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Tesis > TEMA

Computación [ 80 tesis ]

Modelos Computacionales [ 11 tesis ]

Isoardi, Esteban José Pablo. "Métodos de modelado y simulación de metales y aleaciones" (2003) Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Universidad de Buenos Aires

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Dengra, Silvina. "Estudios experimentales y teóricos del transporte iónico en electrodeposición en celdas delgadas" (2004) Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Universidad de Buenos Aires

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Resumen:
Se estudió el transporte iónico y la morfología de crecimiento en depósitos ramificados en celdas delgadas a través de mediciones experimentales y teóricas, y el modelado computacional. Se usaron en forma simultánea las técnicas de Schlieren y partículas trazadoras para seguir la evolución de los frentes de concentración y los rollos convectivos en regímenes gravitoconvectivos y electroconvectivos dominantes. El modelo teórico macroscópico se basa en primeros principios, la ecuación de Nernst- Planck para el transporte de iones, la ecuación de Poisson para el potencial electrostático y la ecuación de Navier-Stokes para el flujo de fluido. Se presentan simulaciones numéricas para configuraciones de celdas reales usando computación en serie y paralela. En las simulaciones numéricas en paralelo, se hizo uso de técnicas de descomposición por dominios y métodos fuertemente implícitos para su implementación en un cluster tipo Beowulf con MPI bajo Linux. Esto permitió la utilización de mallas muy finas en dorninios distorsionados que se acercan más a la realidad de los experimentos físicos realizados, con el beneficio de un speed up casi lineal para algunos casos. La teoría y las simulaciones numéricas predicen la completa interacción de los frentes, la generación de vértices y una correcta evolución espacio-temporal, en concordancia con los resultados experimentales observados.

Abstract:
Ion transport and growth morphology in ramified deposits in thin-layer cells are studied through experimental measurements and theoretical and computational modeling. Simultaneous Schlieren and particle image velocimetry techniques are used to follow front development of concentration fields and convection rolls in gravitoconvection and electroconvection prevailing flows. The theoretical macroscopic model is based on first principles, using the Nernst-Planck equations for ion transport, the Poisson equation for the electrostatic potencial and the Navier-Stokes equations for the fluid flow. Numerical simulations in realistic cell configurations using serial and parallel computing are presented. In the parallel simulations, use is of domain decomposition techniques with a strongly implicit iterative method and its implementation in a Beowulf cluster under MPI and Linux. This allows the utilization of very fine grids in highly distorted domains with a more realistic physical parametrization and results in a robust algorithm attaining almost linear speed up. Theory and simulations predict full front interaction, vortex generation and merging, and a space-time fronts evolution, in close agreement with the results observed in the experiments.

Mocskos, Esteban Eduardo. "Transporte iónico y crecimiento en electrodeposición ramificada: teoría, simulaciones y experimentos" (2008) Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Universidad de Buenos Aires

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Resumen:
La formación de patrones de crecimiento (GPF), es decir, el crecimiento inestable de interfaces, es un fenómeno común en un amplio rango de problemas que van desde la física a la biología. Estos fenómenos producen geometrías complejas de carácter dendrítico o fractal y eventualmente caos, y han sido intensamente estudiadas en el contexto de los fenómenos de crecimiento fuera del estado de equilibrio. Un ejemplo paradigmático de GPF es la Electrodeposición en Celda Delgada (ECD). La ECD consiste en dos portaobjetos de vidrio que encierran dos electrodos paralelos y un electrolito (por ej. sulfato de cobre en agua destilada); la aplicación de una diferencia de potencial entre electrodos produce un depósito ramificado por reducción del ion metálico. Variando los parámetros de control, tales como la orientación de la celda respecto a la gravedad, la concentración de la solución, la diferencia de potencial aplicada o el espesor de la celda, se obtiene una amplia variedad de patrones de crecimiento que van desde morfologías fractales hasta morfologías densamente ramificadas. El crecimiento dendrítico es acompañado por un complejo proceso fisicoquímico hidrodinámico de transporte iónico. Este es principalmente gobernado por la difusión, migración y convección. A su vez, la convección está producida por las fuerzas de Coulomb debidas a cargas eléctricas locales y por la gravedad debida a gradientes de concentración que llevan a gradientes de densidad. En este trabajo se estudia la naturaleza de la ECD a través de mediciones experimentales, un nuevo modelo macroscópico y su simulación numérica. El modelo se basa en primeros principios y utiliza las ecuaciones de Nernst-Planck para el transporte iónico, la de Poisson para el potencial eléctrico, la de Navier-Stokes para el fluido y un nuevo modelo de crecimiento estocástico basado en Modelo de Ruptura de Dieléctrico/Dielectric Breakdown Model (DBM) para el crecimiento del depósito. Las ecuaciones se escriben en función de un conjunto de números adimensionales, en particular, los números de Grashof eléctricos y gravitatorios, que revelan la relativa importancia de la electroconvección versus la gravitoconvección en ECD. El sistema de ecuaciones en derivadas parciales altamente no lineal se resuelve en una grilla uniforme usando diferencias finitas y un método iterativo fuertemente implícito. Los principales resultados obtenidos son. En una ECD en una celda en posición horizontal, el modelo predice la evolución de dos rollos convectivos en la zona cercana a los electrodos: su nacimiento, crecimiento, expansión, colisión y unión en un solo rollo que termina ocupando toda la celda. En una ECD en posición vertical, con el cátodo encima del ánodo, el modelo predice que la gravedad induce rollos de concentración que permanecen pegados a los dedos en crecimiento; la falta de desprendimiento de rollos lleva a una estratificación global de densidades. En contraste, en una ECD en posición vertical pero con el cátodo debajo del ánodo, el modelo predice el desprendimiento de rollos de ambos electrodos en forma de plumas, que se expanden unas hacia las otras, mezclándose, invadiendo toda la celda y generando un régimen global inestable. En presencia de crecimiento ramificado, el modelo predice la existencia de un anillo vorticoso en la punta de la dendrita producido por fuerzas eléctricas locales, interactuando con los frentes de concentración y rollos convectivos, del cual emerge un fluido complejo con movimiento helicoidal así como también el nacimiento y muerte de vórtices y dendritas, y su mutua interacción. Las estructuras hidrodinámicas y su evolución espacio temporal se observan experimentalmente lo cual sugiere que el transporte iónico subyacente al crecimiento de las dendritas está remarcablemente bien capturado por el modelo macroscópico introducido.

