Raman imaging and electronic properties of graphene

Graphite is a well-studied material with known electronic and optical properties. Graphene, on the other hand, which is just one layer of carbon atoms arranged in a hexagonal lattice, has been studied theoretically for quite some time but has only recently become accessible for experiments. Here we demonstrate how single- and multi-layer graphene can be unambiguously identified using Raman scattering. Furthermore, we use a scanning Raman set-up to image few-layer graphene flakes of various heights. In transport experiments we measure weak localization and conductance fluctuations in a graphene flake of about 7 monolayer thickness. We obtain a phase-coherence length of about 2 $\mu$m at a temperature of 2 K. Furthermore we investigate the conductivity through single-layer graphene flakes and the tuning of electron and hole densities via a back gate

Raman Topography and Strain Uniformity of Large-Area Epitaxial Graphene

We report results from two-dimensional Raman spectroscopy studies of large-area epitaxial graphene grown on SiC. Our work reveals unexpectedly large variation in Raman peak position across the sample resulting from inhomogeneity in the strain of the graphene film, which we show to be correlated with physical topography by coupling Raman spectroscopy with atomic force microscopy. We report that essentially strain free graphene is possible even for epitaxial graphene.Comment: 10 pages, 3 figure

Indagini sopra un deperimento della Vigna Sinensis Endlicher in coltura italiana

Vengono esposti i risultati di indagini compiute per scoprire e sceverare le cause di un forte deperimento subìto da estese coltivazioni di Vigna sinensis nel territorio di Goito (Mantova), nel biennio 1958-1959. Si dà la descrizione dell'aspetto delle colture colpite nelle varie fasi dell'accrescimento del vegetale, dalla nascita delle prime piantine allo stadio finale del grave caso fitopatologico, e si indicano parallelamente i fattori parassitari via via identificati. La responsabilità del deperimento viene attribuita a vari agenti patogeni, tra i quali sono stati accertati gli Artropodi fitomizi Empoasca pteridis Dahlbom, Aphis (Doralis) fabae Scopoli, Tetranychus urticae Koch e una complessa Virosi corrispondente per molti sintomi al « Cowpea mosaic virus» di W. T. DALE. Le manifestazioni esteriori delle fitopatie provocate dai vari fattori parassitari nelle piante colpite in pieno campo erano notevolissime, ma fra loro molto confuse. Per chiarire le responsabilità primarie dei singoli agenti patogeni, accanto alle indagini compiute nelle colture interessate sono pertanto state effettuate numerose prove sperimentali su piante acconciamente isolate, sulle quali gli agenti patogeni stessi potevano operare separatamente. Gli Artropodi fitomizi sono stati indagati oltre che come autori di lesioni dirette anche come vettori della suddetta Virosi, per la quale sono state inoltre compiute prove di trasmissione meccanica e per seme. Per quanto concerne le fitopatie provocate esclusivamente dagli Artropodi, risultate diverse nelle manifestazioni esteriori a seconda delle specie interessate e anche nell'ambito di singole specie, sia la cicalina Empoasca pteridis che il pidocchio delle piante Aphis fabae che ancora l'acaro Tetranychus urticae con le loro infestazioni si sono dimostrati responsabili primari di forti arresti nella crescita di tutto il vegetale. L'azione deprimente esercitata da questi fitomizi nelle piante colpite in giovane età persisteva anche a infestazioni ultimate, con gravi conseguenze per la fioritura e per la fruttificazione. A proposito della complessa malattia da Virus, la Empoasca pteridis è risultata vettrice selettiva di un particolare tipo di Virosi i cui sintomi sono stati rappresentati essenzialmente da un notevole schiarimento del reticolo nervale delle foglie. L'Aphis fabae ha invece trasmesso la Virosi in una vasta gamma di sintomi. Nelle prove di trasmissione non si sono ottenuti risultati positivi per mezzo del Tetranychus urticae e per via meccanica. Interessanti osservazioni sono state compiute a proposito della trasmissione per seme, che molto probabilmente nelle colture di Goito apre ogni anno la via alla propagazione della Virosi. Dall'esame dei quadri fitopatologici forniti dai singoli fattori parassitari opportunamente isolati è stato possibile dimostrare come il grave deperimento insorge, si inasprisce e, tra una sintomatologia virosica accentuantesi, raggiunge la fase finale. Degli Insetti fitomizi Empoasca pteridis Dahlbom e Aphis fabae Scopoli, risultati oltre che autori di notevoli fitopatie dirette anche vettori della complessa malattia da Virus in una variata gamma di sintomi, vengono infine descritte le caratteristiche morfologiche specifiche; inoltre per la Cicalina si illustra originalmente l'intero ciclo biologico e per l'Afide si descrive un interessante caso di olociclia monoica sull'ospite secondario scoperto dall'A. proprio su piante di Vigna sinensis coltivate in vasi sotto gabbie. Olociclia monoica da non confondere con quella eventuale della poco conosciuta Pergandeida (Doralida) medicaginis Koch, specie di Afide che l'A. ha notato un'unica volta nelle colture di Vigna sinensis di Goito e per la quale ha fornito la descrizione delle caratteristiche morfologiche delle femmine partenogenetiche virginopare estive

