Escuela de Doctorado

Fecha de lectura: 22/04/2024

• AZIZIAN, POOYA: MICROFLUIDICS FOR BIOSENSING WITH ADDITIVE MANUFACTURING:SIMULATION MODEL AND FABRICATION
  
  Autor/a: AZIZIAN, POOYA
  Tesis completa: (contacta con la Escuela de Doctorado para confirmar que eres un doctor acreditado y obtener el enlace a la tesis)
  Programa: INGENIERÍA MECÁNICA, FLUIDOS Y AERONÁUTICA
  Departamento: Departamento de Ingeniería Mecánica (EM)
  Modalidad: Compendio de publicaciones
  Fecha de depósito: 26/03/2024
  Fecha de lectura: 22/04/2024
  Hora de lectura: 09:00
  Lugar de lectura: Sala de Conferències del TR1 de Campus UPC Terrassa.
  Director/a de tesis: CASALS TERRE, JASMINA | CABOT CANYELLES, JOAN MARC | ORTEGA NOVILLO, ADRIAN | RICART CAMPOS, JORDI
  Tribunal:
       PRESIDENT: BENITO LÓPEZ, FERNANDO
       SECRETARI: RODRÍGUEZ VILLARREAL, ÁNGELES IVÓN
       VOCAL: BORTOLOTTI, CARLO AUGUSTO
  Resumen de tesis: Durant l'última dècada, la biosensòrica ha avançat cap a proves Point-of-Care (POC) miniaturitzades i de baix cost. Tot i que la microfluídica s'ha convertit en una tecnologia clau per a les proves POC, la necessitat d'equips perifèrics robusts es un factor limitant per tal d¿ampliar la seva utilitat. Manipulant la geometria i les propietats superficials dels microcanals, la microfluídica impulsada per capil·laritat pot controlar els fluids de manera espontània, reduint la necessitat d'instrumentació perifèrica. Gràcies a les tecnologies de fabricació additiva, aquest avantatge és cada cop més accessible ja que s¿estan aconseguint uns nivell alts de maduresa que permeten una fabricació robusta i ràpida amb geometries tridimensionals (3D) dins l¿escala submilimètrica. Degut això, la microfluídica impulsada per capil·laritat està adquirint més maduresa tecnològica.Un component clau dins del camp de la microfluídica impulsada per capil·laritat és la vàlvula capil·lar. La vàlvula capil·lar pot aturar i accionar automàticament els fluxos de líquids en funció de les interaccions moleculars entre el propi líquid i les superfícies del microcanal. No obstant això, una de les principals preocupacions d'aquestes vàlvules és la presència de difusió i mescles no desitjades durant la utilització de la vàlvula, causant una contaminació creuada entre reactius o fins i tot amb la mostra. Aquesta tesi va estudiar diferents mètodes presents a la literatura per poder parar i accionar el flux, dos dels passos principals d'aquestes vàlvules. Després, sobrepassant l'estat de l¿art de la tècnica, es va desenvolupar una nova vàlvula capil·lar que evita la difusió: la vàlvula ¿. Aquesta vàlvula incorpora una cavitat d¿aire entre les solucions per eliminar el contacte i conseqüentment la difusió entre elles. Gràcies a la configuració distintiva de la vàlvula, la capil·laritat del circuit microfluídic desplaça el buit d'aire en un moment predefinit per accionar-se sense produir bombolles al circuit fluídic. Tan el disseny com l'estudi de la vàlvula ¿ proposada es van realitzar mitjançant simulació numèrica i assajos experimentals, mentre que la impressió 3D (3DP) es va utilitzar per fabricar dispositius microfluídics.La funcionalitat de la vàlvula ¿, sola i en paral·lel, es va provar i comparar amb les vàlvules capil·lars convencionals. Seguidament, es va aplicar pel control precís de solucions durant el procés de biosensòrica, específicament per dos immunoassajos competitius. La seqüència de passos són els següents: (i) post rentat d¿un dispositiu de flux lateral de cortisol; (ii) la matriu de 3 vàlvules per seqüenciar l¿enviament de mostra i tres reactius per detectar quantitativament les benzodiazepines. La sensibilitat es va millorar un 40% aproximadament, evitant la premescla difusa de reactius degut a la vàlvula ¿. Com a resultat, la vàlvula capil·lar proposada és un element prometedor per dur a terme immunoassajos automatitzats en proves POC.En conclusió, la nova vàlvula capil·lar soluciona un problema actual de sensibilitat dels biosensors que prové de la premescla difusa de reactius i, juntament amb altres components disruptius del circuit impulsat per capil·laritat, obre camí per miniaturitzar el diagnòstic en un xip sense requerir un laboratori al voltant del xip. En aquest sentit, la propera generació de dispositius microfluídics impulsats per capil·laritat oferiran eines prometedores com: (i) miniaturització de processos de laboratori que necessiten menys mostres i reactius, (ii) proves POC de baix cost sense instrumentació perifèrica, (iii) alt grau d¿automatització fent-lo útil d¿utilitzar per a usuaris no experts, així com (iv) incrementar sensibilitat, precisió i fiabilitat. Tot això es deu als recents avenços en la microfabricació basada en la fabricació additiva ja que amplia la llibertat de conformació
  

