Escola de Doctorat

Data de lectura: 29/04/2024

• HÖSCHELE, JONATAN: A strontium quantum-gas microscope
  
  Autor/a: HÖSCHELE, JONATAN
  Tesi completa: (contacteu amb l'Escola de Doctorat per confirmar que sou un doctor acreditat i obtenir l'enllaç a la tesi)
  Programa: FOTÒNICA
  Departament: Institut de Ciències Fotòniques (ICFO)
  Modalitat: Normal
  Data de dipòsit: 25/03/2024
  Data de lectura: 29/04/2024
  Hora de lectura: 10:00
  Lloc de lectura: ICFO, Mediterranean Technology Park, Avinguda Carl Friedrich Gauss, 3, 08860 Castelldefels, Barcelona
  Director/a de tesi: TARRUELL PELLEGRIN, LETICIA
  Tribunal:
       PRESIDENT: SCHRECK, FLORIAN EBERHARD
       SECRETARI: DE RIEDMATTEN, HUGUES
       VOCAL: WEITENBERG, CHRISTOF
  Resum de tesi: El desenvolupament dels microscopis de gasos quàntics ha revolucionat el camp de la simulació quàntica amb àtoms ultrafreds. Més concretament, la capacitat d'observar i manipular gasos quàntics degenerats en xarxes òptiques a nivell d'una sola partícula ha aportat noves maneres d'explorar i dissenyar sistemes quàntics de molts cossos. Fins ara, la majoria d'aquests sistemes s'han centrat en els àtoms alcalins. La combinació de la microscòpia de gasos quàntics amb les propietats dels àtoms alcalinoterris, com l'estronci, dona lloc a interessants línies de recerca. En aquesta tesi, informem sobre el disseny i construcció d'un microscopi de gasos quàntics d'estronci. Els resultats d'aquesta tesi es poden dividir en tres parts. A la primera part, ens centrem en l'acumulació d'àtoms a la cel·la científica i desenvolupem una estratègia per augmentar el nombre d'àtoms en trampes magneto-òptiques d'àtoms d'estronci que operen en la transició de 461 nm. Aquesta estratègia pobla ressonantment un estat reservori de curta vida, blindant parcialment el núvol atòmic de les pèrdues al cicle de refredament. Demostrem un augment en un factor 2 en el nombre d'àtoms per als isòtops bosònics Sr-88 i Sr-84, i l'isòtop fermiònic Sr-87, mostrant la captura eficient d'aquests isòtops al nostre experiment. La nostra tècnic es pot implementar fàcilment a la majoria dels experiments amb estronci, atès que la transició de blindatge s'utilitza habitualment per al refredament posterior. En el nostre cas, l'estratègia de blindatge facilita la generació de condensats de Bose-Einstein. La segona part de la tesi presenta la generació de gasos quàntics degenerats de fins a 200000 àtoms. Després de resumir els passos de refredament necessaris, estudiem la formació de condensats de Bose-Einstein durant el refredament evaporatiu al nostre experiment. L'anàlisi de l'evolució de la mida horitzontal i vertical dels nostres núvols quàntics en caiguda lliure condueix a la característica expansió asimètrica que comparem amb la teoria per als nostres paràmetres experimentals. També mostrem la generació de condensats de Bose-Einstein més petits de menys de 20000 àtoms amb l'ajuda d'un potencial de fulla de llum. Amb aquest confinament altament anisòtrop podem considerar els nostres condensats de Bose-Einstein bidimensionals per a números d'àtoms de l'ordre de 1000. A la tercera part demostrem l'obtenció d'imatges amb resolució d'un sol node d'un gas quàntic bosònic de Sr-84 en un potencial de xarxa òptica en règim de Hubbard. Confinem el gas quàntic mitjançant una xarxa òptica bidimensional i el potencial de fulla de llum abans esmentat, tots dos operant a la longitud d'ona màgica del rellotge d'estronci. Un objectiu d'imatge d'alta obertura numèrica permet obtenir imatges de fluorescència amb una resolució de resoltes en un sol àtom i un sol node mitjançant la dispersió de fotons a l'àmplia transició de 461 nm de l'estronci, alhora que es realitza un refredament eficaç de Sísif atractiu dels àtoms en una transició més estreta. Reconstruïm l'ocupació atòmica dels nodes de la xarxa a partir de les imatges de fluorescència, obtenint fidelitats d'imatge superiors al 94%. Finalment, realitzem un superfluid de Sr-84 al règim de Bose-Hubbard i observem el seu patró d'interferència característic després de l'expansió lliure al full de llum amb resolució d'un sol àtom. El nostre microscopi de gasos quàntics d'estronci proporciona una nova plataforma per estudiar models Hubbard dissipatius i efectes cooperatius en la interacció àtom-llum a nivell microscòpic. A més, la capacitat de capturar també l'isòtop fermiònic Sr-87 aplana el camí per generar gasos de Fermi degenerats amb simetria SU(N) i estudiar el magnetisme quàntic SU(N).
  

