Doctoral theses defended

El objetivo de este trabajo puede ser dividido en dos partes principales: ¿ en la primera parte estudiar y definir nuevas metodologias por la gestion estadistica del dialogo. ¿ en la segunda definir y implementar una estrategia de dialogo incremental para procesar frases largas de usuarios. Para definir una nueva metodologia de gestion de dialogo estaditica, se propone una nueva tecnica para lidiar con la tarea de gestion de dialogo. Esta tecnica utiliza la distribucion de probabilidad conjunta sobre el lenguaje semantico proporcionado por el modulo de comprension semantica del habla y el lenguaje de las acciones del sistema proporcionado por el gestor del dialogo. La distribucion de esta probabilidad se aprende a partir de un corpus etiquetado en terminos de Actos de Dialogo. Bi-lenguajes regulares estocasticos se proponen para modelar esta distribucion de probabilidad conjunta. Con este objetivo se ha definido un biautomaton probabilistico y deterministico. Ademas un modelo de usuario se ha definido tambien utilizando la misma tecnica. Proponemos y evaluamos estrategias de decision sobre el automaton probabilistico y deterministico para seleccionar la mejor accion del sistema en cada paso de la interaccion. Por esto hemos definido algunas funciones de decision euristica que consideran las probabilidades de las acciones aprendida a partir de un corpus de dialogo etiquetado en terminos de actos de dialogo, y tambien el numero de atributos conocidos en el desarrollo de un dialogo. Definimos y comparamos estrategias de decision basadas en decisiones locales o en decisiones globales sobre un trayecto completo en el modelo grafico constituido por el automaton. Hemos definido en total cuatro estrategias, Maximum Probability (MP), Maximum Probability + Attributes (MPA), Best Path Probability (BP), y Best Path Probability + Attributes (BPA). De estas cuatro estrategias dos toman la decision basandose solo en el proximo turno en el modelo grafico, y son la MP y la MPA, mientras las otras dos tienen en cuenta los caminos entero en el modelo grafico, tomando decisiones globales, y son la BP y la BPA. Ademas dos solo tienen en cuenta la probabilidad de las transicciones, la MP y la BP; mientras las otras dos tienen en cuenta la probabilidad de las transicciones y tambien el numero de atributos que se rellena tomando una decision en el dialogo, y son la MPA y la BPA. Tambien hemos definido complejas tecnicas de suavizado para lidiar con evento inesperado y no vistos en el desarrollo de un dialogo. Estas tecnicas de suavizado permiten al sistema recuperar los errores o situaciones no prevista cambiando rapidamente el estado del sistema, a un estado que se encuentra en otra parte del modelo grafico. La formulacion propuesta se aplica para componer un modelo grafico que hemos se ha desarrollado y testeado con varios experimentos. La evaluacion experimental fue llevada a cabo para evaluar el model de dialogo y las estrategias de decision en una tarea de generacion de dialogos utilizando tambien un modelo de usuario. Hemos dejado el Gestor de Dialogo definido con el modelo de dialogo propuesto interactuar con el Modelo de Usuario, probando las 4 diferentes estrategias propuestas. Los resultados obtenidos muestran una buena performance del sistema. Podemos tambien ver en los experimentos que las estrategias de decision local obtienen una mejor performance del sistema respecto a las estrategias globales basadas en camino en el modelo grafico debido a la imprevisibilidad del comportamiento del usuario. Despues de haber seleccionado las mejores estrategias en la tarea de generacion de dialogo, hemos procedido a evaluar el sistema en una tarea real , desarrollando una demo completa de un sistema de dialogo y testeandola con usuarios reales. Hemos pedido a un conjunto de 20 usuarios reales, de diferentes nacionalidades pero todos capaces de hablar ingles, de desarrollar dos dialogos con nuestro Sistema de Dialogo, uno por cada estrategia a evaluar. Las estrategias utilizadas tenian un orden casual, y los usuarios no sabian cual era la estrategia utilizada en cada dialogo. Le hemos proporcionado a cada usuario un mapa de Pittsburgh y le hemos pedido de intentar obtener el horario de bus entre dos puntos en el mapa preguntando al sistema. En los experimentos con usuarios reales hemos obtenido una tasa de exito del 90% con la estrategia que ha obtenido mejores resultados, la estrategia MP. La evaluacion experimental y los buenos resultados obtenidos nos permite considerar este modelo de dialogo propuesto como una alternativa muy prometedora para desarrollar Sistemas de Dialogo Hablado. Ademas se define una estrategia de dialogo incremental en la misma tarea de dialogo. El Procesamiento de Dialogo Incremental es una tecnica muy util que permite a un Sistema de Dialogo Hablado de procesar de forma incremental cada minima unidad de input del habla del usuario y proporcionar una respuesta del sistema mas rapida. La estategia de procesamiento de dialogo incremental que se ha definido esta basada en generar una respuesta del sistema y interrumpir el usuario en cuanto tengamos unos resultados de reconocimiento parciales estables de lo que el usuario esta diciendo. Para determinar la estabilidad de los resultados parciales de reconocimiento utilizamos cuatro parametros diferentes que son: la duracion de la frase del usuario, los ultimo N resultados semanticos parciales, la medida de confianza y la pausa presente al final de un resultado parcial. Si estos cuatro parametros superan un umbral seleccionado entonce se genera directamente la respuesta del sistema sin esperar al fin de la frase de usuario, interrumpiendo el turno de usuario. Los valores de umbral optimos para los cuatro parametros se han aprendido procesando el corpus de dialogos obtenidos por el sistema de dialogo real en Pittsburgh, y aplicando la estrategia de dialogo incremental a todas las frases largas de usuario, por las cuales estaba disponible tambien una transcripciones hecha por personas reales, y viendo si el sistema deberia haber interrumpido las frases si estuviese utilizando esta estrategia incremental. De esta forma hemos podido evaluar cuantos tiempo hubiesemos ahorrado y cuantos slots de las frases de usuario hubiesemos reconocido, aplicando esta estrategia incremental. Por cada conjunto de umbrales se han calculado estos valores y se ha seleccionado el conjunto de umbrales para los paramteros utilizados para medir la estabilidad de los resultados parciales que tenia una mejor proporcion estre tiempo ahorrado y porcentaje de slots reconocidos. La estrategia de dialogo incremental definida se ha implementado en un Sistema de Dialogo utilizado en la vida real por las personas de la ciudad de Pittsburgh en Pennsylvania, en Estados Unidos, para obtener la informacion sobre los horarios y los destinos de los buses en toda la ciudad de Pittsburgh. El sistema se ha probado por un mes entero en Octubre 2013 con usuarios reales y los resultados se han comparado con los dialogos obtenidos en el mes anterior de Septiembre 2013 utilizando el sistema de dialogo tradicional, sin la estrategia incremental. Los resultados muestran que el uso de una estrategia de dialogo incremental mejora de forma significativa la performance del sistema. La estrategia incremental ayuda a superar problemas con las frases largas y no restringidas del usuario, que generalmente obtienen resultados de reconocimiento muy pobres, con muchos errores. Ademas influenciamos el comportamiento del usuario interrumpiendo las frases largas de usuario en cuanto la estrategia de dialogo incremental produce un resultado de reconocimiento valido. El usuario empeza a producir frases mas cortas en los turnos successivos a las interrupciones del sistema. Ademas hemos comprobado, escuchando las registraciones de los dialogos donde el sistema ha interrumpido el usuario, que esta tecnica se acepta de buen grado por parte de los usuarios, que no se molestan despues de una interrupcion del sistema. Frecuentes interrupciones en los dialogos entre personas reales son normales en un dialogo real, entonces esta mejorada iniciativa del sistema le parece normal a los usuarios reales.