Cheap Lateral Motion Control of Automated Driving Systems in Adverse Conditions

Adverse weather conditions, mainly uncertain road surface conditions, are a remaining challenge in the field of lateral motion control of an Automated Driving System. This thesis proposes treating this challenge as one of addressing model parameter uncertainty. This perspective is framed as a multi-objective optimal robust control problem. The first objective is to simultaneously minimize yaw and lateral position reference tracking errors despite the condition of the road surface. The second objective is to minimize actuator effort. To ensure that the solutions remain practical, this thesis constrains the possible solutions to \textit{cheap} control techniques (techniques that use low amounts of runtime and memory).Before developing controllers, this thesis first develops a new methodology that can be used to determine the amount of tracking error that can be tolerated to achieve an overall target level of safety for the entire Automated Driving System. The new methodology combines three techniques: (1) risk allocation, (2) geometric analysis of the driving task, and (3) statistics. The methodology argues that the control requirements must be designed with consideration of the performance of upstream modules such as planning and localization.To investigate and compare the current state-of-the-art in this field, a high-fidelity simulator is developed with the commercial software CarSim. This simulator enables the simulation of many lateral motion controllers in a wide variety of maneuvers and environmental conditions. Following the development of this simulator, the bicycle car model is used to develop different approaches to lateral motion control. This analysis presents new understandings of how the controller's performance is influenced by the many possible definitions of the system's state. Lateral motion control is then separated into trajectory tracking and path tracking. For the remainder of the thesis, path-tracking is used because it is shown to better decouple lateral motion control performance from longitudinal motion control.One of the challenges of designing a robust controller is balancing conservatism with performance. To address this, a new Linear Parameter Varying (LPV) control technique is developed. This new LPV control technique allows for the design of a controller whose parameters are continuously varying with the scheduled parameters without requiring special characteristics of the model (such as being affine with the scheduling parameters). This approach is used to design a high-performance controller in simulation. Real-world vehicle results on closed-course maneuvers and public road routes show that this new design performs well. The most significant result is that this new LPV control achieves a sufficient balance between tracking performance and passenger comfort for the velocity range of 5-30 m/s on concrete road surfaces and for highway-like and collision-avoidance maneuvers. This same controller also achieves this satisfactory performance on a gravel road between 5 and 15 m/s.The next investigation compares the performance of several controllers that require low computational resources. These results, collected in simulation, argue that many path-tracking control problems can be solved by cheap controllers. More complex controllers are not necessary and instead the researchers in this field should focus less on the commonly solved problems such as lane-keeping, lane-changes, collision-avoidance and more on limit handling, adverse road surface conditions, fault tolerance, and other practical challenges.The final investigation shows that steering dynamics (which are often neglected in lateral motion control) can play a significant role in performance and need to be included in the overall control design. In this investigation, the problem of having little information on the steering actuator is addressed by developing a new data-driven model that captures key characteristics of the actuator. The first characteristic accurately modeled is the dependence of the static gain on velocity. The second characteristic modeled is the decrease in system damping as velocity increases. A steering controller is then developed using this new model. An outer loop controller performs path-tracking control. On-vehicle results show that the resulting design works well on highways in ideal and rainy conditions

Guidance and Control in Autonomous Debris Removal Space Missions via Adaptive Nonlinear Model Predictive Control