Abstract:
Growth pattern formation, that is, the unstable growth of interfaces, is a common phenomenon in a wide range of problems from physics to biology. It produces complex geometries of fractal or dendritic character and chaotic patterns and has been extensively studied in the context of far from equilibrium phenomena. An example is electrochemical deposition (ECD) of ramified metallic clusters in thin cells. ECD consists of two glass plates sandwiching two parallel electrodes and an electrolyte, a voltage difference applied between electrodes produces a ramified deposit. Varying cell orientation relative to gravity, solution concentration, voltage difference, and cell thickness, a wide variety of growth patterns ranging from fractal to dense branched aggregates can be obtained. Dendrite growth is accompanied by a complex physicochemical hydrodynamic ion transport process. Ion transport is mainly governed by diffusion, migration and convection, and convection is mostly driven by coulombic forces due to local electric charges and by buoyancy forces due to concentration gradients that lead to density gradients. Here we study the nature of ECD through experimental measurements and a new macroscopic model and its numerical simulation. The model, based on first principles, uses the Nernst-Planck equations for ion transport, the Poisson equation for the electrostatic potential, the Navier-Stokes equations for the fluid flow and a new stochastic growth model, based on a Dielectric Breakdown Model (DBM), for deposit growth. The equations are written in terms of a set of dimensionless quantities, in particular, the Electric and gravity Grashof numbers, revealing the relative importance of electroconvection vs. gravitoconvection. The nonlinear system of partial differential equations is solved in a uniform grid using finite differences and a strongly implicit iterative scheme. In ECD in a cell in a horizontal position, our model predicts the evolution of two gravity driven convective rolls and concentration shells attached to each electrode: their birth, growth, expanding towards one another, collision and merging into a single roll invading the whole cell. In ECD in a cell in vertical position, cathode above anode, our model predicts that gravity induced rolls and concentration shells remain locally attached to downwards growing fingers, thus global invasion of the cell by gravity induced rolls is suppressed leading to a stable stratified flow. In ECD in a cell in a vertical position, cathode below anode, our model predicts the detachment of rolls and concentration shells from each electrode in the form of plumes, expanding towards one another, mixing, invading the whole cell and leading to an unstable flow. For ECD whether in horizontal or vertical position, in the presence of growth, our model predicts the existence of an electrically driven vortex ring at the dendrite tip interacting with concentration shells and rolls, leading to complex helicoidal flows as well as the birth and death of vortices and dendrites and their mutual interaction. Such structures are experimentally observed suggesting that ion transport underlying dendrite growth is remarkably well captured by our model.

Quinteros, Javier. "Modelado numérico de un sistema de tipo andino y su respuesta a variaciones climáticas y reológicas" (2008) Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Universidad de Buenos Aires

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Resumen:
En esta tesis se modelan numéricamente procesos asociados a la tectónica de placas por medio del diseño y la implementación de dos modelos completamente originales basados en el método de los elementos finitos. Además, es la primera vez que se aplican este tipo de modelos numéricos a las regiones tratadas en esta tesis. El primer modelo está basado en las ecuaciones de Stokes (dinámica de fluidos) y simula la evolución de largo plazo y en gran escala de la corteza en un orógeno de tipo Andino. Este modelo ha sido acoplado con un modelo de compensación isostática y otro de erosión. Se simuló la evolución de la corteza superior de los Andes Australes a los 47ºS durante el Mioceno. Se determinó en la simulación el rol clave de la erosión superficial y de la cortical, así como también la aparición de un fenómeno de rain-shadow. El otro es un modelo termo-mecánico y basado en la deformación de sólidos. Es capaz de simular el comportamiento elasto-visco-plástico de los materiales y reproducir procesos geodinámicos hasta una profundidad de 410 km bajo diversas condiciones cinemáticas. Se pueden incluir una cantidad arbitraria de materiales con diferentes propiedades por medio de sus parámetros. No se conocen implementaciones de modelos con este tipo de características que se apliquen al estudio de este tipo de procesos. El modelo fue utilizado para estudiar las particularidades de un proceso denominado delaminación. Se simuló la evolución durante casi 9 millones de años (My) de un dominio de 150 km de profundidad y 300 km de ancho que incluye el manto litosférico y astenosférico. En este experimento, las raíces del orógeno se desprenden de la corteza inferior debido a su transformación en eclogita. Además, se presenta en detalle un framework de propósito general. Este fue diseñado para resolver distintos tipos de ecuaciones en derivadas parciales por el método de los elementos finitos. Su diseño modular y el uso adecuado de las abstracciones brindan una gran flexibilidad para utilizar diferentes tipos de elementos para resolver los problemas. También puede ser extendido a otro tipo de ecuaciones y elementos. Esta tesis es un ejemplo de los avances y mejoras que pueden ser alcanzados en distintas ramas de la ciencia por medio de la investigación y colaboración interdisciplinaria.

Abstract:
Plate tectonic processes are numerically modeled in this thesis by means of the design and implementation of two completely original models based on the finite element method. Besides, it is the first time that this type of numerical models are applied to the regions studied in this thesis. The first model is based on Stokes equations (fluid dynamics) and simulates the large-scale and long-term evolution of the crust in an Andean-type orogen. It has been coupled with an isostatic compensation model and with an erosion model. The evolution of the upper crust of the Patagonian Andes at 47ºC during Miocene is simulated. The key role of the crustal and superficial erosion was determined in the simulation as well as the establishment of a rain-shadow. The other model is thermo-mechanical and based on solids deformation. It can simulate elasto-visco-plastic behaviour of materials and reproduce geodynamical processes to a depth of 410 km under different kinematical conditions. Any number of materials with different properties can be included in the simulations by means of a proper setting of parameters. No other models with these features have been implemented and applied to the study of this type of processes. The model is employed to study the insights of a geodynamic process called delamination. The evolution of a 150 km deep and 300 km wide domain consisting of lithosphere and asthenosphere through almost 9 million years (My) is simulated. In this experiment, the root of the orogen detaches from the lower crust due to its transformation into a dense eclogite. In addition, a full-featured general purpose framework is presented in detail. This was designed to solve different types of partial differential equations by means of the finite element method (FEM). Its modular design and the proper use of abstractions give a huge flexibility to employ different types of elements to solve the problem. It can also be extended to other type of elements and equations. This thesis is an example of the improvements and enhancements that can be achieved in different branchs of science by means of the interdisciplinary research and collaboration.

Fernández Slezak, Diego. "Estimación de parámetros en modelos biológicos complejos. Aplicación a modelos de crecimiento tumoral" (2010) Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Universidad de Buenos Aires