Data de lectura: 30/04/2024

• MARTÍ SAUMELL, JOSEP: Agile aerial manipulation: an approach based on full-body dynamics and model predictive control
  
  Autor/a: MARTÍ SAUMELL, JOSEP
  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: 26/03/2024
  Data de lectura: 30/04/2024
  Hora de lectura: 11:00
  Lloc de lectura: Sala de Juntes de la Facultat Matemàtiques i Estadística (FME) de la UPC, C/Pau Gargallo, 14, 08028 Barcelona
  Director/a de tesi: SANTAMARIA NAVARRO, ANGEL | SOLÀ ORTEGA, JOAN
  Tribunal:
       PRESIDENT: MANSARD, NICOLAS
       SECRETARI: MORCEGO SEIX, BERNARDO
       VOCAL: LIPPIELLO, VINCENZO
  Resum de tesi: Els manipuladors aeris, els quals normalment prenen la forma de multirotors amb extremitats robòtiques afegides, utilizen aquestes extremitats per tasques purament de manipulació i, en canvi, no les fan servir durant la locomoció aèria. A més, solen tenir un moviment lent. Aquesta tesi té per objectiu millorar l¿agilitat dels manipuladors aeris aprofitant la seva extremitat per afavorir el moviment del robot. Aquest objectiu implica investigar varis modes d¿utilitzar l¿extremitat: com una cua per locomoció aèria, com un braç per manipulació aèria, o com una cama per fer una locomoció híbrida aèria i per contactes. La present tesi contribueix en dos aspectes concrets: 1. Generació i control de trajectòries àgils per manipuladors aeris, 2. Disseny i construcció d¿un manipulador aeri especialitzat en executar moviment àgils.La generació de moviments àgils requereix la predicció del moviment del robot considerant la seva dinàmica, de tal manera que poguem utilitzar aquesta dinàmica per afavorir el seu moviment. Així, podem aconseguir maniobres complexes amb una relativa facilitat. El control òptim és una tècnica de generació de trajectòries que compleix amb aquests requirements i que és central en aquesta tesi. Codifiquem les tasques del robot mitjançant les funcions de cost del problema de control òptim i fem servir la dinàmica de cost complet com a restriccions dinàmiques. Pel que fa al control, fem servir tècniques de control predictiu basades en models (MPC). Per obtenir la comanda de control, un controlador MPC soluciona el problema de control òptim en el qual hem codificat la trajectòria àgil. Després, aplica la primera comanda de la trajectòria de control solució del problema. Un controlador MPC requereix solucionar el problema de control òptim a la freqüència de control, és a dir, en pocs milisegons. Aquest fet ens obliga a utilitzar solucionadors especialitzats i ràpids basats en el principi de la programació dinàmcia, com els solucionadors de programació dinàmica diferencials (DDP). En la seva forma original, aquests solucionadors no poden considerar els límits del control. Aquests límits son importants per poder crear trajectòries compatibles amb un robot real. Per afrontar aquest problema, proposem dos mètodes basats en DDP per tal de considerar els límits del control: un és basat en una sigmoide, i l¿altre es base en un mètode de projecció. Tot i usant aquests solucionadors especialitzats, encara tenim dificultats per aconseguir la freqüencia de solució desitjada i ens veiem obligats a reduir l¿horitzó de l¿MPC. Aquesta reducció afecta la capacitat de predicció del controlador i compromet l¿acompliment de les tasques, especialment aquelles que requereixen l¿elaboració d¿una maniobra complexa. Per superar aquest obstacle, en aquesta tesi, proposem d¿actualitzar la funció de cost terminal de l¿MPC amb una funció que codifica la part de la trajectòria que es manté fora de l¿horitzó del controlador. Referent al disseny del robot, executar moviments àgils esdevé complicat amb els manipuladors aeris existents, els quals són formats generalment per multirotors de grans dimensions, i amb extremitats rígides i amb elevades relacions de transimissió. En aquesta tesi, presentem el Borinot, una plataforma aèria d¿accés obert dissenyada per fer recerca en locomoció àgil i híbrida fent servir el vol i els contactes. Aquesta plataforma consta d¿un hexarotor àgil i potent que pot acomodar extremitats controlades per parell de diversa morfologia, permetent el control dinàmic de cos complet. A més, presentem experiments amb aquest robot demostrant diferents trajectòries àgils.A més de les contribucions esmentades, aquesta tesi contribueix en altres àrees que són necessàries per l¿operació del robot. Aquestes àrees inclouen la identificaió dels paràmetres dinàmics del model basada en l¿estimació per factor
  