Space debris orbiting around the Earth are becoming a major problem that could impair the future of space exploration. Among the different approaches to this problem that have been proposed in recent years, this work focuses on a possible innovative solution, consisting in an autonomous spacecraft that performs a rendezvous maneuver, collects a debris of unknown mass and then moves to a parking orbit. When the spacecraft collects a debris of unknown mass, the dynamics of the system may change substantially, and this may affect the control stability and performance of the spacecraft. In this paper, a control system is designed, capable of handling situations with time-varying and uncertain parameters, as it occurs in space debris removal missions. A control strategy based on an Adaptive Nonlinear Model Predictive Control (ANMPC) is considered. The unknown mass of the debris is treated as an uncertain parameter and is estimated by means of two different methods (Recursive Average and Extended Kalman Filter (EKF)). Then, the estimated mass is used to update the internal model of the ANMPC, which later solves an on-line optimization problem, providing an optimal trajectory and control action for reaching the debris and then the parking orbit. The simulations carried out show that the proposed control system is able to effectively accomplish the requested task

Analisi morfologica ed etologica del ciclo eterogonico

L'Autore espone i risultati delle sue indagini (compiute in Piemonte negli anni 1953-1959) riguardanti un Afide della sottofamiglia Aphidinae, tribù Rhopalosiphonini, che in accordo con la moderna sistematica di BÖRNER (1952) corrisponde al Rhopalosiphum (Aphis) oxyacanthae Schrank (1801). Questa specie di Afide venne studiata o comunque citata sotto nomi diversi ed anche in questi ultimi anni andò incontro a intricate vicende sinonimiche. Tra i suoi sinonimi più recenti figurano quelli di Rhopalosiphon crataegellus Borner (1931), Rh. insertus (Walker) Muhle (1941), Rhopalosiphum prunifoliae Bonnemaison (1946), Rh. crataegellum Rogerson (1948), Rh. insertum (Walker) Stroyan (1952), Rhopalosiphon oxyacanthae (Schrank) Borner (1952), Rhopalosiphum insertum (Walker) Schneider, Wildbolz e Vogel (1957), Rh. oxyacanthae (Schrank) Vidano (1958, 1959). Con i medesimi, secondo l' A., non va confuso il nome .di Aphis crataegella Theobald (1912, 1927) che fu chiamato in causa da BÖRNER (1931) e successivamente da ROGERSON (1948); il nostro Afide è stato descritto da THEOBALD (1927), ma come Rh. primifoliae Fitch e senza venire discriminato dall'affine neartico Rh. Fitchii (Sanderson) Palmer (1952). Il Rh. oxyacanthae finora non venne molto indagato dal punto di vista corologico; sembra diffuso soltanto nella Regione Paleartica; è ben noto soprattutto in Gran Bretagna, ma dev'essere molto comune anche in altri Paesi d'Europa. In Italia, prima delle ricerche dello scrivente, venne osservato soltanto una volta nel Trentino e una volta nell'Emilia. In quest'ultima regione fu segnalato da M. MARTELLI (1939, 1950), il cui reperto indica il limite estremo raggiunto verso il Sud dall'Afide in esame, il quale in base ai dati corologici attualmente noti si può definire tendenzialmente boreale. La presenza del Rh. oxyacanthae in Piemonte venne segnalata dall'A. (1958) che lo trova molto diffuso in pianura, in collina e in montagna (sino sopra i m 1000). Le specie botaniche sulle quali vive il Rh. oxyacanthae, che è olociclico dioico, sono rappresentate da Rosacee Pomoidee (ospite primario) e da Graminacee (ospite secondario). Riguardo alle prime, l'A. ha osservato l'Afide su tutte le cultivar di Malus communis e di Pyrus communis indagate e, inoltre, su Crataegus oxyacantha, C. monogyna, C. azarolus; altri AA. l'hanno notato anche su Mespilus, Cydonia, Sorbus e Cotoneaster; su Pyrus sinensis venne osservato in Torino, da A. GOIDANICH; GAIR (1953) indica come suo ospite primario anche il Prunus cerasus. Circa l'ospite secondario, di cui il Rh. oxyacanthae frequenta normalmente le radici ed il colletto, le osservazioni dell' A. sono state compiute su Agrostis alba, Alopecuriis pratensis, Dactylis glomerata, Festuca rubra, Poa annua, P. pratensis, P. trivialis, Trisetum flavescens e, in esperimento, su Triticum