Escola de Doctorat

Data de lectura: 02/04/2025

• PÉREZ I GONZALO, RAÜL: End-to-end learning for wind turbine blades: from imagery data to defect repair recommendations
  
  Autor/a: PÉREZ I GONZALO, RAÜL
  Tesi completa: (contacteu amb l'Escola de Doctorat per confirmar que sou un doctor acreditat i obtenir l'enllaç a la tesi)
  Programa: AUTOMÀTICA, ROBÒTICA I VISIÓ
  Departament: Institut de Robòtica i Informàtica Industrial (IRI)
  Modalitat: Normal
  Data de dipòsit: 26/02/2025
  Data de lectura: 02/04/2025
  Hora de lectura: 11:00
  Lloc de lectura: Sala d'Actes de la Facultat de Matemàtiques i Estadística (FME) de la Universitat Politècnica de Catalunya, C/de Pau Gargallo, 14, 08028 Barcelona
  Director/a de tesi: AGUDO MARTÍNEZ, ANTONIO
  Resum de tesi: La dependència de la Unió Europea (UE) a fonts d'energia externes subratlla la urgència de garantir la seguretat i assequibilitat energètica, destacant la transició cap a energies renovables com l'energia eòlica com una solució clau. No obstant això, els alts costos del manteniment de turbines eòliques a causa de la seva exposició a condicions adverses, que representen el 30% del cost de producció, limiten la seva eficiència. Les inspeccions i reparacions actuals requereixen detenir les turbines, la qual cosa incrementa el temps d'inactivitat i els costos operatius. És per això que és crucial desenvolupar solucions innovadores que permetin detectar i reparar defectes de manera primerenca.Aquesta tesi proposa un sistema integral per a avaluar les pales de turbines eòliques, abastant des de la detecció de defectes i la seva gravetat fins a la planificació de reparacions i l'anàlisi del seu impacte en la generació d'energia. El sistema automatitza i optimitza les tasques de manteniment mitjançant tècniques avançades d'anàlisis d'imatges. En particular, se centra en la transmissió eficient d'imatges que preservin la seva qualitat i la generació d'avaluacions detallades per a dissenyar estratègies de reparació consistents i efectives.És per això que es desenvolupen un conjunt d'algoritmes especialitzats a segmentar imatges de pales capturades sota diverses condicions ambientals, identificant amb precisió les regions d'interès i, així, simplificant les tasques posteriors de compressió i detecció de defectes. Primerament, es presenta el model Blade U-Net, que incorpora una regularització basada en camps aleatoris condicionals densos, així com un postprocessament iteratiu mitjançant l'algoritme de farciment de forats i els boscos aleatoris no supervisats. També s'implementen dos marcs d'anàlisis de discriminant profund per a millorar la separabilitat de les regions, juntament amb el modelatge probabilístic d'arquitectures no lineals per a obtenir límits precisos i robustos de les pales. Finalment, s'integren algoritmes complementaris amb un enfocament de classificació modular per creixement de regions per a condicions d'escassetat de dades i models generatius preentrenats basats en difusió amb augment de dades tant en els espais latents com en els d'imatges. Aquestes eines garanteixen una detecció robusta i generalitzable, fins i tot, per a imatges amb textures complexes i en diferents condicions d'inspecció adverses. A més, demostrem el seu rendiment significativament superior en comparació amb les tècniques existents.La segona part de la tesi aborda la gestió eficient de grans volums de dades d'alta resolució mitjançant la compressió adaptativa. A diferència dels mètodes tradicionals, que tendeixen a sacrificar detalls crucials, el nostre enfocament aprofita la segmentació per a realitzar una compressió selectiva d'alta fidelitat a les regions d'interès, mentre comprimeix de manera més agressiva les àrees no rellevants. Entre les contribucions principals destaquen models de codificació de variables latents niades i un esquema de codificació bits-back paral·lelitzable, dissenyat específicament per a aplicacions industrials, aconseguint un rendiment d'última generació mentre es redueix substancialment el cost computacional. A més, la integració d'aquest enfocament amb el model multitasca de detecció de defectes permet realitzar diagnòstics més precisos i ràpids, minimitzant l'impacte en les operacions de les turbines i reduint la interrupció de la producció d'energia.En conjunt, aquesta tesi presenta una jerarquia integral d'algoritmes, des de nivells baixos fins a alts, dissenyats per a agilitzar el diagnòstic i la reparació de turbines eòliques. Aquests desenvolupaments permeten automatitzar la localització, classificació i priorització de defectes en les pales, optimitzant els cronogrames de manteniment i reduint significativament el temps d'inactivitat i els costos operatius.
  