• RIVET FERNÁNDEZ, IVÁN: Computational Multiscale Analysis for Additive Manufacturing
  
  Autor/a: RIVET FERNÁNDEZ, IVÁN
  Tesis completa: (contacta con la Escuela de Doctorado para confirmar que eres un doctor acreditado y obtener el enlace a la tesis)
  Programa: INGENIERÍA CIVIL
  Departamento: (DECA)
  Modalidad: Compendio de publicaciones
  Fecha de depósito: 18/03/2024
  Fecha de lectura: 22/04/2024
  Hora de lectura: 11:00
  Lugar de lectura: Sala de Seminarios O.C. Zienkiewicz del Centro Internacional de Métodos Numéricos en Ingeniería - CIMNE Campus Nord de la UPC, Edifici C1 - 2a Planta, 08034 Barcelona
  Director/a de tesis: CERVERA RUIZ, LUIS MIGUEL | DIALAMI SHABANKAREH, NARGES
  Tribunal:
       PRESIDENT: AURICCHIO, FERDINANDO
       SECRETARI: CAICEDO SILVA, MANUEL ALEJANDRO
       VOCAL: DOMINGO-ESPIN, MIQUEL
  Resumen de tesis: La presente tesis busca comprender y optimizar los componentes fabricados mediante Manufactura Aditiva (MA) a través de simulaciones computacionales multiescala.Los objetivos principales del trabajo son: (1) desarrollar un modelo de material ortótropo multiescala adaptado para componentes de Fabricación por Filamento Fundido (FFF), (2) formular una estrategia de optimización del rendimiento mecánico de las piezas FFF, y (3) caracterizar, modelar y validar los mecanismos de fallo de dichas piezas.Para abordar el primer objetivo, se construye un modelo de material ortótropo basado en los diferentes patrones de impresión existentes en piezas FFF dentro del marco del análisis multiescala. Este modelo considera las complejas interacciones a escala de filamento y componente FFF, proporcionando una modelización representativa del comportamiento del material. El hecho de considerar ambas escalas permite al modelo adquirir una comprensión completa de la respuesta mecánica de las piezas FFF, su rendimiento y sus modos de fallo.El segundo objetivo se centra en la optimización del rendimiento mecánico de las piezas FFF. Aprovechando el modelo multiescala desarrollado, se formula una estrategia de optimización basada en un algoritmo estadístico y un criterio de fallo ortótropo. Se aborda también la estrategia de generación del dominio computacional, analizando enfoques diferentes y utilizando una estrategia de adaptividad de malla (AMR) para reducir el costo computacional de las simulaciones. Esta metodología se integra completamente en el flujo de trabajo de MA.El objetivo final implica la caracterización y el modelado de los diferentes mecanismos de fallo presentes en las piezas FFF. Se identifican los distintos modos de fallo exhibidos por las piezas FFF para cada patrón de impresión, y se desarrolla un criterio de daño basado en los mecanismos de fallo (MB) de los mismos. Además, se presenta y valida mediante pruebas experimentales un modelo de fractura MB que considera la fragilidad ortótropa de las piezas FFF.La motivación principal de esta tesis es reducir la dependencia de la caracterización y modelización del comportamiento mecánico de las piezas FFF con los procedimientos experimentals, mediante simulaciones multiescala de alta fidelidad y bajo coste computacional. Los resultados de este estudio buscan mejorar las actuales directrices de Diseño para Manufactura Aditiva (DfMA).
  

