Sinc-based convolutional neural networks for EEG-BCI-based motor imagery classification

Brain-Computer Interfaces (BCI) based on motor imagery translate mental motor images recognized from the electroencephalogram (EEG) to control commands. EEG patterns of different imagination tasks, e.g. hand and foot movements, are effectively classified with machine learning techniques using band power features. Recently, also Convolutional Neural Networks (CNNs) that learn both effective features and classifiers simultaneously from raw EEG data have been applied. However, CNNs have two major drawbacks: (i) they have a very large number of parameters, which thus requires a very large number of training examples; and (ii) they are not designed to explicitly learn features in the frequency domain. To overcome these limitations, in this work we introduce Sinc-EEGNet, a lightweight CNN architecture that combines learnable band-pass and depthwise convolutional filters. Experimental results obtained on the publicly available BCI Competition IV Dataset 2a show that our approach outperforms reference methods in terms of classification accuracy

Epidermal RFID-based programmable smart shield for enhancing security of implantable cardiac devices

In recent years, Implantable Medical Devices (IMDs) have advanced with wireless connectivity, enhancing diagnostic and therapeutic capabilities while introducing cyber and physical vulnerabilities that could threaten patient safety. This paper proposes an epidermal RFID-based wireless programmable smart shield to protect Implantable Cardiac Devices (ICDs) from physical attacks. Positioned on the patient’s skin, the shield blocks untrusted electromagnetic fields in the 401-406 MHz band and can be wirelessly reconfigured at 900 MHz to enable communication with a trusted external programmer for medical assistance. The smart shield is designed as a programmable Frequency Selective Surface (FSS). Preliminary simulations of the unit cell, featuring an RFID IC and PIN diodes for wireless reconfiguration, confirm the concept’s feasibility

Folded Comb-line Array for Backscattering-based Bodycentric Communications in the 5G sub-6 GHz Band

Growing interest in IoT and Healthcare pushes the exploration of innovative solutions for connecting our bodies to external systems. The need for devices interoperability combined with data rate considerations, and low power consumption make 5G backscattering-based communications a promising opportunity, especially in the low sub-6 GHz band. Starting from a monolithic array, this paper proposes a skin-mountable miniaturized antenna suitable for 3.6 GHz body-centric backscattering communications. The array is an improved version of the comb-line antenna, which simultaneously optimizes size and radiation features. The horizontal segments are folded such to place the radiating dipoles closer and increase the radiation efficiency of the structure by co-phasing a single component of the surface currents. Parametric analysis obtains optimal configurations in terms of gain and size. Compared to conventional layout, the miniaturized array has an efficiency 6 dB higher and an area 80% smaller while the improved structure provides a theoretical read distance of more than 4 m. Measurements on a volunteer corroborate the improved performance

Design and Manufacturing of Super-Shaped Dielectric Resonator Antennas for 5G Applications Using Stereolithography

In this work, the inverted micro-Stereolithography (SLA) is used to show the potential of such additive manufacturing (AM) technology at prototyping super-shaped dielectric resonator antennas (S-DRAs) rapidly and accurately. The S-DRAs, which exhibit 3D complex geometries, were designed to operate at 3.5 GHz, suitable for the assessment of 5G communications in the mid band. Initially, a cross-starred-shaped S-DRA was designed and manufactured via the inverted micro-SLA by means of a photopolymer resin as material. As no information about the used material was available from literature and supplier, the dielectric properties of the photopolymer resin were characterized. Moreover, in the view of challenging further the SLA capability, several prototypes, based on the cross star shaped geometry but exhibiting a twist of variable angles along the longitudinal axis, were fabricated and tested. In order to compare the antennas performance in relation to the material volume and sizes, rectangular and cylindrical DRAs were also realized using same material and technology. Scattering parameter S11, gain, bandwidth (BW), efficiency and co- and cross-polarization of all antennas were measured. The experimental results showed that twisted S-DRAs exhibit same performance of the basic cross-starred-shaped antenna, due to the invariance to symmetry of the basic Gielis geometry. The measured gain is about 2.5 dB over a range of 1 GHz in the frequency range of interest; the BW measured for all S-DRAs is about 10%, whereas the efficiency is about 80% at 3.5 GHz. Finally, better performance in terms of bandwidth is shown by the S-DRAs, considering their dramatic volume reduction (~85%) compared to classic rectangular and cylindrical DRAs and other DRA examples already reported in the state of the art