Data de lectura: 04/04/2025

• AL HANAINEH, WAEL HASAN AHMAD: Designing and Development of Secure Protection Strategies for Distribution Network Integrated with Distributed Energy Resources
  
  Autor/a: AL HANAINEH, WAEL HASAN AHMAD
  Tesi completa: (contacteu amb l'Escola de Doctorat per confirmar que sou un doctor acreditat i obtenir l'enllaç a la tesi)
  Programa: ENGINYERIA ELÈCTRICA
  Departament: Departament d'Enginyeria Elèctrica (DEE)
  Modalitat: Compendi de publicacions
  Data de dipòsit: 10/03/2025
  Data de lectura: 04/04/2025
  Hora de lectura: pendent
  Lloc de lectura: pendent
  Director/a de tesi: MATAS ALCALA, JOSE | GUERRERO ZAPATA, JOSEP MARIA
  Resum de tesi: La generació d'electricitat global està incorporant més recursos de Generació Distribuïda (GD), com l'energia solar i eòlica, als sistemes de distribució (SD), oferint beneficis com millor fiabilitat, qualitat de l'energia, integració ràpida i períodes de recuperació d'inversió més curts, tot reduint les emissions de gasos d'efecte hivernacle. No obstant això, la seva integració presenta reptes com sobretensions, fluctuacions de tensió i desequilibris deguts a una sincronització inadequada amb la xarxa. Les GD modifiquen els corrents de curtcircuit, requerint actualitzacions en els relés de protecció. A mesura que la penetració de GD augmenta, les xarxes es tornen més complexes, necessitant sistemes de protecció avançats per gestionar fluxos d'energia bidireccionals, el que desafia els esquemes existents. Les GD basades en inversors generen corrents de fallada més baixos, reduint l'eficàcia dels mètodes tradicionals de detecció i provocant possibles cegueses de protecció o dispars falsos. Aquests reptes subratllen la necessitat d'una detecció precisa de fallades, localització exacta i respostes protectores ràpides. Desconnectar les GD durant fallades és cada cop menys desitjable, requerint esquemes de protecció innovadors per minimitzar desconnexions innecessàries i abordar limitacions com la resistència de fallada, condicions de càrrega prèvies a la fallada i interferències de soroll.L'anàlisi de la Distorsió Harmònica Total (THD) ha demostrat ser eficaç per detectar fallades en sistemes amb perfils harmònics causats per la integració de GD. Les fallades augmenten la distorsió harmònica, convertint el monitoratge de la THD en un indicador valuós. Malgrat el seu potencial, els sistemes de protecció per a xarxes amb alta penetració de GD, especialment les basades en inversors, estan poc desenvolupats, i els algoritmes de protecció existents rarament incorporen la THD. Per abordar aquest problema, es proposen tres sistemes de protecció que utilitzen el contingut harmònic de la tensió de la xarxa per detectar i localitzar fallades en sistemes de distribució de mitjana tensió (MT). El primer sistema combina mesures de THD amb amplitud de tensió i components de seqüència zero mitjançant un algoritme basat en màquines d'estats finits (FSM). Es centra en els components harmònics de tercer ordre (triple-n), que són únics dels punts neutres dels inversors. Les caigudes de tensió causades per fallades exciten components harmònics, amplificant la THD, convertint-la en un indicador efectiu de fallades. La THD es calcula mitjançant el mètode Multiple Second Order Generalized Integrator (MSOGI).Aquest sistema depèn de canals de comunicació, que poden fallar, limitant la seva robustesa. Per mitigar-ho, s'introdueix un sistema de protecció de dues capes. La primera capa utilitza la tècnica de monitoratge SOGI-FLL, reduint el nombre de SOGIs necessaris i mantenint càlculs precisos de THD. La detecció de fallades es fa filtrant el senyal de THD i comparant les mitjanes prèvia i durant la fallada, amb desviacions significatives indicant una fallada. La segona capa implementa un algoritme de localització de fallades sense comunicació, utilitzant components de seqüència de tensió per determinar la simetria de la fallada. Aquest mètode permet que cada dispositiu de protecció funcioni de manera independent, assegurant una localització fiable de la fallada fins i tot sense comunicació, tot i que amb un temps de detecció lleugerament més lent. Per millorar la fiabilitat, especialment durant fallades de comunicació, es proposa un tercer sistema de prioritat, que integra les dues capes de protecció. La primera capa és la detecció primària de fallades i la segona capa proporciona suport analitzant localment els components de seqüència de tensió. L'eficàcia d'aquests sistemes es valida davant de diversos mètodes de protecció en diferents condicions.
  