• UDAONDO GUERRERO, CARLOS: Analysis of Q factor degradation mechanisms in BAW resonators
  
  Autor/a: UDAONDO GUERRERO, CARLOS
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  Programa: TEORÍA DE LA SEÑAL Y COMUNICACIONES
  Departamento: Departamento de Teoría de la Señal y Comunicaciones (TSC)
  Modalidad: Normal
  Fecha de depósito: 22/03/2024
  Fecha de lectura: pendiente
  Hora de lectura: pendiente
  Lugar de lectura: pendiente
  Director/a de tesis: COLLADO GOMEZ, JUAN CARLOS | MATEU MATEU, JORDI
  Tribunal:
       PRESIDENT NO PRESENCIAL: AIGNER, ROBERT
       SECRETARI: VALENZUELA GONZALEZ, JOSE LUIS
       VOCAL NO PRESENCIAL: VILLANUEVA TORRIJO, LUIS GUILLERMO
  Resumen de tesis: La emergencia de los teléfonos inteligentes no solo cambió la forma en que las personas usan sus teléfonos, sino que tambiénmodificó la cantidad de tráfico que las redes deben manejar, aumentando la demanda de tasas de datos más altas. El resultadogeneral fue la aparición de las redes 4G y, en la actualidad, el desarrollo actual de las redes 5G, lo que implica la necesidad de másbandas de frecuencia y la aplicación de nuevas técnicas como la Carrier Agregation (CA), antenas MIMO, etc... Todas estasnecesidades impulsadas por el mercado suponen un gran desafío para la industria de radiofrecuencia (RF), que ha enfrentado lanecesidad de miniaturización y coexistencia de bandas en sus dispositivos desde el inicio de las comunicaciones móviles.Los filtros de microondas basados en resonadores de Onda Acústica de Volumen (BAW, por sus siglas en inglés) han logradohasta el día de hoy superar estas limitaciones. Estos dispositivos consisten en una delgada capa piezoeléctrica compuesta por doselectrodos metálicos y un método de confinamiento acústico, que puede ser simplemente aire o un reflector de Bragg. El uso detecnología electroacústica permite reducir el tamaño del filtro hasta en cinco órdenes de magnitud, lo que permite la integración demúltiples filtros en dispositivos móviles. Esta tesis se centra en modelar los diferentes comportamientos físicos a nivel deresonador que afectan el rendimiento de los filtros.La primera parte de esta tesis se refiere a la respuesta espuria de los resonadores BAW. Esta respuesta es originada por ondasacústicas que viajan en la dimensión lateral del resonador. Estas ondas se acoplan electromecánicamente, degradando larespuesta del filtro. Los filtros BAW han sido capaces de superar esta limitación suprimiéndolos mediante el uso de diferentesgeometrías en los electrodos (Apodización), o rodeando el electrodo con un marco de grosor reducido o aumentado (Border Ring).La naturaleza de estas ondas se estudia a lo largo de la tesis y se proponen varios modelos equivalentes para predecirlas conprecisión y diseñar las correspondientes estructuras de supresión.Una de las contribuciones de esta tesis con respecto a las resonancias espurias laterales consiste en utilizar un modelo de Masonmodificado para determinar el origen de las resonancias espurias adicionales generadas por el Border Ring. Estas resonanciaspueden atribuirse a un modo acústico, diferente del fundamental, que se propaga a través del conjunto del resonador. Al agregarfuentes no lineales a ese modelo, también se estudian las emisiones del segundo armónico (H2, por sus siglas en inglés) y elimpacto de las resonancias espurias en ellas.Finalmente, se propone un nuevo modelo equivalente basado en el método de la Matriz de Línea de Transmisión (TLM, por sussiglas en inglés) para la cavidad acústica de un resonador BAW. Este nuevo enfoque puede modelar resonadores con diferentesgeometrías de electrodos de manera mucho más rápida que los métodos tradicionalmente utilizados como el Método de ElementosFinitos (FEM, por sus siglas en inglés). Además, al determinar diferentes regiones de propagación, puede utilizarse para modelartanto la apodización como el Border Ring al mismo tiempo.La segunda familia de contribuciones se refiere al comportamiento termoelástico del resonador BAW. Un sólido se calienta cuandose comprime y viceversa. En una oscilación armónica, cuando el calor puede fluir a través de las regiones del sólido, este flujo deregiones más calientes a más frías genera una relajación de la onda acústica. Esto es el amortiguamiento termoelástico. Se utilizaun modelo Mason termo-electro-mecánico para cuantificar esta fuente de pérdidas en los resonadores BAW. El modelo secompara con datos experimentales tomados a temperaturas criogénicas y un análisis de pérdidas de las resonancias espuriasfuera de banda originadas en el reflector de
  

Fecha de lectura: 23/04/2024

• ALBUQUERQUE PORTELLA, FELIPE: A paradigm shift of HPC for geosciences: a novel HPC service model for geosciences applications
  