A Biomonitoring Pilot Study in Workers from a Paints Production Plant Exposed to Pigment-Grade Titanium Dioxide (TiO2)

Among particulate matter composing paints, titanium dioxide (TiO2) forms about 20% of the final suspension. Although TiO2 is broadly used in many applications, TiO2 powders represent an established respiratory hazard for workers with long-term exposure. In 35 workers of a paints production plant (15 exposed and 20 not exposed), we assessed pro-inflammatory cytokines (IL-1β, TNF-α, IL-10, IL-17), surfactant protein D (SP-D) and Krebs von den Lungen-6 glycoprotein (KL-6) in exhaled breath condensate (EBC). In urine samples, we measured 8-isoprostane (Isop) and Malondialdehyde (MDA) as biomarkers of oxidative stress, and Titanium (Ti-U) as a biomarker of exposure. Health status, habits and occupational history were recorded. Airborne respirable dusts and Ti were quantified. Particle number concentration and average diameter (nm) were detected by a NanoTracer™ monitoring device. Ti was measurable in filters collected at the respiratory breathing zone (0.11–0.44 µg/m3 8-h TWA). IL-1β and IL-10 values were significantly higher in exposed workers, whereas SP-D was significantly lower (p p 2 in paint production is associated with the subtle alterations of lung pathobiology. These findings suggest the need for an integrated approach relying on both personal exposure and biomarker assessment to improve the hazard characterisation in occupational settings

Il bivalve più grande del Mediterraneo, Pinna nobilis, nella Laguna di Acquatina: indagini preliminari e prospettive