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Resumen:
Las ciencias de la vida comprenden todos los campos de la ciencia que estudian organismos vivos y procesos biológicos. Tradicionalmente, la biología y la medicina han sido los campos centrales de las ciencias de la vida. Los avances tecnológicos en biología molecular y biotecnología trajeron consigo un crecimiento sin precedentes de campos interdisciplinarios, tales como la bioinformática, biología computacional, biología de sistemas, y neuroinformática por nombrar algunas. En particular, el estudio computacional del cáncer y terapias asociadas se ha transformado en una rama muy importante dentro de la biología computacional. Resultados provenientes de la biología ́de sistemas están siendo utilizados para todo tipo de investigación que comprenden tanto descubrimientos biológicos como avances para el diagnósticoy la medicina clínica. En muchas aplicaciones, los datos provenientes de estudios clínicos, biológicos o moleculares son condensados en modelos matemáticos con cierto poder predictivo. No es infrecuente que estos modelos incluyan gran cantidad de parámetros libres cuyos valores deben ser estimados para obtener un completa determinación del modelo. El proceso de determinación de parámetros presenta un gran desafío en el desarrollo de modelos matemáticos o computacionales de procesos biológicos. En consecuencia, un paso necesario para la utilización efectiva de modelos en la predicción de fenómenos biológicos es la estimación de parámetros libres. El ajuste de parámetros es un área muy estudiada en ciencia, tecnología, economía estadística, y otras disciplinas, por lo cual existen muchos enfoques para resolverlo. En la mayoría de estos enfoques, uno de los desafíos más difíciles de confrontar es la enorme demanda de poder de cómputo requerida tanto en la resolución delmodelo como en el proceso de estimación de parámetros. Dado que la simulación numérica cuenta entre las aplicaciones más fértiles de la Ciencia de la Computación, no debe resultar extraño que un número considerable de estudiosos de la computación científica se hayan volcado al campo de simulación numérica de procesos biológicos. Con el crecimiento exponencial en la potencia computacional de los sistemas modernos, se han ampliado los desarrollos y resolución de sistemas cada vez más grandes y complejos que han permitido atacar el modelado de sistemas biológicos de alta complejidad. En esta tesis nos proponemos estudiar el problema de estimación de parámetros y evaluación de las soluciones encontradas en el modelado de crecimiento tumoral en etapa avascular, utilizando computación de alto rendimiento. Para ello, hemos extendido un modelo de crecimiento de esferoides multicelulares, modelo que abar ca una gran variedad de casos experimentales. Para la evaluación de este modelo de ecuaciones diferenciales en derivadas parciales con condiciones de borde dependientes del tiempo, se desarrollá una solución numérica utilizando el todo de diferencias finitas. Este modelo resultó tener una considerable versatilidad en las soluciones encontradas, mostrando un rango muy amplio de comportamientos que permiten la explicación de una amplia gama de posibles experimentos. A partir de datos experimentales y sintéticos hemos ajustado los parámetros del modelo mediante técnicas de optimización no lineal, utilizando una función decosto de cuadrados mínimos. Mediante el uso de computación de alto rendimiento con miles de procesadores disponibles, exploramos el espacio de parámetros del problema analizado, evaluando dicha función de costo a partir de distintos puntos iniciales y con distintos algoritmos de optimización. De esta forma, se realizó un barrido exhaustivo del espacio de parámetros, lo que nos permitió encontrar una multiplicidad de mínimos locales en el ajuste de parámetros, como así también lo que a todas luces parece ser el mínimo global de la función de costo. El resultado sorprendente de esta búsqueda exhaustiva es que el valor de los parámetros en el tan buscado mínimo global corresponde a valores de parámetros que carecen de sentido desde un punto de vista biológico. Esta tesis muestra un ejemplo en el cual los parámetros del modelo que optimizan el ajuste a los datos experimentales no son necesariamente los mejores en términos biológicos, un fenómeno que es similar al problema de sobreajuste, conocido en el ámbito de aprendizaje estadístico. De esta manera, ponemos de manifiesto la necesidad de una doble verificación de los parámetros encontrados para identificar posibles soluciones fuera del rango realista en términos biológicos dado la complejidad del espacio de par ́metros. Para evitar dicho sobreajuste del modelo a los datos, proponemos la utilización de parámetros sub-óptimos que, no obstante, son explicativos de comportamientos biológicos no tomados en cuenta en el ajuste, pero que podrán ser utilizados para restringir la enorme cantidad de soluciones sub-óptimas encontradas. De esta forma llegamos a una solución de compromiso entre la función de costo óptima y valores biológicamente realistas. Concluimos que la mejor estrategia para el ajuste de un modelo a un experimento dado es el diseño simultáneo del modelo y los experimentos acordes. Algunos experimentos pueden permitir la determinación de parámetros mejor que otros, por lo que una estrategia posible para el ajuste será la generación de experimentos independientes que permitan contrastar y acotar los valores de los distintos parámetros, especialmente de aquellos que la optimización no ha podido ajustar convincentemente. En la ausencia de un modelo basado en primeros principios, la estimación de parámetros no puede simplemente confiar en la optimización de una función de costo. Proponemos que el enfoque presentado en esta tesis deber ser un procedimiento estándar a la hora de ajustar los parámetros de modelos biológicos complejos, y presentamos una formalización del procedimiento como generalización de la estrategia.

Abstract:
Computational Life Sciences include all areas of science that study biology processes and living organisms. Computational Life Sciences is helping to provide a fundamental understanding of complex biological systems and offers the potential to significantly impact a wide variety of technologies, including drug discovery, novel therapies for human, animal and plant diseases,metabolic engineering and efficient production of traditional and high-value foodstuffs. In particular, the computational study of cancer and associated therapies has become in a very proliferative and important section of com- putational biology. The vast computational resources that became available during the past decade enabled the development and simulation of increasingly complex math- ematical models of cancer growth. These models typically involve many free parameters whose determination is a substantial obstacle to model develop- ment. Direct measurement of biochemical parameters in vivo is often difficult and sometimes impracticable, while fitting them under data-poor conditions may result in biologically implausible values. In this thesis, we extended a model of avascular tumor growth covering a great amount of experimental cases. We discuss different methodological approaches to estimate parameters in complex biological models. We make use of the high computational power of the Blue Gene technology to perform an extensive study of the parameter space in a model of avascular tumor growth. We explicitly show that the landscape of the cost function used to optimize the model to the data has a very rugged surface in parameter space. This cost function has many local minima with unrealistic solutions, including the global minimum corresponding to the best fit. The case studied in this thesis shows one example in which model parameters that optimally fit the data are not necessarily the best ones from a biological point of view. To avoid force-fitting a model to a dataset, we propose that the best model parameters should be found by choosing, among suboptimal parameters, those that match criteria other than the ones used to fit the model. We also conclude that the model, data and optimization approach form a new complex system, and point to the need of a theory that addresses this problem more generally.

Evin, Diego Alexis. "Incorporación de información suprasegmental en el proceso de reconocimiento automático del habla" (2011) Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Universidad de Buenos Aires