Esta tesis versa sobre el análisis y control avanzado de actuadores basados en materiales inteligentes con memoria de forma ferromagnética (FSMA de su acrónimo del inglés Ferromagnetic Shape Memory Alloy) como sistema de posicionamiento. Las aleaciones FSMA son un tipo de materiales que tienen las propiedades de recuperar su forma original aún después de haber sufrido una deformación y la capacidad de inducirles grandes deformaciones (de un 6 % hasta un 10 %) con el campo magnético como estímulo al producirse una transición fase sólido-sólido sin difusión reversible. Aunque esta aleación tiene el inconveniente de poseer un comportamiento no lineal y con histéresis asimétrica, es un material frágil y tiene una alta dependencia de la temperatura. Los campos magnéticos son generados por dos pares de bobinas ortogonales para inducir la expansión y contracción del elemento FSMA, un monocristal de la aleación de Níquel-Manganeso-Galio (Ni2MnGa). La metodología de modelado estudiada que ha dado mejores resultados ha sido mediante el método de Aprendizaje Automático con redes neuronales artificiales implementado con la plataforma Tensorflow utilizando la aplicación de alto nivel Keras. El sistema de control implementado en el actuador sigue la estrategia de control basada en eventos, la cual permite mantener el sistema bajo control y solo actuar sobre él cuando se cumplen una serie de condiciones definidas por el programador. Esto reduce sustancialmente el número de acciones de control disminuyendo el consumo de energía y prolongando la vida útil del actuador. El cálculo de los parámetros adecuados del controlador basado en eventos para una dinámica aceptable es complejo, por lo que se ha presentado un método de optimización numérica tipo Montecarlo para su cálculo. Este método se realiza en dos fases: en una primera fase mediante simulación basada en los modelos obtenidos con las redes neuronales y una segunda, en el actuador real. La aplicación del Método de optimización numérica sobre el prototipo del actuador FSMA han dado resultados satisfactorios, consiguiéndose controlar la posición del actuador dentro del error especificado, no solo sobre posiciones de referencia intermedias, sino también sobre posiciones de referencia aleatorias y con longitudes de pulso variables.

Esta tesis contiene el resumen de un recorrido entre los modelos de simulación más prometedores, Con potenciar su capacidad de dar respuesta a los problemas en el desarrollo de dispositivos reales a gran escala. En las fases iniciales, se esperaba que modelos fluidodinámicos de alto nivel, pero con enfoques con especial eficiencia, como la hidrodinámica de partículas suavizadas (SPH) o los modelos Lattice Boltzmann (LBM), pudieran dar respuesta a los problemas enunciados. Sin embargo, sea por falta de velocidad de cálculo, o no completos o no convenientemente ajustados para dar resultados de suficiente calidad, se hubo de reenfocar el estudio a modelos físicos de menor nivel, como el de flujo potencial con ajustes no lineales de Morison. Sobre estos modelos, actualmente los únicos usados por la industria para realizar desarrollo de dispositivos marinos, se han realizado diferentes mejoras, desde áreas como la mejora en la manipulación y filtraje en la obtención de los parámetros de cálculo, llamados coeficientes hidrodinámicos lineales, como en los procedimientos para calcular los ajustes no lineales a partir de ensayos experimentales. Finalmente se concluye que sería necesario que se realizaran avances en el desarrollo de modelos de tipo intermedio, con mayor fidelidad en la obtención de resultados que los de tipo flujo potencial, y a la vez más rápidos que los de tipo de fluidodinámica computacional completa.

La solución numérica de flujos de fluidos requiere un coste computacional relativamente grande y hay casos en los que el coste puede llegar a ser inasumible. En muchos de estos casos la mejor opción es utilizar ¿Métodos de Orden Reducido¿ (ROM). Se presenta un trabajo en este ámbito, concretamente con el método Proper Orthogonal Decomposition (POD). La principal novedad desarrollada localiza las zonas del espacio paramétrico de mayor sensibilidad a la hora de alimentar el modelo reducido. Partiendo de una distribución uniforme de los ¿snapshots¿ (casos resueltos del modelo completo), la investigación ha desarrollado un método rápido, eficiente y preciso para estimar un error que puede ser interpretado como la sensibilidad o cantidad de información que aporta cada ¿snapshot¿ al modelo reducido. El trabajo se ha aplicado en dos casos: Primero sobre unas ecuaciones concretas de un flujo ideal con un término fuente específico, y segundo, sobre un caso CFD de un flujo no viscoso incidiendo sobre un perfil alar.