• MORENO MARTÍN, SIRO: Collocation methods for the synthesis of graceful robot motions
  
  Autor/a: MORENO MARTÍN, SIRO
  Tesi completa: (contacteu amb l'Escola de Doctorat per confirmar que sou un doctor acreditat i obtenir l'enllaç a la tesi)
  Programa: ENGINYERIA MECÀNICA, FLUIDS I AERONÀUTICA
  Departament: Departament d'Enginyeria Mecànica (EM)
  Modalitat: Normal
  Data de dipòsit: 10/03/2025
  Data de lectura: 04/04/2025
  Hora de lectura: pendent
  Lloc de lectura: pendent
  Director/a de tesi: CELAYA LLOVER, ENRIC | ROS GIRALT, LLUIS
  Resum de tesi: Un moviment gràcil es pot definir informalment com el que observem en els moviments naturals executats per animals i humans, que es caracteritzen per ser àgils, eficients i fluids. La generació de moviments robòtics gràcils s’acostuma a realitzar mitjançant la minimització de funcions de cost que impliquen no només la longitud de la trajectòria, sinó també aspectes relacionats amb la suavitat, com ara la derivada temporal de l'acceleració, anomenada sobreacceleració (jerk en anglès), o la dels controls. Un enfocament molt utilitzat per calcular trajectòries òptimes és la col·locació directa, una tècnica que converteix el problema de control òptim en temps continu en un de programació no lineal de dimensió finita. La tècnica de col·locació consisteix a discretitzar la trajectòria utilitzant els anomenats punts de col·locació i imposant les restriccions de la dinàmica en aquests punts. No obstant això, la formulació de la majoria dels mètodes de col·locació assumeixen que el sistema es regeix per una EDO de primer ordre, mentre que els sistemes robòtics solen descriure's mitjançant EDOs de segon ordre o superior. En conseqüència, la pràctica habitual consisteix a convertir inicialment aquestes EDOs a la forma de primer ordre mitjançant la introducció de noves variables i l'addició de noves equacions que vinculen aquestes variables amb les seves homòlogues integrals. Un efecte d'aquesta transformació que sovint passa desapercebut és que genera inconsistències entre la trajectòria de cada variable i la de la seva derivada temporal. Això és així perquè un mètode de col·locació només imposa les relacions diferencials als punts de col·locació, però no entremig d’aquests punts. Una anàlisi més detallada d'aquest efecte revela que les equacions de la dinàmica, que s'haurien de satisfer en els punts de col·locació, en realitat s'hi incompleixen, tot i que aparentment s’hi hagin imposat. Aquesta tesi introdueix nous mètodes de col·locació directa dissenyats per resoldre aquests problemes. Específicament, desenvolupem versions millorades dels esquemes de col·locació per trams i pseudoespectrals més populars, incloent-hi els mètodes trapezoïdal i Hermite-Simpson, així com els mètodes LG, LGR i LGL. Els nous algorismes són capaços de tractar equacions diferencials d’ordre M ≥ 1 arbitrari sense necessitat de convertir-les a la forma de primer ordre. En tots ells, la trajectòria obtinguda per a cada variable coincideix exactament amb la derivada temporal de la corresponent variable integral, i les restriccions de la dinàmica se satisfan amb precisió als punts de col·locació. En molts casos, aquestes propietats permeten reduir dràsticament l'error dinàmic de les trajectòries obtingudes aconseguint, d’aquesta manera, que les equacions diferencials del sistema es respectin més acuradament al llarg de l'horitzó temporal del problema. Els nostres mètodes també proporcionen trajectòries més suaus que les dels mètodes convencionals, i permeten tractar fàcilment variables com la sobreacceleració o la derivada temporal dels controls a la funció de cost. La tesi també proposa un algorisme hp de refinament adaptatiu que combina els avantatges dels nous mètodes de col·locació per trams i pseudoespectrals, per tal d’accelerar la convergència cap a les solucions.
  