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Resumen:
Desarrollar sistemas informáticos capaces de interactuar con sus usuarios de la forma más natural y eficiente posible es uno de los requisitos esenciales para lograr la integración del mundo tecnológico en la so- ciedad. En ese marco el habla se presenta como una de las formas de comu- nicación más eficientes y naturales que posee el ser humano. Es por ello que desde el origen mismo de la investigación en ciencias de la computación, el desarrollo de interfaces hombre-máquina a través de la voz ha despertado un gran interés. Uno de los elementos que componen dicha interfaz oral es el Re- conocimiento Automático del Habla (RAH), área de la Inteligencia Artificial que busca desarrollar sistemas computacionales capaces de transformar un fragmento de habla en su trascripción textual. El RAH es un problema de gran complejidad, lo que se puede atri- buir principalmente a dos factores: en primer lugar a la variabilidad de la señal de habla, que responde a múltiples factores como caracte- rísticas particulares del locutor y medio acústico donde se registra, la velocidad y estilos de elocución; y en segundo lugar a la necesidad de encontrar palabras individuales en un continuo acústico, es decir realizar al mismo tiempo las tareas de segmentación y clasificación. Si bien se pueden encontrar en los últimos años avances significa- tivos en el desempeño de los sistemas de RAH, aún hay mucho por mejorar en relación a la capacidad de reconocimiento que presentan los oyentes humanos para las mismas tareas y bajo las mismas con- diciones. Varias hipótesis intentan explicar esta diferencia de desem- peño: información insuficiente o representada de manera inadecuada en los sistemas automáticos, problemas en el modelado del sistema de reconocimiento, insuficientes cantidades de ejemplos empleados para lograr tasas de reconocimiento similares, etc. Con respecto al primero de estos puntos, los sistemas de RAH no utilizan toda la información acústica disponible en la señal de habla. Dichos sistemas interpretan el habla como secuencias de unidades cu- yas duraciones se encuentran a nivel segmental (fonético). Por lo tanto procesan la información acústica en la escala segmental para obtener las hipótesis de secuencias de unidades emitidas. Sin embargo estudios tanto psicoacústicos como psicolingüísticos resaltan el rol crucial que posee la información de una escala temporal mayor: la información su- prasegmental, en la percepción humana. Se entiende por información suprasegmental toda aquella que está dada en segmentos de duración superior al fonético, y cuyas propiedades están determinadas princi- palmente por la prosodia de una frase. Además se argumenta que en la tarea de reconocimiento e interpre- tación del habla los seres humanos emplean e integran varios niveles de conocimiento lingüístico, muchos de los cuales aún no han sido incorporados o aprovechados eficientemente en el RAH. A partir de esas evidencias resulta interesante investigar cuál es el aporte que puede brindar la información suprasegmental o prosódica para mejorar el desempeño de los sistemas de RAH estándar. En esta Tesis se investiga el empleo de información suprasegmental como factor de mejora en el desempeño, así como alternativas para su integración en sistemas de RAH estándar. En el Capítulo 1 se exponen argumentos que muestran la necesidad de mejorar los sistemas de RAH actuales a la luz del desempeño mos- trado en esta tarea por los seres humanos. Se presentan las bases de los mecanismos de producción, percepción y reconocimiento humano, así como un resumen de las principales aproximaciones al reconocimiento automático. Posteriormente se introducen los aspectos generales de la información suprasegmental y su rol en el mecanismo de comunica- ción oral. Seguidamente se hace una revisión de los antecedentes en el empleo de información suprasegmental dentro del proceso de RAH. Finalmente se delinean los objetivos de esta tesis. Debido a que en esta tesis se analiza la utilización de información suprasegmental en distintos módulos de los sistemas de RAH conven- cionales, en el Capítulo 2 se presenta la arquitectura y componentes principales de los reconocedores del habla actuales. Se detalla la arqui- tectura y forma de funcionamiento de estos sistemas, los fundamentos teóricos de los modelos de Markov, así como la forma de medir sus desempeños. El Capítulo 3 profundiza los aspectos de la información supraseg- mental introducidos en el Capítulo 1. Hace principal hincapié en las características prosódicas del español de Argentina, y presenta las téc- nicas computacionales empleadas en la tesis para la extracción auto- mática de sus atributos a partir de la señal de habla. El Capítulo 4 contiene una serie de estudios en que se busca vincular patrones de los atributos suprasegmentales con información lingüística útil para el proceso de RAH. En el primero de estos estudios se ana- liza la posibilidad de establecer agrupamientos de frases entonativas a partir de semejanzas en sus atributos suprasegmentales. El segundo experimento indaga la posibilidad de obtener información del número de palabras de contenido presentes en una frase, a partir de la mor- fología de sus curvas de F0. Finalmente el tercer estudio explora la viabilidad de establecer la tipología acentual de las palabras finales de frase utilizando rasgos suprasegmentales. En el Capítulo 5 se presenta una metodología para utilizar informa- ción suprasegmental a nivel de los modelos acústicos de un sistema de RAH. Específicamente se realiza una distinción entre modelos acústi- cos correspondientes a sonidos vocálicos acentuados y no acentuados. La metodología propuesta se evalúa y contrasta con distintas versiones de sistemas de RAH convencionales, empleando un corpus de habla continua. En el Capítulo 6 se expone una alternativa para emplear informa- ción suprasegmental durante la selección de hipótesis de reconoci- miento. Esta alternativa contempla la definición de un índice de se- mejanza entonativa entre la curva de F0 correspondiente a la frase a reconocer, y las posibles curvas de F0 correspondientes a las hipótesis de reconocimiento y obtenidas mediante un proceso de predicción. Se propone y desarrolla un modelo para su implementación y se realizan comparaciones de desempeño con respecto a un sistema de RAH de referencia. Finalmente en el Capítulo 7 se presentan las conclusiones y aportes de la tesis, juntamente con posibles líneas de investigación futura.

Abstract:
The development of computational systems capable of interacting with users in the most natural and efficient way is one of the essential re- quirements for the integration of the technological world in society. In this context speech is presented as one of the most efficient form of communication mechanisms available for human beings. That is why from the very beginning of research in computer science, the de- velopment of human-machine interfaces through voice have gain great interest. One of the elements that compose such interfaces is the Automatic Speech Recognition (ASR). ASR is a field of Artificial Intelligence which searches for the development of computational systems that transform speech segments into text transcriptions. ASR is a very complex problem, which can be attributed mainly to two factors: first, to the huge variability of the speech signal, depend- ing on multiple factors such as the speaker, the acoustic environment, linguistic context, speech rate, emotional states, locution styles, and many others; and secondly to the need of finding isolated words in an acoustic continuum, that is to say solving segmentation and classifica- tion problems simultaneously. Even thought we can find significant advances in the performance of ASR systems in recent years, there is still much space for improvement to match human recognition ability for the same tasks under the same conditions. Several hypotheses attempt to explain these differences on perfor- mance: insufficient information, inadequate way to represent it, prob- lems in modelling, insufficient quantities of used examples to achieve similar recognition rates, etc. Regarding the first point, ASR systems do not use all available acous- tic information in speech signal. These systems interpret the speech as sequences of units whose durations spans in a segmental (phonetic) level. Therefore they process the acoustic information at a segmental scale to obtain the hypotheses of sequences of uttered units. Nevertheless psychoacoustic and psycholinguistic research empha- size the essential role of information at a higher temporal level for the human speech perception: the suprasegmental information. Any information whose duration spans over several phonetic units can be thought as suprasegmental, and its properties are determined princi- pally by the prosody of an utterance. Furthermore, it is argued that during the task of speech recognition and interpretation, various linguistic knowledge are integrated and used. It has been also argued that no much of linguistic knowledge have yet been incorporated or utilized efficiently in the ASR From these evidences it seems relevant to investigate whether the suprasegmental or prosodic information could contribute to improve the performance of standard ASR systems. In this thesis the use of the suprasegmental information is investi- gated as a factor for improving performance, as well as an alternative for the integration of this information into the architecture of standard ASR systems. Chapter 1 arguments are presented that show the need to improve current ASR systems in the light of the performance showed by human speech recognition. The basis and mechanisms of production, perception and human speech recognition, as well as main approaches for ASR are revised. Subsequently the general aspects of the suprasegmental information and its roll in the mechanism of oral communication are introduced. After that, a review of the employment of information into the process of ASR is devised. Finally, we discuss the objectives of this thesis. Because this thesis examines the use of suprasegmental informa- tion in different modules of the conventional ASR systems, Chapter 2 presents the architecture and main components of current speech recognizers. The functionality, theoric foundations of hidden Markov models, and the performance evaluation methodology are detailed. Chapter 3 discusses in more detail the aspects of the suprasegmental information introduced in Chapter 1. Special emphasis is given to the prosodic characteristics of Argentinian Spanish. The computational techniques employed in this dissertation for the automatic extraction of these attributes from the speech signal are presented. Chapter 4 contains a series of studies that seeks to link attributes of suprasegmental patterns with linguistic information, useful in the ASR process. In the first experiment, the possibility of establishing groupings of intonative phrases based on similarities between their suprasegmental attributes is analyzed The second experiment explores the possibility of obtaining infor- mation about the number of content words contained in a phrase by analyzing the shape the of F0 curves. Finally the third study explores the feasibility of establishing the accentual typology of final words in sentences using suprasegmental features. Chapter 5 introduces a methodology for using suprasegmental in- formation at the level of acoustic models in a conventional ASR sys- tem. Specifically a distinction is made between acoustic models for accented and unaccented vowel sounds. The proposed methodology is evaluated and compared with different versions of conventional of ASR systems, using a corpus of continuous speech. Chapter 6 exposes an alternative for using suprasegmental informa- tion in the posprocessing of ASR. This alternative defines an index of intonative similarity, measured between the F0 contour estimated from the utterance to recognize, and the one corresponding to the alternative recognition hypotheses. This idea is implemented and compared to a reference standard ASR system. Finallly Chapter 7 concludes the Thesis. An overview of the main findings and contributions of this thesis is presented together with future works in this line of research.