Por un lado, cuando la enfermedad se desarrolla mediante la transmisión de los agentes patógenos de un individuo enfermo a otro, como puede ser el caso del SIDA, o la gripe, se le llama enfermedad infecciosa, mientras que las enfermedades no-infecciosas se desarrollan sin la intervención de estos agentes, y normalmente se asocian a predisposiciones genéticas, ambientales o modos de vida específicos. Esto no significa que estas dos categorías no puedan solaparse, por ejemplo, la cirrosis y el cáncer de hígado se asocian firmemente a contraer hepatitis (una enfermedad infecciosa), aunque contraer esta enfermedad no es necesario para que incida el cáncer o la cirrosis. En otra enfermedades, las variables derivadas del ecosistema de los agentes de infección puede aumentar la complejidad de los parámetros de los modelos hasta un nivel donde estos se vuelven inservibles. En tales casos, como en el de las enfermedades causadas por ¿macro parásitos¿ tipo pulgas, trematodos u hongos, no se tienen en cuenta a la hora de modelizar, ya que las circunstancias ambientales en las que se da la infección y el numero de agentes infecciosos tienen tanta influencia en la enfermedad que la complejidad de los modelos aumenta hasta el punto de no poder describir correctamente. Por tanto, los modelos matemáticos mas eficaces se concentran en las enfermedades infecciosas de transmisión ¿rápida¿, donde la densidad de patógenos dentro del anfitrión y su ciclo de vida no son relevantes para el modelo. Epidemias típicas estudiadas suelen ser la gripe, tos ferina, tuberculosis, malaria, dengue, sarampión, difteria, etc¿ La mecánica de estas enfermedades epidémicas comparte una serie de parámetros caracterizados por la transmisión de la enfermedad de infectados a no infectados, y típicamente contiene unos periodos de tiempo en donde la enfermedad no ha presentado los síntomas (periodo de incubación) pero el paciente se ha vuelto infectivo para otros. Mas tarde, los infectados muestran síntomas externos (infecciosos) de diferentes tipos e intensidades, dependiendo del tipo de enfermedad e individuos. Al cabo de cierto tiempo, que depende de cada enfermedad, la población infectada puede volver a recobrarse, siendo esta inmune a la enfermedad o susceptible de nuevo a otras infecciones. Los modelos epidémicos se refieren a las diversas clases de subpoblaciones relativas a la enfermedad usando los siguientes acrónimos: ¿ La subpoblación susceptible (¿S¿), o la porción de individuos de la población total que es susceptible a ser infectada ¿ La subpoblación infectada (¿E¿) son aquellos individuos de la población que ha sido contagiada por la enfermedad pero todavía no es capaz de producir nuevas infecciones. También se les llama población expuesta. ¿ La subpoblación infecciosa (¿I¿) esta compuesta de aquellos individuos infectados que son capaces de transmitir la infección a otros individuos. ¿ La subpoblación ¿recobrada¿ (¿R¿) se refiere a la población no enferma que no pertenece a la población susceptible. Se entiende que es inmune tras haber pasado la enfermedad y tener defensas activas contra ella, aunque otras veces dicha inmunidad se puede adquirir mediante otros medios. Este es el caso en algunos modelos epidémicos en el que se incluye también una subpoblación extra llamada ¿vacunados¿ (¿V¿). La suma total de las subpoblaciones se denomina población total (¿N¿) De esta forma se presentan una serie de modelos típicos con diferentes niveles de complejidad ¿ Modelos SI (Susceptible/Infeccioso) ¿ Modelos SIR (Susceptible/Infeccioso/Recobrado) ¿ Modelos SEIR (Susceptible/Expuesto/Infeccioso/Recobrado) ¿ Modelos SVEIR (Susceptible/Vacunado/Expuesto/Infeccioso/Recobrado) En estos modelos pueden aplicar una función para representar la vacunación, a la que nos referiremos como Vc. . Según sea la naturaleza específica de las enfermedad y la reacción del sistema inmunitario del huésped, algunas variantes de los modelos, como el anterior, incluyen un nuevo "S" final en su correspondiente acrónimo (cf. SEIRS), como la etapa final de la enfermedad se remonta desde recuperó para susceptible. Dependiendo de la velocidad de la del proceso y el impacto en la salud de la población enferma, las fluctuaciones en la población total se pueden tener en cuenta. Por lo tanto, la tasa de producción de los recién nacidos y las tasas de mortalidad se tienen en cuenta aunque, por simplicidad, a veces la población se supone constante y estos parámetros se omiten en las ecuaciones. A la hora de controlar estas enfermedades hay varios métodos para reducir, en términos estadísticos, la probabilidad de infección sobre la población y la propagación de la enfermedad. Muchos de ellos implican la eliminación de cierta cantidad de individuos susceptibles o infectados de la población (sacrificio), o el aislamiento de lo conocido infectados del resto de los individuos sanos (cuarentena). La medicina tiene una larga historia con esta forma de control de la enfermedad, que en nuestros modelos se convertirían en las leyes de control. Estos métodos son genéricos y pueden aplicarse cuando la información acerca de la enfermedad es mínima. Sin embargo, los recursos necesarios utilizando estos métodos no siempre son menos intrusivo y son necesarios otros métodos más asequibles. Por lo tanto, la vacunación se considera una ley de control y de tal modo hay dos estrategias principales sobre cómo aplicarlas: Vacunación constante y vacunación impulsiva, siendo estas controladas por leyes basadas en datos de las subpoblaciones, etc. Las leyes de control de la vacunación pueden incluir observadores para estimar las subpoblaciones con el fin de sintetizar los controles basados en ellos. Un dato importante a tener en cuenta en relación con la vacunación es la siguiente: los modelos epidémicos nunca son (estado) controlables bajo cualquier ley de control de la vacunación y, lo que es equivalente, los modelos epidémicos siempre muestran (estado) una incontrolabilidad, por lo que no hay una ley de control que permita llevar a todas las subpoblaciones a los valores prescritos en un tiempo finito. La razón intuitiva para esta incontrolabilidad es que los modelos epidémicos describen transiciones entre las subpoblaciones y normalmente una persona que se infecta, siempre que no muere, pasa a lo largo de todas las fases de la enfermedad a través del tiempo por lo que esto hace imposible lograr con capacidad de control de la forma habitual. Sin embargo, debe tenerse en cuenta que la propiedad de "controlabilidad de salida" es un objetivo realizable, si la salida se define con alguna combinación de subpoblación. Por ejemplo, si la salida es la suma de expuestos + infecciosos, puede fijarse como la controlabilidad de salida observada subjetivas para fijar a cero esta salida. Si se define como la suma de los susceptibles + inmunes, puede fijarse como objetivo la controlabilidad de salida para arreglar esta salida para ellos emergente totales. Esta tesis doctoral versa sobre algunas propiedades en la dinámica de las clases de varios de los modelos epidémicos SIRS, SEIRS y SVEIRS. Se le da una mayor relevancia a las propiedades de estabilidad local (alrededor de los puntos de equilibrio) y global, así como a las reglas de vacunación que se implementan con el fin de eliminar asintóticamente la enfermedad y / o para mejorar su comportamiento transitorio hacia a erradicación en la práctica. Nuestros modelos epidémicos se pueden desarrollar ya sea con poblaciones normalizadas o no normalizadas (la población total es de unidad y de las subpoblaciones son fracciones de la unidad cuya suma iguala la unidad). En el primer caso, la evolución en el tiempo de las subpoblaciones se interpreta como un porcentaje de la cantidad de individuos de cada subpoblación en cada instante de tiempo. Otras propiedades de interés en el contexto de las ecuaciones diferenciales o sistemas de tiempo continuo o de tiempo discreto son: i) Estabilidad global/local: La estabilidad global de la población es irrelevante para los modelos normalizados, ya que todas las subpoblaciones están delimitadas para todos los tiempos. En el caso de los modelos de un-normalizada, es de interés en el caso de que la población total es ilimitado. ii) ii) Estabilidad parcial global/local: Es relevante tanto para ambos modelos normalizados/no normalizados, en el sentido de que las subpoblaciones expuestas e infecciosas son candidatas a converger asintóticamente a cero. De la misma forma, la suma de todas las otras subpoblaciones converge asintóticamente al total de la población. iii) iii) La permanencia de la infección: Se relaciona con el caso cuando las subpoblaciones expuestas/infecciosas no pueden eliminarse de manera. Si el modelo es permanente para cualquier condición inicial, entonces el punto de equilibrio libre de enfermedad (es decir, la que tiene cero subpoblaciones infectadas o infecciosas) no puede ser asintóticamente estable. iv) iv) La positividad de la solución: Dada la coherencia de los modelos en relación con la naturaleza de lo descrito, los modelos epidémicos no admiten subpoblaciones negativas. os modelos se describen mediante un conjunto de parámetros, siendo algunos de ellos depende de la especie tratados y algunos de ellos de la enfermedad en particular. En general los parámetros principales son : -Las tasas de natalidad de la población, , que se relacionan con la población que por unidad de tiempo, en promedio. -Las tasa de mortalidad natural relacionada con la muerte de las personas debido a la vejez y causas no relacionada con la enfermedad -A su vez, existe una tasa de mortalidad adicional causado por la enfermedad en la subpoblación infectada. Al igual que en la tasa de mortalidad natural, es proporcional a la inversa la vida, en promedio, de un individuo afectado por la enfermedad. -Ratios de transición de subpoblación infectada a infecciosa, de infecciosa a recuperada y de recuperada a susceptible de nuevo Asimismo, dado que tratamos con enfermedades infecciosas, se tiene en cuenta una constante transmisión de la enfermedad, que se define en función del tipo de modelo utilizado. -R0: número de reproducción básica, que se define como el número promedio de casos secundarios generados a partir de un caso primario medio en una subpopblación totalmente susceptible. Este numero se deriva del resto de los parámetros y depende del tipo de modelos, y en muchos aspectos es fundamental para comprender la naturaleza de las enfermedades y su evolución a través del tiempo. El número básico de reproducción se utiliza para estudiar el impacto global que una enfermedad puede producir en una población, como R0> 1 significaría que el número de personas infectadas aumentará con respecto a la generación anterior, y R0 <1 significaría lo contrario, una disminución del número de infectados. El valor de R0 entonces se obtiene multiplicando el tiempo de infectividad medio de una persona por la tasa media de infección de un individuo en una población libre de enfermedad. Desde un punto de vista matemático, sin embargo, este individuo infectado solitario en una población libre de enfermedad se considera una perturbación del estado libre de enfermedad, uno de los muchos posibles pequeños cambios realizados en un estado de equilibrio. Entonces, dadas las ecuaciones diferenciales que regulan la dinámica de estos modelos, el efecto general de cualquier perturbación en la evolución del sistema cuando está en un estado de equilibrio se puede calcular. Dada una serie de ecuaciones de la dinámica del sistema, podemos obtener la matriz jacobiana en el punto libre de enfermedad. Entonces, la obtención de los autovalores de esta matriz nos dará las tendencias (cuando las perturbaciones realizadas son pequeñas) a aumentar o disminuir de los diversos tipos de alteraciones que se pueden hacer a este estado libre de enfermedad. Cuando los autovalores son negativos, el sistema reacciona disminuyendo las subpoblaciones que han subido conforme al autovector asignado a dicho autovalor, y aumentar las subpoblaciones que han disminuido, hasta llegar otra vez al estado libre de enfermedad. Por lo tanto, se puede decir que el estado de equilibrio es, por lo menos, localmente estable. El numero de reproducción uno manifestación de todos los valores propios de la matriz jacobiana en el equilibrio. Considere un modelo SIR como en la sección anterior con un muerto y tarifas un recién nacido ¿ y ¿ respectivamente. La matriz Jacobiana característica El papel del número de reproducción en el estudio de la enfermedad no sólo se limitará a hacer predicciones sobre el estado libre de la enfermedad. En condiciones R0 también puede ser un parámetro útil en el estudio de otros estados de equilibrio de las enfermedades, donde la definición inicial hecha por los epidemiólogos no se puede aplicar a las situaciones específicas.

El amplificador de potencia es un componente clave en la arquitectura de los transmisores de comunicaciones inhalámbricas. La complejidad de las señales de los sistemas de comunicación actuales impone unas especificaciones exigentes en el diseños de los mismos. Es por ello que los ciclos de concepción de los circuitos de microondas son en general lentos y muy costosos. Desafortunadamente, la aparición indeseada de oscilaciones al medir las prestaciones de los amplificadores de potencia de radio-frecuencia y microondas es un problema muy común al que se enfrentan los diseñadores. Un amplificador de potencia diseñado sin llevar a cabo análisis rigurosos de estabilidad puedes ser inestable, y ello puede llevar a la generación de oscilaciones que impiden el correcto funcionamiento del amplificador y pueden incluso llegar a destruirlo completamente o quemarlo.