Visitare la Laguna di Acquatina, localizzata lungo la costa Adriatica del Salento, è un’esperienza sensoriale straordinaria, ricca di emozioni, che permette agli studiosi e a differenti gruppi di stakeholder di conoscere e apprezzare un patrimonio naturale dal valore inestimabile, di percepire i suoni dell’ambiente circostante e di osservare la biodiversità nelle sue molteplici forme. Fra queste, la biodiversità in specie è l’insieme delle specie animali, vegetali e microorganismi che si trovano in un ecosistema, in un habitat o in un’area predefinita. Le liste di specie, o checklist, sono gli strumenti di indagine con cui i ricercatori analizzano le variazioni della biodiversità in specie nel tempo, nello spazio e in relazione a differenti fattori di perturbazione, naturali e antropici, inclusi i cambiamenti climatici. Nella Laguna di Acquatina si può facilmente osservare anche la biodiversità a un livello di organizzazione ecologica superiore, cioè la biodiversità tra gli habitat. Quest’ultima è definita come l’eterogeneità degli habitat presenti in un ecosistema o in un’area predefinita. Ad Acquatina è facile osservare e individuare distintamente l’habitat acquatico, la macchia mediterranea, il cordone dunale, l’antistante spiaggia e il mare. La biodiversità in specie della Laguna di Acquatina è elevata, caratterizzata dalla presenza di tutti i gruppi tassonomici caratteristici degli ecosistemi acquatici di transizione e costieri dell’Ecoregione Mediterranea. Sono anche numerose le specie di interesse prioritario, cioè quelle specie che a seguito di forti minacce di degrado ed estinzione vengono sottoposte a un regime di tutela straordinario da parte delle istituzioni internazionali, europee e nazionali. A causa della presenza di numerose specie e habitat di interesse prioritario, la Laguna di Acquatina è inserita all’interno di un più ampio sito facente parte della Rete NATURA 2000. La Rete NATURA 2000 è stata istituita dall’Unione Europea e ha la finalità di tutelare e conservare le specie e gli habitat di interesse prioritario. L’ultimo censimento ufficiale relativo al 2015 elenca 33 specie di interesse prioritario per il sito NATURA 2000 denominato Aquatina di Frigole (IT9150003). La maggior parte delle specie riportate nel censimento appartengono all’avifauna, ma Pinna nobilis (Linnaeus, 1758) non era presente nel censimento del 2015. A partire dalla seconda metà del 2017, le attività didattiche, anche di rilievo internazionale, e di ricerca scientifica a carattere ecologico si sono rafforzate. La Laguna di Acquatina si è trasformata in un autentico laboratorio su campo, utile anche per azioni di divulgazione scientifica e di promozione degli sport acquatici ecosostenibili. Alla fine del 2017 sono stati rinvenuti i primi esemplari di Pinna nobilis (L.) durante lo svolgimento di un campionamento scientifico. Si tratta di un mollusco bivalve appartenente alla famiglia “Pinnidae”, comunemente chiamato cozza penna, nacchera o stura. Pinna nobilis è una specie endemica del Mar Mediterraneo, in cui è il più grande bivalve raggiungendo dimensioni anche superiori a un metro di lunghezza. È una specie protetta dall’Unione Europea attraverso le Direttive 92/43/CEE e 2006/105/CE. La pesca e la rimozione sono assolutamente vietate, e sono previste ingenti ammende per chi agisce illegalmente. Usualmente Pinna nobilis viene associata ad ambienti marini, essa vive sepolta per circa un terzo della sua lunghezza nel sedimento, tipicamente in fondi mobili, preferenzialmente associata alle praterie di fanerogame marine (Posidonia oceanica, Cymodocea nodosa e Zostera marina), e anche in zone sabbiose prive di vegetazione. Le pareti esterne delle valve vengono colonizzate da numerose specie incrostanti animali e vegetali, ciò contribuisce a incrementare la biodiversità in specie dell’area in cui si trova P. nobilis. Questa specie può anche colonizzare le porzioni più prossimali e protette di lagune e stagni costieri, in cui può costituire popolazioni ad elevata densità. Gli ambienti lagunari costituiscono, infatti, un “cosmo” singolarmente variegato ed attraente, per la complessità dei fattori ed interazioni ecologiche, e per la varietà di condizioni trofiche e climatiche che, nel complesso, favoriscono la colonizzazione di questi ambienti da parte di specie marine e d’acqua dolce, siano esse indigene o aliene. Per le sue caratteristiche ecologiche, Pinna nobilis è una specie utilizzata nel biomonitoraggio degli ecosistemi acquatici costieri, inclusi quelli marini, e come specie target nella Strategia Marina (Direttiva MSFD 2008/56/EC). Per quanto riguarda il suo ruolo ecologico, P. nobilis è una specie “filtratrice”- e fornisce numerosi servizi ecosistemici: filtra dalla colonna d’acqua una grande quantità di materia organica e detriti sospesi contribuendo alla rimozione dei nutrienti e alla trasparenza dell’acqua; ospita altre specie determinando un aumento della biodiversità