Daicz, Sergio. "Estructura electrotónica de neuronas motoras de sanguijuela" (2011) Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Universidad de Buenos Aires

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Resumen:
Las neuronas son células con estructuras tridimensionales complejas adaptadas a su función. Poseen extensos árboles neuríticos, en los que pueden recibir señales de otras neuronas en distintos puntos de su estructura. Las neuritas funcionan como cables, cuyas propiedades morfológicas y las propiedades eléctricas de la membrana determinan cómo se propagarán las señales. Los registros electrofisiológicos intracelulares nos permiten conocer con gran precisión la evolución en el tiempo del potencial de membrana para un punto de la neurona. La actividad registrada puede provenir desde distintos puntos del árbol neurítico. Las señales originadas en el punto de registro o cerca de él serán registradas con gran fidelidad, mientras que las señales originadas en puntos lejanos sufrirán una atenuación. Dada la extensión de los árboles neuríticos, las complejas transformaciones que sufren las señales al propagarse por ellos, y nuestra limitada capacidad de observación, un modelo biofísico puede resultar muy útil para entender e interpretar las observaciones realizadas. El efecto de la atenuación de señales dentro de una neurona es particularmente notable en el caso de las neuronas motoras de la sanguijuela, en las que los potenciales de acción que se registran en el soma llegan con una amplitud de unos pocos milivolts. En este trabajo estudiamos la transmisión de señales graduales dentro de las neuronas motoras AE, a partir de la construcción de modelos morfoeléctricos de las mismas. En los Capítulos 2 y 3 analizamos su anatomía y fisiología, obteniendo los modelos morfológicos detallados y los parámetros necesarios para construir un modelo biofísico. En el Capítulo 4 construimos modelos a partir de los datos obtenidos. Simulamos la propagación de corriente a lo largo del tronco principal de la neurona y analizamos su atenuación en ambos sentidos. A través de alteraciones en la morfología analizamos qué aspectos de la misma son los más relevantes en determinar la atenuación. En el Capítulo 5 desarrollamos una técnica novedosa de deconvolución del potencial observado que nos permite estimar la corriente en un punto remoto que dio lugar a la observación, y la aplicamos a los potenciales de acción registrados para estimar su forma en el origen. Nuestros resultados sugieren que la morfología puede ser responsable de gran parte de la atenuación observada.

Abstract:
Neurons are cells with complex three dimensional structures adapted to their function. They have extensive neuritic trees, in which they can receive signals from other neurons at different points of their structure. Neurites function as cables, whose morphology and the electrical properties of the membrane establish how signals propagate. Intracellular electrophysiological recordings allow us to know with great precision the temporal evolution of the membrane potential at a point of the neuron. The recorded activity may come from different points of the neuritic tree. Signals originated at the recording point or near it will be recorded with great fidelity, while signals originated in distal points will suffer attenuation. Given the extent of neuritic trees, the complex transformations that signals suffer when they propagate through them, and our limited capacity of observation, a biophysical model can be a very useful tool to understand and interpret the observations made. The effect of signal attenuation within a neuron is particularly notable in the case of the motor neurons of the leech, where action potentials reach the soma with an amplitude of only a few millivolts. In this work, we study gradual signal transmission within the AE motor neurons, basing us on the construction of morphoelectrical models of the neurons. In Chapters 2 and 3 we analyze their anatomy and physiology, obtaining detailed morphological models and the parameters necessary for building a biophysical model. In Chapter 4 we build models using the data obtained. We simulate current propagation through the main trunk of the neuron and we analyze its attenuation in both directions of propagation. Using variations of the morphology we analyze what aspects of it are most relevant in establishing the attenuation. In Chapter 5 we develop a novel technique consisting in deconvolving the observed potential, which allows us to estimate the current at a remote point where the signal originated. We apply it to the recorded action potentials to estimate their shape at the origin. Our results suggest that morphology may be responsible for most of the observed attenuation.

Turjanski, Pablo Guillermo. "Electroterapia y electroporación en el tratamiento de tumores: modelos teóricos y experimentales" (2011) Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Universidad de Buenos Aires