En un nacimiento prematuro los bebés pueden presentar un déficit de surfactante pulmonar, siendo ésta la causa de la enfermedad conocida como Síndrome de Distrés Respiratorio (SDR). Una posible alternativa al tratamiento actual es la administración del surfactante en forma de aerosol conjuntamente con un método de ventilación no invasivo. El trabajo de esta tesis se ha desarrollado tanto en el campo experimental como en el campo numérico. Primero, se ha realizado un estudio experimental in vitro de una técnica de nebulización para generar aerosoles de forma menos invasiva en neonatos a través de un catéter de inhalación. También se ha definido un modelo numérico, basado en técnicas CFD (Computational Fluid Dynamics) a través del código comercial STAR-CCM+, para su futura aplicación en la mejora del diseño del dispositivo nebulizador propuesto. Tras el diseño y fabricación del prototipo nebulizador mediante técnicas de fabricación aditiva, se ha llevado a cabo un estudio experimental para analizar las características en tamaño y masa de las gotas transportadas en el aerosol. Por último, se han establecido pautas para la optimización de nuevos diseños de nebulizadores y se ha realizado la fabricación de varios prototipos.

La alta dependencia del sistema energético actual con respecto a los combustibles fósiles es un problema al que la humanidad debe hacer frente. Más allá de las consideraciones medioambientales que se puedan asociar a la combustión de los propios combustibles fósiles, las reservas de los mismos son finitas y a largo plazo se verán agotadas. Para afrontar esta situación se plantea el uso de la energía nuclear de fusión como opción tecnológica alternativa a medio plazo. En términos generales se espera que la fusión nuclear pueda suponer una fuente de energía masiva inagotable, limpia y segura. En este contexto el proyecto ITER pretende demostrar la viabilidad tecnológica de la fusión nuclear por confinamiento magnético mediante la construcción de un reactor de fusión que obtenga una potencia superior a la aportada para ponerlo en marcha. Uno de los elementos críticos de este tipo de reactores son las envolturas regeneradoras, a través de las que se debe extraer la energía generada por las reacciones de fusión y, a su vez, proporcionar todo el tritio necesario para mantener la reacción termonuclear durante la vida de la planta. Los materiales que constituirán los diferentes componentes de las futuras plantas de fusión estarán sujetos a la interacción con los isótopos de hidrógeno. El conocimiento de esta interacción resulta fundamental, sobre todo en las mencionadas envolturas regeneradoras, ya que condiciona la viabilidad de regeneración de tritio. Se debe recoger el tritio generado y transportarlo adecuadamente sin que se produzcan pérdidas sustanciales por difusión y absorción en el seno de dichos materiales, de manera que la gestión del combustible tritio se realice de manera eficiente. Todas las envolturas regeneradoras propuestas para ser ensayadas en ITER utilizarán un acero ferrítico-martensítico de baja activación neutrónica como material estructural. Resulta fundamental, por tanto, conocer los parámetros de transporte de los isótopos de hidrógeno en dichos aceros La presente tesis tiene por objeto analizar los flujos de permeación de hidrógeno en diferentes aleaciones ferríticas con composiciones metalúrgicas controladas para poder analizar el efecto de dicha composición metalúrgica en la permeabilidad del hidrógeno. Para ello se ha empleado la técnica de permeación, una técnica clásica de caracterización del transporte de gas. Las 9 muestras ensayadas son aleaciones adquiridas por EFDA (European Fusion Development Agreement) que cumplen unos estrictos requisitos en cuanto a la composición y a la microestructura. Mediante el ensayo de dichas muestras en la instalación de permeación del Laboratorio de Materiales de Fusión perteneciente al Departamento de Ingeniería Nuclear y Mecánica de Fluidos se ha podido analizar la influencia del C, del Cr y del P en la permeabilidad del hidrógeno para regímenes difusivos. Adicionalmente, se han propuesto expresiones matemáticas para cuantificar la variación de la permeabilidad del hidrógeno en función del contenido de cada uno de los tres componentes mencionados.

En esta Tesis se desarrolla e implementa un procedimiento para la determinación conjunta de Fe-55 y Ni-63 en muestras medioambientales. También se desarrolla y propone un procedimiento general de validación para procedimientos radioanalíticos que posteriormente se aplicarán al procedimiento desarrollado permitiendo así su perceptiva validación previa a considerar como un método de rutina en el laboratorio.

El objeto de la tesis consiste en desarrollar estrategias de modelado y optimización del rendimiento energético de plantas de cogeneración basadas en motores de combustión interna (MCI), mediante el uso de las últimas tecnologías de inteligencia computacional. Con esta finalidad se cuenta con datos reales de una planta de cogeneración de energía, propiedad de la compañía EnergyWorks, situada en la localidad de Monzón (provincia de Huesca). La tesis se realiza en el marco de trabajo conjunto del Grupo de Diseño en Electrónica Digital (GDED) de la Universidad del País Vasco UPV/EHU y la empresa Optimitive S.L., empresa dedicada al software avanzado para la mejora en tiempo real de procesos industriales.

Technology and technological devices have become habitual and omnipresent. Humans need to learn to communicate with all kind of devices. Until recently humans needed to learn how the devices express themselves to communicate with them. But in recent times the tendency has become to make communication with these devices in more intuitive ways. The ideal way to communicate with devices would be the natural way of communication between humans, the speech. Humans have long been investigating and designing systems that use this type of communication, giving rise to the so-called Spoken Dialogue Systems. In this context, the primary goal of the thesis is to show how these systems can be implemented. Additionally, the thesis serves as a review of the state-of-the-art regarding architectures and toolkits. Finally, the thesis is intended to serve future system developers as a guide for their construction. For that,

Los aerogeneradores flotantes presentan diversos retos tecnológicos, entre los cuales, las atenuaciones de la dinámica producida por el empuje del viento y la inducida por el oleaje, debido a la baja rigidez hidrodinámica de la plataforma, son vitales. Estas dinámicas no solo influyen en el funcionamiento normal del aerogenerador, sino que además, incrementan las cargas mecánicas de algunos componentes, como la torre y palas del aerogenerador. Por ello, el objetivo de esta tesis es minimizar las dinámicas de los aerogeneradores flotantes, mejorando el funcionamiento a la vez que se reducen las cargas mecánicas producidas en la torre y palas mediante técnicas de control avanzadas, y así, aumentar la eficiencia del aerogenerador y prolongar la vida útil de dichos componentes. La descripción del trabajo incluye el modelado de plataformas flotantes y el desarrollo de dos lazos de control, que respectivamente realimentan la velocidad de la góndola y los momentos flectores en las raíces de las palas, para la contribución en la regulación del ángulo de pitch de las palas del aerogenerador. Además, se estudia la relación de las dimensiones de las plataformas flotantes y el desempeño del controlador diseñado con el fin de reducir las dimensiones de la plataforma manteniendo las propiedades del funcionamiento del aerogenerador. Se proponen dos métodos innovadores para la linealización de los modelos no lineales de aerogeneradores flotantes y la optimización de los lazos de control diseñados en esta tesis. Los resultados mostrados demuestran la eficacia del controlador diseñado en la consecución de los objetivos propuestos.