Data de lectura: 02/05/2024

• MATSUMURA, KAZUAKI: Advancing the state of the art of directive-based programming for GPUs: runtime and compilation
  
  Autor/a: MATSUMURA, KAZUAKI
  Tesi completa: (contacteu amb l'Escola de Doctorat per confirmar que sou un doctor acreditat i obtenir l'enllaç a la tesi)
  Programa: ARQUITECTURA DE COMPUTADORS
  Departament: (DAC)
  Modalitat: Normal
  Data de dipòsit: 20/03/2024
  Data de lectura: 02/05/2024
  Hora de lectura: 11:00
  Lloc de lectura: Room E101 - Building C6 - Campus Nord - Barcelona - FIB
  Director/a de tesi: PEÑA MONFERRER, ANTONIO JOSE
  Tribunal:
       PRESIDENT: CASTELLÓ GIMENO, ADRIÁN
       SECRETARI: AYGUADÉ PARRA, EDUARD
       VOCAL: EL HAJJ, IZZAT
  Resum de tesi: El desenvolupament ràpid de la tecnologia informàtica ha aplanat el camí perquè els models deprogramacióbasats endirectives exerceixin un paper principal en el manteniment de la portabilitat del programari d'aplicacions de rendimentcrític.Elsesforços en aquests models impliquen un cost d'enginyeria mínim per permetre l'acceleració computacional enmúltiplesarquitectures, mentre que als programadors només cal afegir metainformació al codi seqüencial. Tot i això, les optimitzacionsperobtenir la millor eficiència possible solen ser un desafiament. La inserció de directives per part del programador pot provocarefectes secundaris que limitin la possible optimització disponible del compilador, cosa que podria provocar unadegradaciódelrendiment. Això s'agreuja quan s'apunta a l'execució asincrònica o sistemes multi-GPU, ja que els pragmes no s'adaptenautomàticament a aquests mecanismes i requereixen ajustaments de codi costosos i que requereixen molt de temps per partdels programadors. A més, els models de programació basats en directives com OpenACC i OpenMP sovint impedeixen que elsprogramadors facin optimitzacions addicionals per aprofitar les característiques arquitectòniques avançadesde les GPUperquèel càlcul real generat és ocult per al desenvolupador de l'aplicació.Aquesta dissertació explora noves possibilitats per optimitzar el codi basat en directives tant des de la perspectiva del tempsdexecució com de la compilació. Primer presentem un marc d'execució per a OpenACC per facilitar l'anàlisi i lacompilaciódinàmica. Especialment, el nostre marc realitza una execució asincrònica automàtica i un ús demúltiplesGPU segons l'estatd'execució del nucli i la disponibilitat de dades, mentre aprofita un mecanisme sobre la marxa per a lacompilaciói l'optimitzaciódel programa. Agreguem un mètode versàtil de traducció de codi per a la utilització de múltiples dispositiusmitjançantel qual lesaplicacions optimitzades manualment es poden distribuir automàticament mantenint l'estructura i el