• UGRINOVIC KEHDY, NICOLAS: Modeling and Reconstruction of 3D Humans under Context
  
  Autor/a: UGRINOVIC KEHDY, NICOLAS
  Tesi completa: (contacteu amb l'Escola de Doctorat per confirmar que sou un doctor acreditat i obtenir l'enllaç a la tesi)
  Programa: INTEL·LIGÈNCIA ARTIFICIAL
  Departament: Departament de Ciències de la Computació (CS)
  Modalitat: Normal
  Data de dipòsit: 05/02/2025
  Data de lectura: 04/04/2025
  Hora de lectura: 15:00
  Lloc de lectura: Sala de Juntes de la FME
  Director/a de tesi: SANFELIU CORTES, ALBERTO | MORENO NOGUER, FRANCESC D'ASSIS
  Resum de tesi: L'estudi dels humans i el seu comportament mitjançant l'anàlisi d'imatges i vídeos ha estat durant molt de temps un tema central a la visió per ordinador. La reconstrucció i el modelatge del comportament humà han cridat una atenció creixent, a causa de les seves potencials aplicacions en entorns virtuals, com ara AR/VR, esports, moda i la indústria cinematogràfica. Malgrat aquest interès creixent, capturar i generar amb precisió la postura i el moviment en 3D dels humans continua sent un repte important, principalment a causa de la gran diversitat de moviments humans i la complexitat inherent del cos humà. A més, la capacitat de capturar i replicar interaccions humanes subtils, com ara una abraçada, que els humans entenen de manera intuïtiva, continua sent un obstacle important per a les màquines. Aquesta complexitat sorgeix de la necessitat d'una comprensió profunda del món físic, les seves limitacions i les maneres matisades en què els humans interactuen amb ell.Aquesta tesi presenta el desenvolupament de diverses metodologies per reconstruir i modelar diversos aspectes dels humans en 3D, incloent la forma detallada, la postura i el moviment, principalment a partir d'imatges RGB. Es posa un èmfasi clau en capturar o incorporar informació contextual com a informació addicional. En primer lloc, introduïm un mètode per modelar la forma detallada del cos de les persones, que inclou elements com la roba en una àmplia gamma de postures. Posteriorment, el focus es desplaça cap a l'estimació simultània de la postura de múltiples individus, on s'utilitzen restriccions d'escena per millorar la precisió d'aquestes estimacions. Aquest enfocament aborda els reptes fonamentals de l'ambigüitat de profunditat i escala inherents a la reconstrucció 3D. A continuació, el treball s'estén al domini temporal, per reconstruir individus que interactuen, especialment en escenaris que impliquen interaccions properes. Un repte important en aquestes situacions és la falta de compliment de les lleis físiques, com ara els xocs corporals. Per solucionar-ho, integrem un simulador de física amb totes les funcions dins d'una canalització d'estimació de moviment per tenir en compte aquestes inconsistències físiques. Finalment, proposem un mètode capaç de generar moviment humà que interactua amb un entorn virtual. Tots els mètodes proposats han estat sotmesos a una àmplia avaluació.En resum, aquesta tesi introdueix un conjunt d'eines per al modelatge i reconstrucció d'humans en 3D, avançant el camp cap a una captura i recreació més precisa del comportament realista dels humans virtuals, amb un èmfasi particular en les seves interaccions amb el seu entorn.
  