La industria de la fundición es un sector que ha de mejorar un proceso de fabricación con muchos procesos físicos distintos, y en condiciones críticas. Esto implica muchas variables que hacen que el proceso se encarezca considerablemente, si se quieren controlar y automatizar. Por este motivo, se prefieren trasladar los procesos productivos a lugares donde el coste de la mano de obra sea más barato, para no abordar esas variables que requieren un gran conocimiento tecnológico. Aun así, ha de asumirse cierta familia de defectos, que se contrarrestan con mayores tamaños de pieza como factor de seguridad. Lo cual incrementa los costes de fabricación y de su posterior mecanización. Esta y otras razones han hecho que la tecnología de la fundición se base, en gran medida, en conocimiento empírico acumulado en la propia empresa o recogido en manuales de buenas prácticas del sector, con estilos muy alejados del mundo académico. La introducción de software de cálculo de enfriamiento y llenado está permitiendo verificar y corregir esos manuales de buenas prácticas y entender el fenómeno físico que esconden. Pero el problema que conlleva es la necesidad de validación en condiciones reales, que significa metal fundido fluyendo a altas temperaturas. Lo cual hace que sea algo inviable en unas condiciones más o menos sostenibles. Es por ello, por lo que aparecen de vez en cuando familias de defectos, que nos alertan de que seguimos sin controlar el 100% de los fenómenos físicos que ocurren en esos procesos tan extremos. Estos defectos hacen que la rentabilidad y la optimización de esta industria se vea mermada y haga que los inversores escojan caminos más fáciles. En este trabajo de investigación identificaremos y validaremos un proceso físico poco conocido, y todavía no aceptado ampliamente en el sector, la teoría de Bifilm. Haremos evidente este fenómeno para el acero y lo sumaremos a lo ya estudiado sobre el aluminio. Con lo que podremos extrapolar esta teoría al resto de metales en estado líquido. Verificaremos que los CFDs no contemplan este fenómeno y que en algunas situaciones es interesante y posible las simulaciones con agua a escala 1:1 del proceso de llenado. Los experimentos realizados y su verificación computacional nos han permitido adecuar los costes y tiempos de diseño para proponer esta metodología de verificación en piezas de gran tamaño y por tanto, de altos costes. Y lo más importante, abrimos un campo de investigación no abordado hasta la fecha (que si bien fue detectado por los estudios del profesor Campbell) sobre lo que ocurre en metales en estado líquido (Tª mayores de 1000º) moviéndose en régimen muy turbulento (velocidades mayores de 1 m/s) que implican Reynolds> 4000 (Campbell, 2013). En este trabajo se propone una idea del comportamiento de los metales líquidos diferente a lo que hasta ahora la metalurgia considera. Su descubrimiento llena un campo abandonado por la ciencia y que necesita de más experimentación para su parametrización.

Erresistentziak dituzten korronte zuzeneko (KZ) zirkuitu elektriko sinpleen azalpena gai korapilatsua da fisikan. Bere gain hartzen ditu lege fisikoak, materiaren eredu mikroskopikoa eta elektrizitatearen inguruko kontzeptu ezberdinak lotzeko koherentzia (Arons, 1990). Ikasleek zirkuitu elektrikoen inguruan arrazoitzen dutenean, karga elektrikoa, potentzial elektrikoa, korronte elektrikoa eta eremu elektrikoa bezalako oinarrizko kontzeptuak bateratu eta aplikatu behar dituzte. Orain arte ikasleek korronte zuzeneko zirkuituen funtzionamendua azaltzeko dituzten azalpen ereduen inguruan garatu diren ikerketa gehienak lehen hezkuntzan eta bigarren hezkuntzan egin dira. Geroz eta ikerketa gehiagok ondorioztatzen dute batxilergo eta unibertsitateko hastapeneko fisika ikasgaietako ikasleek elektrizitatea modu zatituan erabiltzen dutela, elektronika eta elektrodinamikaren arteko loturarik egin gabe. Ikasleek elektrostatika eta KZ zirkuituen kapituluak aparteko bi arlotzat jotzen dituzte.Aurretiko ikerketetan ondo ezarrita dago ikasleengan zirkuitu elektrikoak interpretatzeko orduan zailtasun handiak eragiten dituen kontzeptuetako bat potentzial elektrikoa dela. Gainera, ikasleek ez dituzte funtsean korronte eta potentziala desberdintzen, eta ez dakite haien artean bereizten. Ikerketa desberdinetan ikusi da bi punturen arteko potentzial diferentzia zirkuituaren topologiaren araberakoa dela ez dutela ulertzen. Ikasleek zirkuitu elektrikoen inguruan dituzten ideien inguruko ikerketa ugarik ikasleen azalpenetako askok elektrizitatea fluxutzat hartzen dutela aurkitu zuten, maila makroskopikoko fenomenoak azalduz. Mota honetako azalpenek ez dituzte haien gain hartzen kargaren izaera eta kargen gainean eragiten duen eremu elektrikoa. Aurretik aipatu diren zailtasunak handitu egiten dira unibertsitate mailako ikasleek zirkuituen propietate elektrikoak eta Maxwell-en ekuazioetan definitzen diren eremu eta potentzial kontzeptuak erlazionatzen saiatzen direnean . Aurretiko ikerketek ikasleen ikasketa zailtasunak zehazki nolakoak diren etahaien arrazoiketa moduekin nola erlazionatzen diren galdetzera garamatzate. Unibertsitate mailako hastapeneko fisika ikasleentzat azalpen-eredu egokia eraikitzea ahalbidetzen duten arrazoibideak zein diren ikertu da.

In this thesis, we try to alleviate some of the weaknesses of the current approaches to dialogue modelling, one of the most challenging areas of Artificial Intelligence. We target three different types of dialogues (open-domain, task-oriented and coaching sessions), and use mainly machine learning algorithms to train dialogue models. One challenge of open-domain chatbots is their lack of response variety, which can be tackled using Generative Adversarial Networks (GANs). We present two methodological contributions in this regard. On the one hand, we develop a method to circumvent the non-differentiability of textprocessing GANs. On the other hand, we extend the conventional task of discriminators, which often operate at a single response level, to the batch level. Meanwhile, two crucial aspects of task-oriented systems are their understanding capabilities because they need to correctly interpret what the user is looking for and their constraints), and the dialogue strategy. We propose a simple yet powerful way to improve spoken understanding and adapt the dialogue strategy by explicitly processing the user's speech signal through audio-processing transformer neural networks. Finally, coaching dialogues share properties of open-domain and task-oriented dialogues. They are somehow task-oriented but, there is no rush to complete the task, and it is more important to calmly converse to make the users aware of their own problems. In this context, we describe our collaboration in the EMPATHIC project, where a Virtual Coach capable of carrying out coaching dialogues about nutrition was built, using a modular Spoken Dialogue System. Second, we model such dialogues with an end-to-end system based on Transfer Learning.

El aumento de la proporción de generación de electricidad a partir de fuentes renovables es clave para garantizar un sistema energético totalmente descarbonizado y luchar contra el cambio climático. La energía undimotriz es un recurso abundante pero, al mismo tiempo, es la menos desarrollada de todas las tecnologías renovables. El marco de evaluación común desarrollado en la tesis se basa en principios sólidos de ingeniería de sistemas y abarca el contexto externo, los requisitos del sistema y los criterios de evaluación. Se puede aplicar a diferentes niveles de madurez tecnológica y capta los aspectos cualitativos relacionados con las expectativas de las partes interesadas. El enfoque novedoso guía las decisiones de diseño a lo largo del proceso de desarrollo para la gestión adecuada del riesgo y la incertidumbre, y facilita la selección y evaluación comparativa de la tecnología undimotriz a diferentes niveles de madurez de manera controlada. Los métodos propuestos en esta investigación brindan información valiosa para enfocar los esfuerzos de innovación en aquellas áreas que tienen la mayor influencia en el desempeño de la tecnología. La incorporación de estrategias de innovación eficaces en el desarrollo de la energía undimotriz ayuda a gestionar la complejidad del sistema y canalizar la innovación hacia mejoras útiles.

El objetivo de esta Tesis es el estudio de la distribución de la tasa de dosis dentro y fuera de un submarino de propulsión nuclear, considerando diferentes parámetros de influencia como son el término fuente considerado, los materiales de blindaje seleccionados o la configuración geométrica del modelo, todo ello considerado en operación normal. Se analizarán tanto el blindaje primario, el que envuelve a la vasija, como el blindaje secundario, que se sitúa en las zonas de los mamparos y el casco, formando parte del recinto de contención. El estudio de los parámetros de influencia se abordará de una forma analítica en primera instancia, profundizando posteriormente en el desarrollo de una herramienta (script de Python) sistemática que permitirá obtener como resultados los valores optimizados en dimensiones y materiales para un modelo de transporte con un término fuente dado.

