COMPLEX ADAPTIVE SYSTEMS AND BIOROBOTICS

Modulo COMPLEX ADAPTIVE SYSTEMS

Conoscenza e capacità di comprensione

Conoscere i principali metodi di analisi e di controllo di un sistema complesso adattativo

Conoscenze applicate e capacità di comprensione

Saper integrare un sistema non lineare sia isolato che accoppiato, saper calcolare il diagramma di biforcazione, saper analizzare semplici circuiti e sistemi non lineari con capacità adattative

Autonomia di giudizio

Saper decidere quali tecniche di analisi applicare a un sistema dinamico complesso

Abilità comunicative

Conoscere e saper usare i termini tecnici relativi ai sistemi non lineari e ai sistemi complessi. Saper esporre i principali problemi riguardanti tali sistemi in ambiti di ricerca e professionali

Capacità di apprendere 

Applicare le conoscenze di base sui sistemi complessi per affrontare lo studio approfondito di argomenti ad essi collegati ma non trattati esplicitamente nel corso

Lezioni frontali e esercitazioni

Qualora l'insegnamento venisse impartito in modalità mista o a distanza potranno essere introdotte le necessarie variazioni rispetto a quanto dichiarato in precedenza, al fine di rispettare il programma previsto e riportato nel syllabus

The knowledge of the main system theory topics and automatic control techniques is required. Basics of electronic circuit theory suitably helps the students.

La frequenza non è obbligatoria, ma fortemente raccomandata.

Fundamentals of nonlinear dynamical systems. Design of adaptive circuits based on nonlinear devices.

1) Fundamentals of nonlinear dynamical systems: continuous-time systems

2) Theory of elementary bifurcations for continuous-time systems

3) Discrete-time dynamical systems: logistic map and bifurcations

4) Equilibrium points, limit cycles, strange attractors

5) Oscillations in second-order nonlinear circuits

6) Chaotic systems

7) Complex networks: structure and dynamics

8) Control of complex networks

1. S. H. Strogatz, Nonlinear dynamics and chaos, Westview Press; 2nd edition (July 29, 2014)

2. A. Buscarino, L. Fortuna, M. Frasca, Essentials of Nonlinear Circuit Dynamics with MATLAB® and Laboratory Experiments, CRC Press, 2017

3. V. Latora, V. Nicosia, G. Russo, Complex Networks: Principles, Methods and Applications, Cambridge University Press, 2017

Sono previste due modalità (l'una esclude l'altra) per l'esame.

1) Esame orale su tutti gli argomenti del corso

2) Attività progettuali da svolgersi durante le lezioni, previa frequenza del corso, più esame orale sugli argomenti non trattati nelle attività progettuali

La seconda modalità è riservata agli studenti che seguono costantemente le lezioni. Sono previste attività progettuali di gruppo con consegne periodiche stabilite durante le lezioni. Queste attività variano di anno in anno e potranno prevedere a titolo di esempio diagrammi di biforcazioni elementari di un sistema non trattato in aula (tempo previsto 5 ore), studio di un sistema caotico non trattato in aula (tempo previsto 8 ore), analisi di sincronizzazione in una rete complessa (tempo previsto 8 ore).

All topics of the course may be discussed in the examination

Il docente è disponibile anche a incontri di ricevimento in modalità telematica, previo appuntamento/The teacher is also available for online discussion. In this case please send an email to fix an appointment

Examples of examination questions are:

1) Could you describe the saddle-node bifurcation?

2) What are the characteristics of a chaotic system?

3) Which techniques can be used to control the dynamics of a complex network?

4) Could you write the equations of the Hopf normal form and draw the bifurcation diagram?

5) Describe the Kuramoto model and the path to synchronization of this model