• ZIVANIC, MILICA: Cold plasma-treated hydrogels for multimodal cancer therapy
  
  Autor/a: ZIVANIC, MILICA
  Tesi completa: (contacteu amb l'Escola de Doctorat per confirmar que sou un doctor acreditat i obtenir l'enllaç a la tesi)
  Programa: ENGINYERIA BIOMÈDICA
  Departament: Departament de Ciència i Enginyeria de Materials (CEM)
  Modalitat: Conveni Cotutela
  Data de dipòsit: 10/03/2025
  Data de lectura: 04/04/2025
  Hora de lectura: 12:00
  Lloc de lectura: Aula A1.06, Edifici, A, Av. d'Eduard Maristany, 16, 08019 Barcelona
  Director/a de tesi:
  Resum de tesi: El plasma fred a pressió atmosfèrica (en endavant, simplement plasma) és un gas feblement ionitzat que ha rebut atenció com a tractament econòmic contra el càncer que és ben tolerat, i és capaç d'actuar de manera selectiva sobre el metabolisme redox alterat de les cèl·lules malignes. La poca profunditat de penetració del plasma directe en els teixits, en limita les aplicacions clíniques a dianes superficials. Els hidrogels tractats amb plasma (PTHs, per les sigles en anglès) emergeixen com a vehicles per a l’administració local d’espècies reactives d’oxigen i nitrogen derivades del plasma (RONS, per les sigles en anglès) cap a teixits interns. Per preparar un PTH, una solució aquosa amb concentracions baixes de polímers s’exposa al plasma per enriquir-la amb RONS i posteriorment es reticula en una xarxa tridimensional formant un hidrogel que atrapa aquestes espècies en el seu interior. Un cop en contacte amb la diana, els RONS es poden difondre des del PTH i, superant un llindar específic per a cada tipus de cèl·lula, poden causar dany irreversible i mort de les cèl·lules canceroses. Els PTHs podrien ampliar les aplicacions clíniques del plasma no només com a vehicles de RONS, sinó també com a plataformes fisicoquímiques versàtils, capaces d’incorporar diferents polímers bioactius o fàrmacs per aconseguir efectes terapèutics combinats, tal com s’explora per primera vegada en aquesta Tesi.Aquesta Tesi proposa i segueix un cicle iteratiu de treball per al desenvolupament i caracterització dels PTHs. Es va seleccionar alginat com a biopolímer per a la preparació dels PTHs, degut a la seva biocompatibilitat, rellevància i versatilitat en investigació biomèdica, així com a la seva capacitat de reticulació en condicions suaus. En primer lloc, es va identificar un protocol optimitzat per preparar PTH d’alginat, assegurant una alta retenció de RONS terapèutics durant la reticulació i obtenint una formulació injectable, amb comportament pseudoplàstic, útil per a una administració mínimament invasiva i adaptable en forma. Abans d’aquesta Tesi, la caracterització biològica dels PTHs es limitava a l’avaluació de citotoxicitat en càncer. Aquí, per primera vegada, es va observar la capacitat d’un PTH per induir mort cel·lular immunogènica. Les cèl·lules d’osteosarcoma tractades amb PTH van ser fagocitades amb més freqüència quan es van co-cultivar amb cèl·lules dendrítiques immadures derivades de monòcits humans obtinguts de donants sans. Després de la caracterització fisicoquímica i biològica inicial, es va investigar la viabilitat i l'eficàcia d'incorporar una modalitat terapèutica secundària a PTH. Per això, es va introducir un polímer bioactiu o un agent de quimioteràpia en la formulació d’alginat per avaluar la possibilitat d’aconseguir efectes biològics superiors als proporcionats pels RONS o en sinergia amb ells. Aquests efectes es van observar en un model tumoral in ovo, on tumors tridimensionals vascularitzats es van cultivar sobre la membrana d’un ou de gallina fertilitzat (in ovo). Això va permetre avaluar les cèl·lules en un entorn més similar al natiu i de rellevància clínica. Els models tumorals in ovo emergeixen com a models rendibles i eficaços i poden ajudar a reemplaçar, reduir i refinar els experiments in vivo en la investigació preclínica. A diferència de les monoteràpies amb PTH o fàrmac, que no van mostrar efecte in ovo, després d'una sola administració de la PTH-fàrmac co-teràpia, es podria disminuir el pes del tumor d'osteosarcoma i l'expressió d'una proteïna relacionada amb la resistència al tractament.En conjunt, aquesta Tesi Doctoral ha establert els PTHs com una modalitat de tractament innovadora dins la comunitat del plasma, ampliant-ne les aplicacions clíniques. A més, ha demostrat que els PTH podrien actuar com a plataformes duals versàtils per al tractament multimodal del càncer.