locale; attira subacquei e snorkeler incentivando le attività ricreative e di educazione ambientale. Essendo una specie commestibile, già gli Egizi, i Romani e alcuni popoli Islamici utilizzavano questa specie per scopi alimentari, tessevano il suo bisso per fare dei pregiati ricami e lavoravano le valve per ottenere preziosi ornamenti per le loro vesti. A scala Mediterranea, le informazioni e la letteratura scientifica più recenti su Pinna nobilis (L.) ci raccontano, invece, di una specie esposta a numerose minacce di degrado, di una progressiva riduzione della densità di popolazione e scomparsa dovute alla pesca illegale, ai cambiamenti climatici, agli ancoraggi delle imbarcazioni da turismo e all’azione di un protozoo parassita, denominato Haplosporidium pinnae, che induce la morte degli organismi. La presenza di Pinna nobilis (L.) nella Laguna di Acquatina, Sito di Interesse Comunitario appartenente alla Rete NATURA 2000, sembra essere in controtendenza rispetto alla situazione attuale della specie. Probabilmente la laguna è utilizzata come nursery o habitat rifugio, avendo le condizioni ecologiche ottimali per la specie (Marrocco et al., 2018). L’indagine preliminare a cui si riferisce la ricerca è stata effettuata in un’area limitata della laguna, in vicinanza della foce, e ha permesso di individuare la presenza di undici individui, orientati verso la direzione Nord-Est. I principali parametri biometrici sono stati rilevati in ciascun individuo secondo il seguente schema. La larghezza massima e minima al fondo erano di 15,16 cm ± 0,726 e di 13,81 cm ± 0,611 rispettivamente, e la lunghezza della valva non coperta dal sedimento era di 16,66 cm ± 0,441. Il campionamento è stato “non distruttivo” e nessun individuo è stato rimosso o manipolato. Sono stati anche registrati i parametri abiotici della colonna d’acqua nella zona in cui P. nobilis è stata rilevata (temperatura 12,69 °C ± 0,207; ossigeno disciolto 7,21 mg*l-1 ± 0,278; salinità 24,77 PSU ± 0,963, pH 7,73 ± 0,084) (Marrocco et al., 2018). Benché si tratti di una indagine preliminare, ipotizziamo che la Laguna di Acquatina rappresenti un ambiente protetto per questa specie; qui potrebbe raggiungere dimensioni numeriche tali da permettere il reclutamento e il trans-planting in altri siti idonei, e quindi agevolarne il ripopolamento e la diffusione. La scoperta, effettuata da un team di ricercatori e studenti italiani e stranieri, provenienti da alcuni Paesi asiatici partecipanti al progetto INTER-ASIA, ha suggerito di approfondire l’attività di ricerca, di comunicazione scientifica e di citizen science nell’ambito del progetto IMPRECO “Common strategies and best practices to IMprove the transnational PRotection of ECOsystem integrity and services” – finanziato nell’ambito del Programma di Cooperazione Territoriale Europea “ADRION Adriatic-Ionian Programme INTERREG V-B Transnational 2014-2020, 1st call”. In particolare la ricerca è finalizzata al monitoraggio della specie su una scala spaziale che coinvolge il Mar Adriatico, Ionio ed Egeo. Infatti grazie alla partnership del progetto IMPRECO, distribuita nell’area di riferimento della Strategia Europea per la Regione Adriatico-Ionica (EUSAIR), sarà possibile avviare lo studio della dinamica di popolazione di Pinna nobilis, delle risposte alle perturbazioni e pressioni antropiche, ed ai parassiti mortali. Un protocollo di monitoraggio congiunto e semplificato (Joint Monitoring Protocol of IMPRECO) permetterà di raccogliere dati utili per la conservazione di Pinna nobilis su una ampia scala spaziale, e di coinvolgere gruppi interessati di stakeholder e cittadini nella raccolta dei dati e nella salvaguardia della specie. Per la sua rilevanza scientifica, la ricerca è stata recentemente pubblicata sulla rivista scientifica internazionale Nature Conservation (Marrocco et al., 2018)

Gauge theories as a geometrical issue of a Kaluza-Klein framework

We present a geometrical unification theory in a Kaluza-Klein approach that achieve the geometrization of a generic gauge theory bosonic component. We show how it is possible to derive the gauge charge conservation from the invariance of the model under extra-dimensional translations and to geometrize gauge connections for spinors, thus we can introduce the matter just by free spinorial fields. Then, we present the applications to i)a pentadimensional manifold $V^{4}\otimes S^{1}$, so reproducing the original Kaluza-Klein theory, unless some extensions related to the rule of the scalar field contained in the metric and the introduction of matter by spinors with a phase dependence from the fifth coordinate, ii)a seven-dimensional manifold $V^{4}\otimes S^{1}\otimes S^{2}$, in which we geometrize the electro-weak model by introducing two spinors for any leptonic family and quark generation and a scalar field with two components with opposite hypercharge, responsible of spontaneous symmetry breaking.Comment: 37 pages, no figure