vulgare. Secondo BÖRNER (1952) e BÖRNER e HEINZE (1957) sono ospiti secondari anche le Juncacee Juncus effusus e J. glaucus oltre che le ulteriori Graminacee Glyceria fliiitans, G. aquatica, Phalaris arundinacea e Oryza sativa; quest'ultima pianta ospite dovrebbe però riguardare il Rhopalosiphum rufiabdominalis (Sasaki) Doncaster (1956). Nella specie di Afide in oggetto, che è tipicamente eterogonica, il polimorfismo è molto accentuato e, in virtù di una straordinaria plasticità morfogenetica, in seno all'olociclo della medesima compaiono numerose forme intermedie o ninfali. L'A. fornisce la descrizione di tutte le forme tipiche che sono le seguenti 9: fondatrice (attera), fundatrigenia attera, fundatrigenia alata migrante (di I e di II generazione), esule o virginogenia attera, esule o virginogenia alata, sessupara ginopara reimmigrante (alata), sessupara andropara attera, maschio (alato) e femmina anfigonica (attera). L'esame morfologico delle varie parti del corpo dell' Insetto, eseguito su un grandissimo numero di esemplari, ha permesso di accertare che ogni forma tipica presenta alcune caratteristiche differenziali. In molti casi queste caratteristiche risultano soggette a forti variazioni. A proposito delle antenne si osserva fra l'altro che in parecchie forme possono essere sia 5- che 6-articolate. Tutte le forme alate e in particolare le esuli presentano frequentemente le ali mesotoraciche con il ramo anteriore della nervatura mediana semplice (M 1 + 2) come in Schizaphis, anziché regolarmente diviso (M1 e M2 ). I tubercoli laterali per il loro numero e per le loro dimensioni aiutano, insieme con altri caratteri insiti soprattutto nelle antenne, a distinguere più o meno facilmente le diverse forme dell'olociclo della specie. Tra forma e forma esistono alcune differenze anche nei sifoni, nella codicola ed in altre parti del corpo. Oltre agli adulti, sono stati studiati morfologicamente anche alcuni stati giovanili. A questo proposito si rileva che le neanidi di I età di tutte le forme hanno antenne 4-articolate, mentre le neanidi di II età, quelle di III e le ninfe di III età hanno antenne 5-articolate; le neanidi e le ninfe di IV età, infine, hanno antenne 5- oppure 6-articolate, come le immagini delle rispettive forme. Riguardo alle forme intermedie, nessuna era conosciuta in precedenza per il Rh. oxyacanthae se non attraverso due lavori dell'A. (1958, 1959). Esse per le loro inequivocabili peculiarità morfologiche sono da considerare ninfali di varie forme tipiche della specie, eccettuate soltanto la fondatrice e la femmina anfigonica. Queste forme intermedie sono la fundatrigenia ninfale, l'esule ninfale, la sessupara ginopara ninfale, la sessupara andropara ninfale ed il maschio ninfale; hanno generalmente l'aspetto di ninfe, a differenza delle quali risultano però somaticamente e sessualmente mature; la loro comparsa è in relazione con la straordinaria plasticità morfogenetica delle forme tipiche interessate. Da un punto di vista biologico generale rivestono un particolare interesse le sessupare ninfali ed il maschio ninfale. Il ciclo biologico del Rh. oxyacanthae è normalmente dioico: si compie, mediante la partecipazione concatenata delle varie forme partenogenetiche e degli anfigonici, in parte su un ospite primario legnoso (Rosacee Pomoidee) ed in parte su un ospite secondario erbaceo (Graminacee). A differenza di altre specie congeneri, evolventisi sulle Graminacee mediante il paracielo o l'anolociclo, l'Afide in oggetto non ha finora dimostrato di potersi perpetuare sull'ospite secondario con il concorso di sole virginogenie; esso in ben determinati biotopi naturali, come anche in esperimento, manifesta però la capacità di potersi evolvere sull'ospite secondario medesimo attraverso un olociclo monoico anomalo (Vidano, 1959). L'olociclo dioico si può così riassumere. Dall'uovo durevole, ibernante su rametti di Pyrus, Malus, Crataegus, ecc., dopo la metà di marzo nasce la fondatrice, la quale origina fundatrigenie alate e fundatrigenie attere, nonché fundatrigenie ninfali. Le fundatrigenie attere e quelle ninfali partoriscono una seconda generazione di fundatrigenie alate che, come quelle della prima generazione, migrano in volo sulle Graminacee. Qui vengono partorite le