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Resumen:
El cáncer es una de las primeras causas de muerte por enfermedad en el mundo y su incidencia sigue creciendo con el aumento de la contaminación y la expectativa de vida. A pesar de los grandes avances científicos logrados en la lucha contra esta enfermedad, aun es necesario buscar soluciones más integrales, económicas y con menos efectos secundarios adversos que las terapias tradicionales. Aquí estudiamos el uso de campos eléctricos para la eliminación de tumores sólidos, lo que podría representar una alternativa o enfoque complementario a la cirugía la radio o la quimioterapia. En particular, estudiamos el tratamiento electroquímico de tumores (EChT) y la electroporación reversible (ECT). El EChT consiste en la aplicación de una corriente eléctrica continua a través de dos o más electrodos insertos localmente en el tejido tumoral, con el objeto de eliminarlo por necrosis. Se cree que el principal mecanismo de destrucción del tumor son los cambios extremos de pH inducidos por el tratamiento. La ECT, o electroquimioterapia, es una técnica basada en la electropermeabilización de la célula combinada con el uso de quimioterapia, permitiendo así una mayor eficiencia, dado que de esta manera una mayor cantidad de droga puede penetrar la célula. Algunas de las ventajas del EChT y de la ECT son su simplicidad, efectividad, bajo costo y efectos secundarios mínimos. Quedan aun muchos interrogantes por develar sobre los mecanismos fundamentales de la interacción de los campos eléctricos con los tejidos vivos. Para lograr dicho objetivo, se presenta aquí un estudio interdisciplinario mediante la formulación de modelos in silico o matemático-computacionales, y su validación con modelos experimentales (in vivo e in vitro). La validación in vivo fue lograda a través de los resultados obtenidos de aplicar la terapia a ratones. La validación in vitro, fue obtenida a partir de aplicar la terapia a geles de colágeno I y agar-agar, siendo ambos buenos modelos de la matriz extracelular. Esta metodología interdisciplinaria del estudio de los efectos del EChT y la ECT, nos ha permitido obtener las siguientes contribuciones en esta tesis: 1. La formulación de dos nuevos modelos in silico de EChT unidimensionales, basado el primero en la descripción del transporte iónico y el campo eléctrico mediante las ecuaciones de Nernst-Planck y Poisson, respectivamente, y el segundo, basado en las ecuaciones de Nernst-Planck y la condición de electroneutralidad. Ambos modelos validados con modelos in vivo e in vitro, revelan que: Un estado inicial con valores de pH fisiológicos evoluciona entre los electrodos hacia un frente cat ́dico alcalino extremo y un frente anódico ́ácido extremo moviéndose uno en dirección al otro hasta colisionar. Estos frentes dejan abierta la posibilidad de la existencia −en caso de un tratamiento aplicado en un lapso menor al necesario− de una región entre ellos con pH fisiológico. El avance del frente de pH durante la EChT se correlaciona muy bien con el área necrótica final. Esto revela que el seguimiento del frente de pH puede ser utilizado para predecir el grado de destrucción del tumor y, por tanto, evaluar la eficacia del EChT. El modelo permite calcular la velocidad de los frentes de pH, información extremadamente util para la predicción de la extensión del tejido tratado, lo cual tiene implicancias significativas en la planificación de la dosis y las condiciones óptimas de operación del EChT. En particular, puede predecir la manera en que la evolución de los frentes de pH cubren, en un tumor, el casquete esférico constituido por células activas. 2. La formulación de un nuevo modelo in silico de ECT unidimensional, conformado por dos submodelos: el primero, denominado ON Time, es utilizado durante la aplicación del pulso eléctrico y está basado en la solución numérica de las ecuaciones de Nernst-Planck para el transporte iónico, asumiendo la condición de electroneutralidad. El segundo modelo, denominado OFF Time, es utilizado cuando el pulso no está siendo aplicado, y está basado en las ecuaciones de difusión-reacción. El modelo final fue validado con un modelo in vitro y revela que: El método de dos pasos (o de split) del sistema de ecuaciones diferenciales original permitió la integración de dos submodelos de escalas temporales disímiles: una micro (ON Time) y otra macro (OFF Time), dando como resultado un algoritmo extremadamente robusto. Las mediciones muestran que los frentes de pH son inmediatos y significativos. Dado que éstos pueden producir necrosis del tejido −efecto no deseado tanto en aplicaciones clíınicas de la ECT, como en la electroporación irreversible (IRE) y la electroterapia génica (EGT)−, es muy importante cuantificar la extensión y evolución del pH. La técnica utilizada para el seguimiento espacio-temporal de los frentes de pH, muestra que escalan en el tiempo como t^1/2, característico de procesos predominantemente difusivos. Esta información es relevante para predecir la extensión del tratamiento. La comparación de frentes de pH de la ECT con los del EChT muestra un resultado sorprendente: al aplicar una misma dosis de corriente eléctrica, la acidificación anódica en la ECT es mayor que en el EChT, lo que sugiere que la necrosis del tejido puede ser también mayor. Se sugieren maneras de minimizar estos efectos adversos en la ECT. 3. La formulación de un nuevo modelo in silico radial esférico de ECT del transporte iónico en un tejido tumoral utilizando una geometría esférica y un electrodo (ánodo) situado en el centro del tejido a tratar, y el cátodo ubicado a una distancia suficientemente lejana del ánodo como para asegurar que el producto de las reacciones cat ́dicas no afecten al tejido a analizar. El modelo teórico debe ser validado con un modelo experimental cuyo desarrollo se encuentra pendiente. No obstante ello los resultados preliminares muestran que: Los frentes de pH se mueven más lentos que en el caso del modelo ECT unidimensional. Esta diferencia posiblemente se origine en la cantidad de corriente eléctrica que necesita cada modelo (in silico) para mantener, durante la aplicación del pulso, el voltaje constante. En el caso del modelo radial esférico, dicha cantidad es mucho menor dado que el área es mayor, lo que se traduce en una menor generación de protones alrededor del ánodo con la consiguiente menor acidificación. Si bien este modelo de ECT no toma en cuenta la interacción ́ánodo-cátodo, toma en cuenta la naturaleza tridimensional del tejido tumoral, lo que constituye un modelo más realista que una aproximación unidimensional. En síntesis, se espera que los resultados de esta tesis ayuden significativamente a mejorar la habilidad para diseñar planes de tratamiento efectivos del EChT y la ECT. Se confía que la inclusión del EChT y la ECT, solas o en combinación con otras terapias en la clínica médica, tenga beneficios significativos a nivel socioeconómico y mejore la calidad y duración de la vida de muchos pacientes.

Abstract:
Cancer is one of the main causes of death by sickness in the world and its incidence grows in time due to the increase in pollution and life expectancy. In spite of great scientific advances obtained in the fight against this disease, is still necessary to search for new more integral solutions, less costly and with minor side effects than traditional ones. Here we study the use of electric fields in the elimination of solid tumors, that may represent an alternative or complementary approach to surgery, radio or chemotherapy. In particular, we study the electrochemical treatment of tumors (EChT) and the reversible electroporation (ECT). The EChT consists in the passage of a direct electric current through two or more electro- des inserted locally in the tumor tissue, with the aim of erasing it by necrosis. The extreme pH changes induced are believed to be the main tumor destruction mechanism. The ECT, or electrochemotherapy, is a technique based on cell electropermeabilization combined with the use of chemotherapy, thus allowing greater therapy efficiency, as much more drug can penetrate the cell. Some of the advantages of EChT and ECT are their simplicity, effectivity, low cost and minimal side effects. There are yet many open questions about the fundamental interaction mechanisms between electric fields and living tissues that there is need to un- veil. To address this objective we present an interdisciplinary study through the formulation of in silico or mathematical-computational models, and their validation with experimental modelling (in vivo and in vitro). In vivo validation was achieved by results obtained applying the treatment to mice. In vitro validation, was achieved by results obtained applying the treatment to collagen type I and agar-agar gels, being both good models of extracelular matrix. This interdisciplinary methodology of the study of the effects of EChT and ECT, has permitted us to obtain the following contributions in this thesis: 1. The formulation of two new in silico one-dimensional EChT models, first based in the description of ion transport and the electric field through the Nernst-Planck and Poisson equations, respectively, and the second, based on the Nernst-Planck equations and electroneutrality condition. Both models are validated with in vivo and in vitro models, reveal that: An initial state with neutral pH values evolves between electrodes into extreme cathodic alkaline and anodic acidic fronts moving towards each other until they collide. This leaves the possible existence, if sufficient time has not elapsed, of a physiological pH region between them. The pH front advance during the EChT correlates very well with the final necrotic area. This indicates that pH front tracking can be used to predict the extent of tumor destruction and thus, the assessment of EChT effectiveness. The model allows the calculation of the pH front velocity, useful information for predicting the extension of the treated tissue and with significant implications in EChT optimal operative conditions and dose planning. In particular, it can predict the way in which the evolving pH fronts will cover, in a typical spherical tumor, the active cell spherical casket. 2. The formulation of a new in silico one-dimensional ECT model, consists of two submo- d0els: the first model, called ON Time, is used during application of electrical pulse, and is based on the numerical solution of the Nernst-Planck equations for ion transport, as- suming the condition of electroneutrality. The second model, called OFF Time, is used when the pulse is not being applied, and is based on the diffusion-reaction equations. The final model was validated with an in vitro model and reveals that: The two-step method (or split) of the original differential equations system allowed the integration of two submodels of different time scales: a micro (ON Time) and a macro (OFF Time), resulting in an extremely robust algorithm. Results suggest that pH fronts during the ECT are immediate and substantial. Since they might give rise to tissue necrosis, an unwanted condition in clinical applications of ECT as well as in irreversible electroporation (IRE) and in electro- genetherapy (EGT), it is important to quantify their extent and evolution. The tracking technique used to follow the space-time evolution of these pH fronts shows that they scale in time as t 2 , characteristic of a predominantly diffusive process. This is relevant information for predicting the extension of the treatment. Comparing ECT pH fronts with those arising in EChT, a striking result is observed: at the same electric dose applied, anodic acidification is larger in ECT than in EChT, suggesting that tissue necrosis could also be greater. Ways to minimize these adverse effects in ECT are suggested. 3. The formulation of a new in silico spherical radial ECT ion transport model in tumor tissue, using spherical geometry and one of the electrodes (anode, for instance) located in the center of the tumor, and the cathode located at a distance far enough from the anode to ensure that the cathodic reactions do not affect the region of the tissue being analyzed. The theoretical model should be validated with an experimental model whose development is still pending. Nevertheless preliminary results show that: pH fronts move slower than in the case of the one-dimensional ECT model. This difference may be originated in the amount of electric charge required by each model to maintain the voltage constant during the duration of the pulse. In the case of the spherical radial model, this quantity is much smaller since the area is larger. This results in a lower generation of protons around the anode, and thus, lower acidification. Although the ECT spherical radial model does not take into account anode-cathode interaction, it takes into account the three-dimensional nature of the tumor tissue, which is more a realistic model than a one-dimensional approximation. In brief, it is expected that results from this study will help to improve the ability of designing effective EChT and ECT treatments. It is also expected that the inclusion of EChT and ECT alone or in combination with other therapies in medical clinic have significative benefits at a socioeconomical level and improve the quality and length of time of many patients.