Haize energiaren eskaera handitzea haize turbinen tamainen hazkuntzarekin eta hauetan instalaturiko jarioaren kontrolerako eragileen garapenarekin zuzenki harremanduta dago, hala nola, zurrunbilo sortzaileekin. Zurrunbilo sortzaileak edo Vortex Generators (VG) jarioaren kontrolerako eragile pasiboak dira, mugako geruzaren banatzea atzeratu edo ekiditzeko erabili daitezkeenak. Orohar, VG jakin baten tamaina, leku horretan mugako geruzaren lodierarekin bat etortzeko diseinatua izan ohi dira. Baina, altuera konbentzionala duten VG horiek arraste karga handia eragin dezakete, hortaz, zurrunbilo sortzaileen diseinurako bestelako azterketa mota bat bideratu behar da. Zurrunbilo sortzaileen diseinurako simulazioen bidea hautatu egin da eta hiru urrats ezberdinetan Computational Fluid Dynamics (CFD) teknikak erabiliz VGek sorrarazitako zurrunbiloak karakterizatuko dira. Lehendabizi plaka lau batean kokatutako VG batek sortutako zurrunbiloa ezaugarrituko da bost altuera ezberdinetarako eta lau eraso angeluetarako. Navier-Stokes ekuazioak Re=27000 baliorako ebatziz. Ondoren, presio gradiente arbuiagarria duen plaka lau batean kokatutako VG baten simulazioak egin izan dira zelda sorta eredua erabiliaz alde batetik eta guztiz ebatzitako saretaren eredua erabiliz bai Large Eddy Simulation (LES) zein Reynolds-Average Navier-Stokes (RANS) simulazio ereduetarako. Azkenik, DDU97W300 profil baten eraginkortasun aerodinamikoa ebaluatu da, VGarekin eta hau gabe. jBAY iturburu ereduan triangelu formako VG bat CFD tekinen bidez simulatu da, baita guztiz ebatzitako saretaren bereizmenerako ere. RANSean oinarrituriko simulazioak erabili dira egoera egonkorrerako, eta Detached Eddy Simulation (DES) metodoa erabili da stall egoerarengandik gertu dauden eraso angeluetarako (AoA). Simulazio numeriko guztiak Re = 2x10 6 Reynolds zenbakiarekin egin dira.

This research mainly focuses on improving our understanding of human-human and human-machine interactions by analysing paricipants¿ emotional status. For this purpose, we have developed and enhanced Speech Emotion Recognition (SER) systems for both interactions in real-life scenarios, explicitly emphasising the Spanish language. In this framework, we have conducted an in-depth analysis of how humans express emotions using speech when communicating with other persons or machines in actual situations. Thus, we have analysed and studied the way in which emotional information is expressed in a variety of true-to-life environments, which is a crucial aspect for the development of SER systems. This study aimed to comprehensively understand the challenge we wanted to address: identifying emotional information on speech using machine learning technologies. Neural networks have been demonstrated to be adequate tools for identifying events in speech and language. Most of them aimed to make local comparisons between some specific aspects; thus, the experimental conditions were tailored to each particular analysis. The experiments across different articles (from P1 to P19) are hardly comparable due to our continuous learning of dealing with the difficult task of identifying emotions in speech. In order to make a fair comparison, additional unpublished results are presented in the Appendix. These experiments were carried out under identical and rigorous conditions. This general comparison offers an overview of the advantages and disadvantages of the different methodologies for the automatic recognition of emotions in speech.

The main objective of this thesis is to develop a feedback controller capable of reducing the peak detuning of superconducting radiofrequency cavities being operated with high loaded quality factor. Detuning occurs when factors like mechanical vibrations and radiation pressure cause the cavity¿s resonance frequency to deviate from the desired operating frequency, leading to a significant degradation of the efficiency of the accelerator and, in extreme cases, may even cause operational failures. This dissertation deals in particular with microphonic detuning, which refers to any external mechanical perturbations affecting the accelerating structure. For this purpose, a modification of the Active Disturbance Rejection Control (ADRC) is developed in order to obtain an algorithm more resistant to time delay, without compromising its performance. This new algorithm is based on a generalized extended state observer (GESO) that guarantees that the matching condition of the ADRC algorithm is allways met and allows open-loop frequency analysis of the system. In conjunction with this observer, a loop shaping compensator is also added, which is the control element in charge of providing greater relative stability to the controlled system. The resulting controller is tested on a 9-cell TESLA cavity in the Horizontal-Bi-Cavity Teststand (HoBiCaT) of Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB), obtaining great results.

En el marco de las energías renovables, el potencial del hidrógeno verde como vector energético se presenta como una de las alternativas para la reducción de emisiones de gases de efecto invernadero y dependencia de los combustibles fósiles en los distintos sectores. La presente tesis doctoral se centra en el uso del hidrógeno verde como sustituto del gas natural en los quemadores de calderas domésticas e industriales, lo cual eliminaría las emisiones de gases de efecto invernadero como el dióxido de carbono o el metano y gases tóxicos como el monóxido de carbono. El proceso de combustión que tiene lugar en los quemadores depende altamente del tipo de combustible y de sus características. En este sentido, las propiedades físico-químicas del hidrógeno y del gas natural difieren de forma considerable, afectando al comportamiento del proceso de combustión. En concreto, debido a que el rango de inflamabilidad del hidrógeno es mucho mayor frente a otros combustibles gaseosos, la combustión del hidrógeno en condiciones premezcladas o parcialmente premezcladas puede llevar al fenómeno de retroceso de llama o flashback, poniendo en riesgo la integridad del quemador y de la caldera. Por otro lado, las altas temperaturas en llamas de hidrógeno favorecen la formación de los NOx térmicos, considerándose éste un gas contaminante y perjudicial para la calidad del aire y la salud. Estas características dificultan la sustitución directa del gas natural por el hidrógeno en los quemadores actuales, teniendo que replantear nuevas alternativas de diseño que aseguren el óptimo funcionamiento con 100% hidrógeno, eliminando el riesgo de retroceso de llama y minimizando la formación de NOx térmicos. En este contexto, la presente tesis doctoral tiene por objeto plantear diseños que eliminen o minimicen estos fenómenos. Para ello, se optó por la tecnología de llamas de difusión en quemadores multillama, en las que no existe premezcla alguna y se elimina por completo el riesgo de retroceso de llama, centrando así la tesis en la problemática de los NOx térmicos. Inicialmente se caracterizó su formación en llamas de difusión considerando un caso de estudio simple, donde se analizó el impacto de distintos parámetros de funcionamiento (potencia térmica, nivel de exceso de aire y régimen de llama). Los resultados permitieron plantear diferentes alternativas de diseño de quemadores en función del régimen de la llama (laminar-turbulento). En base a los resultados de la caracterización, se optó por un diseño de quemador multillama turbulento, tomando como referencia la tecnología Micromix empleada en quemadores de turbinas de gas de hidrógeno. Este concepto se basa en la formación de llamas turbulentas miniaturizadas, las cuales se estabilizan entre dos vórtices generados a partir de la inyección perpendicular del hidrógeno al flujo de aire entrante y el impacto de este flujo con la estructura del quemador. Debido a las diferentes condiciones de operación en calderas, se analizó la viabilidad de esta tecnología para el diseño de quemadores domésticos e industriales. Los resultados mostraron que las características presentadas previamente en diseños para turbinas de gas se mantuvieron bajo las nuevas condiciones de operación y dimensiones geométricas, mostrando en ambos casos (quemador doméstico e industrial) bajos niveles de NOx respecto a los límites establecidos en sus respectivas normativas. En cuanto a la metodología, cabe destacar que la caracterización inicial y el estudio de la viabilidad del concepto Micromix para calderas se realizó empleando simulaciones numéricas de dinámica de fluidos computacional (CFD) mediante el software ANSYS Fluent, considerando el proceso de combustión en llamas laminares y turbulentas a través de los modelos de reacción de tasa finita y FGM respectivamente. Los cálculos en llamas turbulentas se realizaron siguiendo el enfoque RANS. La validación de los resultados numéricos se llevó a cabo a través de medidas experimentales macroscópicas de temperatura y de emisiones de NOx. Para cada caso de estudio se construyeron prototipos escalados ad-hoc junto con el correspondiente montaje experimental. Parte de los resultados de la presente tesis doctoral han sido publicados en revistas científicas con alto factor de impacto.