  Autor/a: ALBUQUERQUE PORTELLA, FELIPE
  Tesis completa: (contacta con la Escuela de Doctorado para confirmar que eres un doctor acreditado y obtener el enlace a la tesis)
  Programa: ARQUITECTURA DE COMPUTADORES
  Departamento: (DAC)
  Modalidad: Normal
  Fecha de depósito: 25/03/2024
  Fecha de lectura: pendiente
  Hora de lectura: pendiente
  Lugar de lectura: pendiente
  Director/a de tesis: BERRAL GARCÍA, JOSEP LLUÍS | CARRERA PÉREZ, DAVID
  Tribunal:
       PRESIDENT: FONTOURA DE GUSMAO CERQUEIRA, RENATO
       SECRETARI: TOUS LIESA, RUBÉN
       VOCAL: DE MORAES, RAFAEL JESUS
  Resumen de tesis: La industria del petróleo y gas (O&G) ocupa un lugar destacado entre los principales usuarios comerciales de potentes supercomputadoras en todo el mundo, como lo indican las listas de clasificación global de Computación de alto rendimiento (HPC), como TOP500 y Green500. Las aplicaciones de geociencia, en particular los simuladores geomecánicos y de flujo, plantean cargas de trabajo exigentes para HPC al abordar complejos desafíos de ingeniería en la industria del petróleo y gas, junto con el procesamiento sísmico.El auge de los entornos HPC híbridos bajo demanda y en la nube presenta nuevos desafíos para los usuarios finales. Más allá de la experiencia en sus campos, los usuarios deben explorar las complejidades de la arquitectura informática para seleccionar el hardware óptimo y la opción de paralelización. También deben considerar decisiones sobre el modelo de negocio de los proveedores de la nube, como la gestión de instancias puntuales, la selección de diferentes regiones de la nube o incluso diferentes proveedores de la nube. Además, los usuarios luchan con las complejidades de configurar su propio software de geociencia debido a la multitud de parámetros numéricos ajustables. Los valores predeterminados pueden no ser óptimos para modelos de yacimientos específicos, lo que requiere del usuario conocimiento fuera de su campo de especialización.Esta tesis tiene como objetivo cambiar el paradigma en la utilización de HPC para las geociencias al confiar las decisiones de arquitectura informática a algoritmos de optimización conscientes del dominio. Este enfoque no solo mejora la usabilidad para el usuario final, sino que también puede traducirse en reducciones sustanciales tanto de tiempo como de costos. Estos algoritmos podrían conducir a una mejor utilización de las supercomputadoras locales y a la optimización de costos de los recursos de la nube. Evaluamos la viabilidad de este enfoque a través de las contribuciones de tres algoritmos.El primer algoritmo de este trabajo se denominó TunaOil, que es una metodología novedosa que utiliza ejecuciones previas de simulación para entrenar un oráculo que propone parámetros numéricos casi óptimos para simulaciones posteriores dentro de un flujo de trabajo iterativo. Esto permite ajustar los parámetros de simulación sin ejecuciones adicionales, ahorrando un tiempo valioso. Los experimentos muestran que la contribución de este algoritmo mejora hasta un 31% el tiempo de ejecución general.El segundo algoritmo, denominado MScheduler, es un metaprogramador diseñado para simulaciones en la nube. El mismo ejecuta de manera eficiente trabajos SLURM mediante el uso de máquinas virtuales (VM) puntuales para minimizar los costos y garantizar la finalización del trabajo, incluso en caso de terminación de la VM. Las contribuciones clave incluyen una metodología novedosa para puntos de control de simulación de yacimientos, un programador basado en costos y una análisis de la estrategia utilizando trabajos de producción reales. MScheduler reduce significativamente los costos financieros (de 32 a 66%) con un ligero aumento en el makespan (de 8 a 19%). El tercer algoritmo utiliza algoritmos de aprendizaje automático (ML) para predecir los tiempos de ejecución de simulacion, mejorando la eficiencia de los recursos del clúster. El modelo desarrollado clasifica el intervalo de duración de los trabajos de simulación de yacimientos SLURM con una precisión de más de 70%, superando el rendimiento estándar descrito en la literatura sobre programación de trabajos, contribuyendo así a mejorar las decisiones de programación.Juntos, estos algoritmos marcan un cambio de paradigma en la utilización de HPC para aplicaciones de geociencia. Liberan a los usuarios finales de opciones complejas de arquitectura informática, contribuyendo para una mejor toma de decisiones con beneficios en tiempo y costes.
  