de la Llave, Ezequiel Pablo. "Modelado computacional del comportamiento molecular en interfases y entornos nanoestructurados" (2012) Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Universidad de Buenos Aires

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Resumen:
Esta tesis considera la interacción de moléculas en interfases y entornos confinados, utilizando herramientas de simulación molecular en varias escalas. Se abordan dos temáticas de gran interés en el área de la fisico-química de materiales, tanto por su valor fundamental en el contexto de los fenómenos en la nanoescala, como por las implicancias tecnológicas que tienen asociadas. Primeramente se investiga la interacción de diversas moléculas sobre la superficie de Au(111). Este estudio abarca sistemas aromáticos y alifáticos capaces de formar monocapas auto-ensambladas (SAMs), y se extiende a porfirinas de cobalto, como prototipo de complejo molécula-superficie con propiedades promisorias como sensor de ligandos pequeños. En particular se analizan similitudes y diferencias en distintos adsorbatos en los cuales el enlace químico con la superficie se produce a través de átomos de C, S o Se. Se emplea la teoría del funcional de la densidad (DFT) para indagar acerca de la geometría y la estabilidad de la unión, las densidades de estados electrónicos (DOS) total y proyectada, el espín total, la polarización del enlace, y la transferencia de carga entre la molécula y la superficie. La segunda línea de trabajo explora el comportamiento del agua en entornos confinados, en particular en poros de diámetro nanométrico característicos de materiales meso y nanoestructurados. Frente al desafío de obtener una descripción cabal de estos sistemas, se utilizan herramientas computacionales que van desde la simulación desde primeros principios hasta la mecánica molecular clásica con campos de fuerza atomísticos y de grano grueso (coarse-grained). Así es posible describir, desde una perspectiva molecular, la estructura del agua, el proceso de llenado de los nanoporos y los fenómenos de histéresis y condensación capilar durante la adsorción. Se discute acerca de la incidencia del radio del poro y la filicidad de las paredes del mismo sobre estos fenómenos. También se brinda una descripción microscópica de la estructura del hielo y de los equilibrios sólido-líquido y líquido-gas en estos entornos altamente confinados.

Abstract:
This thesis considers the interaction of molecules with interfaces and confined environments, using molecular simulation tools at different scales. Two major topics are addressed, of great relevance in the area of physical-chemistry of materials, both because of their fundamental value in the context of nanoscale phenomena, as well as for the technological implications associated with them. Firstly, we investigate the interaction of various molecules on the Au(111) surface. This study encompasses aromatic and aliphatic molecules able to form self assembled monolayers (SAMs), and is extended to cobalt porphyrins, as a prototype of a molecule-surface complex with promising properties for small ligand sensing. In particular, we analyze similarities and differences in different adsorbates in which the chemical bond with the surface is established through C, S or Se atoms. Density functional theory (DFT) is employed to inquire about the geometry and the stability of the interactions, the total and projected densities of electronic states (DOS and PDOS), the total spin, the polarization of the bond, and the charge transfer between the molecule and the surface. The second line of this work explores the behavior of water in confined environments, in particular in pores of nanometric diameters characteristic of meso and nanostructured materials. To face the challenge involved in a full description of these systems, computational tools are used ranging from first principles simulations to classical molecular dynamics with atomistic and coarse-grained forces fields. Thus it is possible to describe, from a molecular perspective, the structure of confined water, the filling process of the nanopore and the phenomena of hysteresis and capillary condensation during adsorption. We discuss about the incidence of the radius of the pore and the philicity of the interfaces on these phenomena. We also provide a microscopic description of the structure of ice, and of the solid-liquid and liquid-vapor equilibria on these highly confined environments.

Regis, Germán Enrique. "Especificación formal y verificación de propiedades temporales de procesos de negocios" (2014) Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Universidad de Buenos Aires