esuli o alienicole o virginogenie, le quali sono tendenzialmente radicicole. Le esuli stesse, che sono differenziate in attere ed in alate, nonché in ninfali, si trovano sull'ospite secondario dalla seconda metà di aprile a ottobre e presentano 11-12 generazioni; esse alla fine della buona stagione originano le sessupare andropare e le sessupare ginopare, forme che risultano attive prevalentemente nel mese di otfobr·e. Le sessupare ginopare alate (esistono anche sessupare ginopare ninfali, che ovviamente non abbandonano l'ospite di origine) reimmigrano in volo sull'ospite primario per partorirvi le femmine anfigoniche. Le sessupare andropare, sia attere che ninfali, originano i maschi alati (vengono alla luce anche maschi ninfali che, come le sessupare ginopare ninfali, restano sull'ospite secondario), i quali raggiungono in volo le femmine anfigoniche sull'ospite primario. Con la deposizione dell'uovo durevole, che ha luogo dalla fine di ottobre a dicembre inoltrato, si conclude l'olociclo dioico della specie. L'olociclo monoico anomalo summenzionato è stato indagato dallo scrivente sia in natura che in esperimento. Esso si compie in virtù di una insolita plasticità bio-ecologica delle forme tipiche della specie legate di norma all'ospite primario. La femmina anfigonica, il maschio, la fondatrice, la fundatrigenia attera e la fundatrigenia alata sono le forme interessate, potendo esse adattarsi a vivere sull'ospite secondario, dove può venire deposto anche l'uovo durevole. L'olociclo monoico che ne deriva risulta eterotopo, poiché le suddette forme allotopiche ed allotrofiche frequentano gli organi epigei delle Graminacee, mentre le esuli come è noto sono prevalentemente radicicole. Una larvata tendenza del Rh. oxyacanthae alla potenziale monoecia si manifesta anche con la comparsa in seno all'olociclo dioico della specie di due sorprendenti forme intermedie: la sessupara ginopara ninfale ed il maschio ninfale, che non possono naturalmente abbandonare l'ospite secondario. Alcune ipotesi evoluzionistiche di A. MORDVILKO (1934), riguardanti il passaggio di una specie con tutte le forme dell'olociclo dall'ospite primario all'ospite secondario, sembrano potersi applicare al nostro caso. E un cenno in proposito viene fatto. Peraltro si ricordano i casi della Neanoecia zirnitsi Mordv., in cui l'olociclo monoico sull' ospite secondario si compie per l'intervento di Formiche, e del Myzodes persicae Sulz. in cui invece la monoecia olociclica non si attua, a causa della forte specializzazione della fondatrice a vivere sull'ospite primario. Infine viene ricordato che fra i tipi di ciclo biologico di altre specie della tribù dei Rhopalosiphonini il fenomeno anomalo dell'olociclo rr:onoico del nostro Afide non rimane filogeneticamente del tutto isolato. Dalle indagini svolte riguardo ai simbionti antagonisti, è emerso che, in Piemonte, il Rh. oxyacanthae risulta avversato più o meno efficacemente da predatori e parassiti in tutte le fasi del suo olociclo. Le generazioni primaverili evolventisi su Pomoidee vengono perseguitate prevalentemente da Syrphidae, Coccinellidae e Braconidae; le esuli risultano parassitizzate da una specie di Braconidae e da una di Aphelinidae; le forme autunnali, viventi sull'ospite primario, vengono predate in gran numero da larve di Syrphidae e di Neuroptera Chrysopidae e Hemerobiidae; le uova, infine, risultano distrutte da un Acaro Trombidiidae. Il Rh. oxyacanthae è assiduamente frequentato dalle Formiche sia in primavera sull'ospite primario che durante tutta la buona stagione sull'ospite secondario, ma non in autunno sull'ospite primario. A proposito dei danni, si rileva che quelli causati dalle infestazioni primaverili dell'Afide alle Pomoidee sono i più evidenti; tuttavia non bisogna dimenticare che effetti negativi più o meno gravi possono riguardare anche le Graminacee durante i mesi estivi e le Pomoidee stesse in autunno. Nella lotta si ottengono i migliori risultati effettuando appropriati trattamenti contro le uova ibernanti sull'ospite primario; mediante tempestivi trattamenti di secondo grado (prefiorali) a base di acconci insetticidi per contatto si possono d'altra parte eliminare facilmente sul nascere le infestazioni dovute alle fondatrici ed alle fundatrigenie