• HÖSCHELE, JONATAN: A strontium quantum-gas microscope
  
  Autor/a: HÖSCHELE, JONATAN
  Tesis completa: (contacta con la Escuela de Doctorado para confirmar que eres un doctor acreditado y obtener el enlace a la tesis)
  Programa: FOTÓNICA
  Departamento: Instituto de Ciencias Fotónicas (ICFO)
  Modalidad: Normal
  Fecha de depósito: 25/03/2024
  Fecha de lectura: pendiente
  Hora de lectura: pendiente
  Lugar de lectura: pendiente
  Director/a de tesis: TARRUELL PELLEGRIN, LETICIA
  Tribunal:
       PRESIDENT: SCHRECK, FLORIAN EBERHARD
       SECRETARI: DE RIEDMATTEN, HUGUES
       VOCAL: WEITENBERG, CHRISTOF
  Resumen de tesis: El desarrollo de los microscopios para gases cuánticos ha revolucionado el campo de la simulación cuántica con átomos ultrafríos. Más concretamente, su capacidad de observar y manipular gases cuánticos degenerados en redes ópticas a nivel de una sola partícula ha aportado nuevas formas de explorar y diseñar sistemas cuánticos de muchos cuerpos. Hasta ahora, la mayoría de microscopios para gases cuánticos han utilizado átomos alcalinos. No obstante, la combinación de la microscopía cuántica de gases con las propiedades de los átomos alcalinotérreos, como el estroncio, abre nuevas e interesantes líneas de investigación. En esta tesis, detallamos el diseño y construcción de un microscopio para gases cuánticos de estroncio. Los resultados de esta tesis pueden dividirse en tres partes.En la primera parte, nos centramos en la acumulación de átomos en la celda de ciencia y desarrollamos una estrategia para aumentar el número de átomos en trampas magneto-ópticas de átomos de estroncio que utilizan la transición a 461 nm. Esta estrategia consiste en poblar resonantemente un estado reservorio de corto tiempo de vida, evitando parcialmente las pérdidas atómicas asociados al ciclo de enfriamiento. Demostramos un aumento en un factor 2 en el número de átomos para los isótopos bosónicos Sr-88 y Sr-84, y el isótopo fermiónico Sr-87, mostrando su captura eficiente en nuestro experimento. Nuestra estrategia puede ser fácilmente utilizado en la mayoría de experimentos con estroncio, dado que la transición empleada se utiliza habitualmente para el enfriamiento posterior. En nuestro caso, dicha estrategia facilita la generación de condensados de Bose-Einstein.La segunda parte de la tesis presenta la generación de gases cuánticos de hasta 200000 átomos. Tras resumir los pasos de enfriamiento necesarios, estudiamos la formación de condensados de Bose-Einstein durante el enfriamiento por evaporación en nuestro experimento. El análisis de la evolución del tamaño horizontal y vertical de las nubes atómicas en caída libre conduce a una expansión asimétrica característica. También mostramos la generación de condensados de Bose-Einstein más pequeños de menos de 20000 átomos con la ayuda de un potencial de tipo "hoja de luz". Con este confinamiento altamente anisótropo nuestros condensados pueden considerarse bidimensionales para números de átomos del orden de 1000.En la tercera parte demostramos la obtención de imágenes de un gas cuántico bosónico de Sr-84 confinado en una red óptica en régimen de Hubbard, con resolución a nivel del átomo único. Confinamos el gas cuántico mediante una red óptica bidimensional y el potencial de tipo "hoja de luz" mencionado anteriormente, ambos operando a la longitud de onda mágica de reloj de estroncio. Un objetivo de imagen de alta apertura numérica permite obtener imágenes de fluorescencia en las cuales se distingue cada átomo único y cada pozo del potencial. Para ello, se utiliza la difusión de fotones en la transición a 461 nm del estroncio, y se enfria simultáneamente el gas de forma efficiente empleando una transición más estrecha a 689 nm. Reconstruimos la ocupación atómica de los pozos de la red a partir de las imágenes de fluorescencia, obteniendo fidelidades superiores al 94%. Por último, realizamos un superfluido de Sr-84 en el régimen de Bose-Hubbard y observamos su característico patrón de interferencia después de expansión en la "hoja de luz", con resolución a nivel del átomo único. Nuestro microscopio para gases cuánticos de estroncio proporciona una nueva plataforma para estudiar modelos de Hubbard disipativos y efectos cooperativos en la interacción luz-materia a nivel microscópico. Además, la capacidad de enfriar también el isótopo fermiónico Sr-87 prepara el camino para generar gases de Fermi degenerados con simetría SU(N) y estudiar modelos exóticos de magnetismo cuántico SU(N).