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Resumen:
El uso de diferentes métodos y herramientas que asistan en la organización y el control de procesos, ha tomado relevancia debido a la necesidad constante de eficiencia por parte de la industria y a la adecuación de sus prácticas a las emergentes y novedosas técnicas de desarrollo y producción. Como producto de estas necesidades, diversos lenguajes para la descripción de procesos de negocios capturaron el interés tanto del sector productivo, para su aplicación en sus actividades, como así también del sector académico, con el fin de aportar conocimiento y generar nuevas herramientas para tal fin. Si bien la mayor parte de los lenguajes para la especificación de procesos de negocios son informales, existen algunos fundados en formalismos matemáticos. Esto brinda a estos lenguajes formales para procesos de negocios la eliminación de ambigüedades en la interpretación de especificaciones, y la posibilidad de realizar diferentes análisis formales, como chequeos de sanidad. Sin embargo, las alternativas existentes poseen en general limitaciones, o bien en poder expresivo, o, para las alternativas más expresivas, la imposibilidad de realizar algunas tareas de análisis automáticamente. En este trabajo presentamos un enfoque formal para la especificación y el análisis de procesos de negocios, que permite dar semántica a construcciones complejas de procesos de negocios, a la vez que admite el análisis de chequeos de sanidad usuales de manera automática mediante model checking. Más aún, nuestra propuesta abarca la posibilidad de que el usuario especifique y analice propiedades de interés acerca de las especificaciones, mediante lógicas temporales, un mecanismo con frecuencia ausente en los lenguajes existentes. Además del desarrollo de una semántica formal para un lenguaje de proceso de negocios sumamente expresivo, nuestro trabajo toma como base para la especificación de propiedades de procesos de negocios el uso de lógicas temporales. Identificamos algunos elementos que hacen particularmente complicada la expresión de algunos tipos de propiedades, en particular cuando las mismas demandan expresar repeticiones de eventos o tareas, y proponemos una lógica temporal que permite describir tales propiedades con mayor facilidad. Con el fin de no perder capacidad de análisis, desarrollamos traducciones que nos permiten capturar los elementos novedosos de esta lógica en términos de otros elementos, soportados por lógicas temporales tradicionales, con soporte de herramientas. Por otra parte, observamos la tendencia de los lenguajes de descripción de procesos de negocios a no tratar formalmente la descripción de los productos que manipulan. Tomamos un formalismo excepcional en este sentido, PPML, y definimos a partir del mismo un lenguaje de especificaciones, una semántica simplificada para el mismo, y una técnica de análisis de especificaciones basada en una caracterización de sus modelos en UPPAAL. Nuestro enfoque está claramente orientado a la producción de herramientas de soporte al proceso de especificación. Para los lenguajes tratados brindamos herramientas de especificación y análisis de procesos de negocios, como así también la posibilidad de construir descripciones de procesos de negocios a partir de las propiedades que los mismos deben cumplir. Estas tareas son evaluadas en este trabajo a través del desarrollo de casos de estudio tomados de la literatura del área, en lo que respecta a descripción de procesos y chequeos de sanidad de los mismos, y en base a variantes de estos casos en las cuales se enfatiza la necesidad de contar con propiedades descriptas por el usuario, y de dar más relevancia a la descripción de los productos manipulados por los procesos de negocios.

Abstract:
The use of methods and tools to assist in process organization and control is receiving increasing attention. This is due to the constant need for efficiency in industry, and the pressure on industry to adopt emergent development and production techniques, and adapt current practices to these emergent technologies. As a consequence, various languages for describing business processes have attracted both industry, which applies them in its activities, and academia, which can contribute knowledge and help provide novel tools for these languages. Even though most languages for business process specification are informal, some of these languages are founded on mathematical formalisms. Formal business process specification languages profit from the elimination of ambiguities in the interpretation of their specifications, and the possibility of performing different kinds of formal analyses, such as soundess checks. However, the available formal alternatives have limitations, either in expressive power, or, in the case of the more expressive formalisms, the impossibility of performing some analysis tasks fully automatically. In this work we present a formal approach for the specification and analysis of business processes, that allows us to provide suitable semantics to complex constructions in business process specifications, while at the same time allowing us to perform typical soundness checks fully automatically via model checking. Moreover, our approach includes the possibility of enabling users to specify and analyze properties of their interest about specifications, using temporal logics, a mechanism often missing from existing languages. Besides the development of a formal semantics for a very expressive business process language, our work is based on the use of temporal logics for specifying properties of business processes. We identify some elements that make it difficult to express some kinds of properties, in particular those demanding referring to repetitions of events or tasks, and propose a temporal logic that allows us to specify these properties more conveniently. In order to maintain the possibility of automatically analyzing specifications, we develop translations that enable us to capture the novel elements in our logic in terms of other elements, supported by traditional temporal logics with tool support. Also, we observe a tendency in business process languages to disregard, in their formalizations, the description of the products that processes manipulate. We take a formalism that is exceptional in this respect, PPML, and define a formal specification language in terms of it, a simplified semantics for it, and an analysis technique for its specifications, based on a characterization of its models in UPPAAL. Our approach is clearly oriented towards producing tool support for business process specification. For the languages that we deal with in this work, we provide tools for business process specification, property specification, and automated analysis. We also enable the user to build business process descriptions from the properties these processes are required to fullfil. These tasks are assessed in our work via case studies taken from the literature, for the case of business process description and soundness checks, and variants of these case studies in which the need of referring to event repetitions, and the role of products in process descriptions, are emphasized.

Luna, Ana Eugenia. "Producción de color en materiales microestructurados naturales y artificiales" (2014-08-06) Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Universidad de Buenos Aires

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Resumen:
Las estructuras fotónicas naturales exhiben notables efectos de color como el aspecto metálico y la iridiscencia. En este trabajo se investigan algunas de las microestructuras de este tipo que se han identificado en coleópteros, específicamente en los escarabajos de la especie Ceroglossus suturalis, que exhiben una coloración iridiscente y son endémicos del extremo sur de América del Sur y del sur de Chile. Este fenómeno de iridiscencia se produce por reflexiones múltiples de la luz dentro de la epicutícula del élitro (ala delantera modificada por endurecimiento que encierra a las alas posteriores utilizadas en el vuelo), que es un sistema de multicapas alternadas de materiales de diferente densidad óptica. Por medio del empleo de técnicas de microscopía electrónica de barrido (SEM) y de transmisión (TEM), y a través del procesamiento de las imágenes y micrografías, se obtuvieron los parámetros geométricos más relevantes de las microestructuras responsables del color estructural en estos escarabajos, tales como el número de capas y sus espesores. Utilizando un espectrofotómetro acoplado a fibra óptica se midieron los espectros de reflectancia y se obtuvieron los diagramas de cromaticidad para diferentes muestras, y bajo distintas condiciones de iluminación. Una vez confirmado el mecanismo físico involucrado en la producción de color en los especímenes estudiados, se aplicaron diferentes algoritmos de optimización para recuperar tanto la parte real como la imaginaria de la constante dieléctrica y los espesores de las capas de los materiales que componen el sistema natural de multicapas. Los resultados obtenidos mediante la aplicación de diferentes estrategias de optimización heurística confirman que este tipo de algoritmos tiene un gran potencial como herramienta para investigar las estructuras fotónicas naturales. El estudio de la generación de color estructural en el mundo natural ya ha comenzado a inspirar el desarrollo de dispositivos artificiales con aplicaciones tecnológicas, tales como sensores inteligentes y nuevos tipos de filtros.

Abstract:
Natural photonic structures exhibit remarkable color effects such as metallic appearance and iridescence. In this work, we investigate some of the microstructures of this kind that have been identified in Coleoptera, specifically in the beetles of the species Ceroglossus suturalis, which exhibit an iridescent coloration and mostly live endemically in the southern end of South America and the south of Chile. This phenomenon of iridescence is produced by multiple reflections of light within the epicuticle of their elytra (modified forewing of a beetle that encases the thin hind wings used in flight), which is a multilayer system that alternates materials of different optical density. By means of scanning (SEM) and transmission (TEM) electron microscopy techniques, and after processing the images and micrographs, the significant geometrical parameters of the microestructure responsible for the structural color in these beetles, such as the number of layers and their thicknesses, have been obtained. By using an optical fiber coupled spectrophotometer, reflectance spectra have been measured, and the chromaticity diagrams have been obtained for several samples under different illumination conditions. Once the physical mechanism underlying the color production in the studied specimens was confirmed, different optimization algorithms have been applied to retrieve the real and imaginary parts of the relative permittivity of the materials comprising the natural multilayer system, as well as the layers thicknesses. The results obtained by applying different heuristic optimization strategies confirm that this kind of algorithms have a great potential as a tool to investigate natural photonic structures. The study of structural color generation in the natural world has already started to inspire the development of artificial devices for technological applications, such as smart sensors and new kinds of filters.

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