Esta tesis tiene como objetivo contribuir al desarrollo y perfeccionamiento de sistemas avanzados a la conducción (ADAS). Para ello, basándose en bases de datos de conducción real, se exploran las posibilidades de personalización de los ADAS existentes mediante técnicas de machine learning, tales como las redes neuronales o los sistemas neuro-borrosos. Así, se obtienen parámetros característicos del estilo cada conductor que ayudan a llevar a cabo una personalización automatizada de los ADAS que equipe el vehículo, como puede ser el control de crucero adaptativo. Por otro lado, basándose en esos mismos parámetros de estilo de conducción, se proponen nuevos ADAS que asesoren a los conductores para modificar su estilo de conducción, con el objetivo de mejorar tanto el consumo de combustible y la emisión de gases de efecto invernadero, como el confort de marcha. Además, dado que esta personalización tiene como objetivo que los sistemas automatizados imiten en cierta manera, y siempre dentro de parámetros seguros, el estilo del conductor humano, se espera que contribuya a incrementar la aceptación de estos sistemas, animando a la utilización y, por tanto, contribuyendo positivamente a la mejora de la seguridad, de la eficiencia energética y del confort de marcha. Además, estos sistemas deben ejecutarse en una plataforma que sea apta para ser embarcada en el automóvil, y, por ello, se exploran las posibilidades de implementación HW/SW en dispositivos reconfigurables tipo FPGA. Así, se desarrollan soluciones HW/SW que implementan los ADAS propuestos en este trabajo con un alto grado de exactitud, rendimiento, y en tiempo real.

El impacto de chorro es una tecnología de gran potencial para tareas de gestión térmica. Sin embargo, el análisis del estado actual de la técnica ha confirmado la existencia de una serie de condicionantes que dificultan su implementación en ciertas aplicaciones. Por un lado, faltan metodologías completas de diseño y optimización que faciliten la implantación de esta tecnología como pueden existir para otros sistemas de refrigeración, como intercambiadores de calor o disipadores. En segundo lugar, pese a presentar las tasas de transferencia de calor más elevadas para sistemas de convección forzada, requiere elevados caudales para su funcionamiento, lo cual compromete su uso en configuraciones donde la eficiencia energética sea un factor diferencial. La focalización de anteriores investigaciones en la mejora del coeficiente de transferencia de calor deja de lado el coste energético asociado a este beneficio. Por último, la experimentación y simulación de placas de chorros requiere de conocimientos e instrumentación avanzada. El compromiso entre eficiencia de recursos y precisión en los resultados es fundamental al analizar aplicaciones prácticas con geometrías complejas y otros retos técnicos. En este trabajo se pretende dar respuesta a estos problemas con una clara orientación hacia el ámbito de la ingeniería. Cada una de estas cuestiones ha sido abordada individualmente en cada capítulo. Como resultado final del trabajo de investigación, se obtiene: una metodología completa de cálculo y optimización; la determinación de una geometría y condiciones que permiten el incremento de la eficiencia neta de un sistema aplicando esta técnica de refrigeración y, en último lugar, una técnica experimental que aporta suficiente información para la optimización de detalle.

This thesis gathers the main point on the research focused on the numerical modelling of floating substructures for Offshore Renewable Technologies. The first phase of the thesis focused on creating a Numerical Wave Flume (NWF) that replicated the 12.5m long wave flume of the University of the Basque country to ensure a proper wave generation, propagation and reflection processes. Thus, it was the aim not only to understand the behaviour of this processes but also to understand the importance of consider them when analysing floating structures in this type of infrastructure. The second phase was focused on developing a new approach to model the correction force (a force that gathers all the non-linear hydrodynamic effects) by an analytical definition, ensuring a proper response of the numerical simulations when comparing them against the physical data. This objective was shown as successful showing great potential and adaptability to different tests, due to its holistic approach. Finally, the same methodology was applied to decay tests of an enclosed wave absorber which, after some natural adjustments to adapt the approach to the nature of the structure, showed a strong performance in different decay tests. Finally, future developing of this approach is being done using neural networks to adapt the signal in a more efficient way allowing the analytical definition to be introduce to aeroelastic models.

La seguridad vial es un campo en constante evolución, impulsado por avances tecnológicos y una mejor comprensión del comportamiento humano. A pesar de los avances en la automatización de vehículos y los Sistemas Avanzados de Asistencia al Conductor (ADAS), los errores humanos siguen siendo la causa principal de los accidentes de tráfico. Los sistemas ADAS buscan eliminar el factor humano y mejorar la seguridad vial, aunque la tecnología aún no puede reemplazar al conductor. Esta tesis doctoral desarrolla un sistema para estimar la fiabilidad del conductor, combinando el análisis del estado del conductor con la evaluación de riesgos ambientales mediante comunicaciones vehiculares (V2X). El Sistema de Monitorización del Conductor (DMS) utiliza inteligencia artificial para analizar factores como distracción o somnoliencia. Los datos del DMS se procesan a través del Sistema de Análisis del Estado del Conductor (DriSAS) basado en lógica difusa. Además, se desarrolla el Sistema de Análisis de Riesgos mediante Comunicación Vehicular (VeCRAS) para evaluar riesgos ambientales en tiempo real. La integración de estos sistemas da lugar al Sistema de Análisis de Fiabilidad del Conductor (DRAS), que proporciona una evaluación contextualizada de la fiabilidad del conductor. La tesis valida el sistema mediante pruebas en entorno real, demostrando su eficacia para clasificar la fiabilidad del conductor y mejorar la seguridad vial.

Las plantas de generación híbridas que combinan fuentes de generación renovables con almacenamiento se presentan como una pieza clave en el proceso de descarbonización del sistema eléctrico. Esto se debe a las múltiples ventajas que presentan, tales como una generación más estable o una mayor flexibilidad para ofrecer servicios al sistema eléctrico. Esta tesis doctoral tiene como objetivo investigar los niveles superiores de control necesarios para operar plantas de generación híbridas conectadas a red con el fin de maximizar su rentabilidad. Más concretamente, la tesis se enfoca en el desarrollo de los niveles de control de energy management system (EMS) y power management system (PMS) para operar de forma óptima plantas híbridas compuestas por generación eólica, solar fotovoltaica y un sistema de almacenamiento por baterías. Además, haciendo uso del EMS desarrollado, se presenta un método para dimensionar los sistemas de almacenamiento dentro de estas plantas. Los resultados incluyen, entre otros, la validación del controlador desarrollado frente al Código de Red de España mediante simulaciones hardware in the loop.

La seguridad vial es una preocupación global, con vehículos humanos contribuyendo a muchos accidentes y la congestión del tráfico exacerbando este problema. Las tecnologías de Movilidad Cooperativa, Conectada y Automatizada (CCAM) ofrecen mejoras en eficiencia y seguridad. Las maniobras cooperativas, posibles gracias a la comunicación avanzada entre vehículos, son fundamentales en la implementación de CCAM, optimizando el flujo de tráfico y mejorando la seguridad. Sin embargo, con el avance de estas tecnologías, la ciberseguridad se vuelve esencial para proteger contra amenazas cibernéticas. Esta tesis de doctorado busca abordar la coordinación de Vehículos Automatizados y Conectados (CAV) en maniobras cooperativas y explorar marcos de ciberseguridad en soluciones de Internet de las Cosas (IoT). La tesis comienza con una revisión del Estado del Arte (SoA) de CCAM, identifica desafíos y presenta la arquitectura Conducción Automatizada (AUDRIC). Se delinean plataformas de validación y escenarios de prueba, seguidos por explicaciones de algoritmos de decisión y control para maniobras cooperativas. Las maniobras cooperativas se validan en varios entornos de prueba. La tesis concluye enfatizando la eficacia de las estrategias planificadas y la importancia de las maniobras cooperativas para una conducción conectada y automatizada óptima.

El objetivo principal de esta tesis es realizar la monitorización de temperatura de tubos metálicos de alto valor añadido con sensores fabricados sobre los mismos (embebidos). Para ello, se han valorado el uso de diferentes técnicas de deposición, y su viabilidad desde un punto de vista industrial, depositando los materiales implicados y produciendo sensores de temperatura de capa fina basados en el principio de los RTD (Resistive Temperature Detector). El trabajo profundiza en la caracterización eléctrica de la respuesta de los sensores en un rango de temperatura de 25 a 250 ºC, estudiando la evolución microestructural de los recubrimientos sintetizados. Finalmente, se han fabricado prototipos con los sensores estudiados y la electrónica y resto de componentes asociados.

