variabili di stato del sistama. L'implementazione del controllo progettata in ambiente Simulink di MATLAB usa il real-time Workshop opportunamente configurato, e può essere eseguire gli schemi direttamente nel robot. Sono state effettuate prove sperimentali su un modello di ridotta complessità per verificare le proprietà dinamiche degli algoritmi sviluppati. Sono infine stati effettuati test sulla struttura completa. I risultati delle prove sperimentali hanno evidenziato un accordo con l'analisi teorica realizzata sia in termini di stabilità sia di prestazione