A Pontryagin-based NMPC approach for autonomous rendez-vous proximity operations

This paper proposes a Pontryagin-based approach to Nonlinear Model Predictive Control for autonomous guidance and control in spacecraft maneuvering. The proposed approach guarantees, under suitable conditions, an explicit control law also in presence of nonlinearities. Taking advantage of the Pontryagin Minimum (or Maximum) Principle, the optimization problem solution turns into a two-points boundary value problem, whose differential equations and boundary conditions are the Karush-Kuhn-Tucker necessary conditions of optimality. Conversely to the numerical methods for nonlinear/non-convex optimization, the proposed methodology returns an explicit control law without any a-priori assumption about the input signal parametrization, achieving high performances without increasing the computational complexity of the algorithm. The proposed control algorithm is designed for the proximity operations of a rendez-vous problem which dynamics is described by the so-called Clohessy-Wiltshire equations. A modified NMPC cost function is employed in order to promote the bang-bang behavior of the input signal. This latter yields an improvement of the performances in terms of propellant consumption with respect to the classic quadratic cost indexes

A Sparse Nonlinear Model Predictive Control for Autonomous Space Missions

Propellant consumption minimization is a key factor in space missions, as it strongly affects the duration of any mission. Nowadays, delta-V guidance strategies are obtained by means of classical ground based open loop methods, while academic research has mainly focused on autonomous low-thrust strategies. However, classical methods return instantaneous impulsive thrust actions that are not always feasible in practice, due to the technical limitations of real propulsion systems. In this paper, a novel Nonlinear Model Predictive Control framework for autonomous guidance and control with high-thrust quasi-impulsive maneuvers is presented. The internal prediction model is based on the so-called Modified Equinoctial Orbital Elements, which allow us to overcome relevant singularities given by the standard Keplerian elements. Different NMPC cost functions are compared in order to have a sparse thrust profile, minimize at the same time the propellant consumption and the tracking error with respect to the target orbit. In particular, it is shown how non-quadratic norms could achieve better performances. Finally, an Earth Observation mission, employing different NMPC functionals, is used as a benchmark and the results are compared with the ones coming from the classical astrodynamics solutions

LISA L3 gravity wave observatory: Non-linear modelling and possible DFAC methods

Recently, we witnessed the revolutionary discovery of gravitational waves (GW) by a ground-based laser interferometric observatory: a potentially game-changing observation tool in astronomy. Hence, the opportunity of setting up a space-based GW observatory, including their low-frequency spectrum not accessible from the ground, is gaining more and more support. In this framework, the Laser Interferometer Space Antenna (LISA) mission has been already selected, within the European Space Agency selection of the L3 launch opportunity. Consequently, LISA might be the first space mission scanning the sky to retrieve both polarisations of the GWs simultaneously, and to measure their source parameters in a bandwidth spanning from 10-4 to 10-1 Hz. The latest LISA mission concept, nominally lasting 4 years in Science Mode, encompasses three identical satellites, in an Earth-trailing heliocentric orbit about 50 Mkm from the Earth. What is more, the three satellites will be placed in a triangular constellation, whose three arms, averagely long 2.5 Mkm, are endowed with six optical links for laser interferometry. Laser interferometry aims to measure, with high accuracy, the distance variations among the free-flying test masses hosted in the three spacecrafts. To this purpose, each spacecraft is drag-free controlled, in order to follow its own two test masses, along each of its two interferometric axes. In this paper, we first review the general aspects of the LISA mission, including those successfully tested in the LISA Pathfinder experiment. Then, an overall non-linear model is proposed to describe the LISA constellation dynamics. Possible methodologies for the LISA Drag-Free Attitude Control System (DFACS) are finally discussed