En esta tesis, abordamos la falta de una arquitectura de co-simulación independiente del lenguaje y la plataforma, proponiendo una solución basada en el estándar no propietario del Protocolo de Co-simulación Distribuida. Exploramos cómo puede implementarse en diferentes plataformas de hardware y demostramos cómo el proceso de Verificación y Validación puede simplificarse. Esta tesis contribuye al campo de la co-simulación distribuida al presentar un método rentable y agnóstico de herramientas que permite vincular diferentes herramientas de Modelado y Simulación y varias plataformas de hardware. En particular, desarrollamos una interfaz diseñada para facilitar la co-simulación en el desarrollo de Sistemas Ciberfísicos, que también es aplicable a las necesidades de comunicación de otros sistemas distribuidos.

La pandemia de COVID-19 ha revelado la importancia de entender la ventilación en espacios cerrados. Este estudio analiza parámetros ambientales en un aula informática con 15 sujetos durante 90 minutos, todos usando mascarillas quirúrgicas o FP2. Se midieron temperatura, humedad relativa, concentración de CO2 y PM2.5 con dispositivos Arduino YUN, Arduino UNO y APS-3321. Se evaluó la eficiencia de la ventilación natural en dos escenarios: con ventanas abiertas y con ventanas y puertas abiertas. Los resultados mostraron que la ventilación afecta la temperatura, la concentración de CO2 y el tamaño de las partículas, mientras que la humedad depende de las condiciones externas. Otro capítulo investigó la dispersión y evaporación de gotículas emitidas por una tos a distintas velocidades usando un modelo de fluidodinámica computacional. Se simuló un ascensor con dos individuos, observando que las gotículas menores de 150 µm se evaporaron en menos de 10 segundos. Las trayectorias de las gotículas variaron según su tamaño: las menores de 30 µm fueron influenciadas por movimientos Brownianos, mientras que las mayores estuvieron afectadas por fuerzas inerciales y gravitacionales. En otro apartado, se modeló un ascensor hospitalario con un ventilador extractor y una rejilla de ventilación, analizando un estornudo, una tos y un discurso continuo. Se concluyó que el ventilador expulsó hasta el 60% de las gotículas pequeñas, pero también dispersó partículas dentro del ascensor, siendo el discurso continuo el escenario de mayor riesgo por la saturación de gotículas. Finalmente, se estudió el impacto de la ventilación mecánica en un ascensor hospitalario con dos sujetos: uno sano y otro infectado. Se modelaron tres estrategias de ventilación: sin ventilación, ventilación ascendente y ventilación descendente. Los resultados mostraron discrepancias en la efectividad según el parámetro evaluado, sugiriendo que la ventilación descendente o la ausencia de ventilación podrían ser más apropiadas dependiendo del criterio considerado. Esta tesis doctoral aporta conocimientos esenciales sobre ventilación en espacios cerrados, destacando la importancia de estrategias adecuadas para reducir la propagación de patógenos en contextos de alto riesgo durante una pandemia.

Tesiaren edukia atal desberdinetan laburtu ditzakegu. Sarrerako atalean energía sistemen kontrolen eta kudeaketa sistemen hobekuntza arazoak azaltzen ditut, eta nola arazo horiek errazteko adimen artifizialeko teknikak aplikaturik hobetu daitezken. Ondoren teknikaren egoera azaldu dut lau algoritmo adimentsu azalduz. Bigarren atalean aztertutako arazoak azaldu ditut eta ikerkuntzatik nik sortutako algoritmo bat azaltzen dut, Basque Optimization ain zuzen ere. Hirugarren atalean, sare neuronal baten baterien inpedantziaren zirkuitu baliokidearen parametroak identifikatzeko erabilitako irakasle algoritmoa azaldu dut. Ondoren, potentzia eskaera leuntzeko aplikazioetarako baterien dimentsionamendurako optimizazio prozesua aztertu dut. Azkenik, sorgailu elektriko baten sinkronizatze algoritmoaren kontrolaren parametroen optimizazioa aztertu dut. Azkenengo bi atal horietan PSO algoritmoa erabili dut. Nola ez, etorkizuneko ildoak eta ondorioak ere azaldu ditut. Eranskinetan, bibliografía eta Mathlab kode batzuk sartu ditut.

Electromagnetic couplings with surrounding elements are a significant challenge in the field of electromagnetic compatibility. It is common for a device to change its behavior when placed in its final environment, leading to problems caused by electromagnetic coupling. This often requires redesign, increasing costs and timelines due to the additional design engineering hours needed. Full-wave 3-D simulations are gaining significant relevance as they allow the consideration of electromagnetic couplings during the design phase. In this thesis, 3-D simulation of magnetic toroidal inductors using the finite element method in small-signal operation and room temperature conditions is investigated up to 100 MHz. A simulation methodology is proposed, based on the characterization of electromagnetic properties of the magnetic cores. The methodology is applied to three magnetic cores made of different materials (MnZn, NiZn and nanocrystalline). Moreover, the development of this methodology has led to a deeper understanding of the electromagnetic behavior of these materials, thanks to in-depth analysis combined with practical experiments.

En los últimos años, se ha presenciado la irrupción de la Inteligencia Artificial (IA) en múltiples ámbitos y sectores. Este hecho es atribuible a diversos avances tecnológicos y científicos, como el incremento de la capacidad computacional, la maduración de algoritmos y la disponibilidad de conjuntos de datos masivos para el entrenamiento de modelos de IA. Sin embargo, aunque la IA ha avanzado significativamente en varios dominios, todavía se halla en una fase incipiente en numerosos campos de estudio, como la dinámica de fluidos, constituyendo así un interesante campo de estudio. Esta tesis doctoral tiene como objetivo la generación de conocimiento en la utilización de técnicas basadas en IA aplicadas a la dinámica de fluidos. Con este objetivo, se han utilizado las principales arquitecturas de Redes Neuronales Artificiales para la realización de tareas relacionadas con la dinámica de fluidos, como el modelado, diseño o control de sistemas. Este estudio demuestra la capacidad de los métodos basados en IA para realizar tareas relacionadas con la dinámica de fluidos extremadamente rápido, ofreciendo una alta fiabilidad y de forma sencilla; evitando las limitaciones asociadas a las herramientas de Dinámica de Fluidos Computacional (Computational Fluid Dynamics, CFD). No obstante, estos métodos también presentan ciertas desventajas. A pesar de los avances logrados en esta tesis, la aplicación de IA en la dinámica de fluidos se encuentra en una etapa inicial, presentado así interesantes líneas de investigación futuras.

Ser conocedor de la conducta de las gotitas respiratorias exhaladas al ambiente es la base del estudio para reducir la propagación de un virus en la sociedad. Tras estallar la pandemia del COVID-19, la sinergia entre el campo de la medicina y la ingeniería energética ha sido de vital importancia para poder responder a las incógnitas creadas debido a la situación inusual y poco frecuente como la vivida. Para ello, la presente tesis ha sido desarrollada tanto en el campo experimental como en el campo numérico con el objetivo de mostrar el comportamiento de los aerosoles dispersos en el aire. Para comenzar, se han realizado dos ensayos experimentales que tratan de estudiar las características de los aerosoles, primero, tras ser expulsados por acciones respiratorias humanas y, segundo, al ser emitidos por instrumentos musicales de viento. Consecuentemente, se han diseñado diversos modelos numéricos, basado en técnicas CFD (Computational Fluid Dynamics), para observar la dinámica y el destino de los aerosoles. Estos modelos se han configurado para dar resultado a las mayores preocupaciones que el mundo tenía acerca de la prevención ante un virus, distancia de seguridad, la eficiencia de las máscaras protectoras y el sistema de ventilación, entre otras. Los resultados muestran que el poder controlar las condiciones del entorno influye directamente en la dispersión y conducta del virus. En los escenarios no controlados la distancia de seguridad impuesta por la OMS no asegura una protección absoluta de las partículas exhaladas al ambiente.