paral·lelismedel codioriginal.En segon lloc, implementem una nova tècnica d'optimització flexible que opera inserint una fase d'emulador de codi al final delprocés de compilació. La nostra eina emula el codi generat mitjançant anàlisi simbòlica en substituir informació dinàmicaiaixípermetre que s'apliquin més optimitzacions de codi de baix nivell. Implementem la nostra eina per admetre les directives CUDA iOpenACC com a interfície del procés de compilació, cosa que permet optimitzacions de GPU de baix nivell per a OpenACC queabans no eren possibles. En tercer lloc, us proposem l'ús d'una tècnica d'optimització moderna, lasaturaciód'igualtat, peroptimitzar el codi seqüencial utilitzat a la programació basada en directives per a GPU. El nostre enfocament aconsegueixmenys computació, menys accés a la memòria i un alt rendiment de la memòria simultàniament. El nostre marc totalmentautomatitzat construeix la forma SSA a partir d'entrades que es reescriuran completament mantenint lesdependènciesi extraientcasos òptims. En general, cobrim tècniques de temps dexecució i mètodes doptimització basats eninformació dinàmica,operacions de baix nivell i oportunitats a nivell dusuari.
  

Data de lectura: 03/05/2024

• AVTZI, STYLIANI: Hybrid diffuse optics methods to assess the emergence of dementia in older adults
  
  Autor/a: AVTZI, STYLIANI
  Tesi completa: (contacteu amb l'Escola de Doctorat per confirmar que sou un doctor acreditat i obtenir l'enllaç a la tesi)
  Programa: FOTÒNICA
  Departament: Institut de Ciències Fotòniques (ICFO)
  Modalitat: Normal
  Data de dipòsit: 25/01/2024
  Data de lectura: 03/05/2024
  Hora de lectura: 10:00
  Lloc de lectura: ICFO, Mediterranean Technology Park, Avinguda Carl Friedrich Gauss, 3, 08860 Castelldefels, Barcelona
  Director/a de tesi: DURDURAN, TURGUT
  Tribunal:
       PRESIDENT: BUSQUETS FACIABÉN, ALBERT
       SECRETARI: ARTIGAS GARCIA, DAVID
       VOCAL: ARMENDOLA, CATERINA
  Resum de tesi: Els dispositius òptics difusos híbrids ofereixen un mètode no invasiu, continu i cost-eficaç per monitorar el flux sanguini cerebral i el metabolisme en l'ús al llit i aplicacions de simulació realista. La incorporació de l'espectroscòpia de correlació difusa (DCS) i l'espectroscòpia d'infraroigs pròxims (NIRS) en aquests dispositius amplia la seva versatilitat. Aquest projecte de doctorat es va centrar en l'ús de l'òptica difusa per avaluar l'activitat cerebral durant proves funcionals i d'estrès en poblacions adultes grans.L'envelliment és el principal factor de risc per a diverses condicions cerebrals com l'ictus, trastorns cognitius i problemes de mobilitat. A mesura que la població envelleix, aquestes patologies relacionades amb l'edat es converteixen en una càrrega social i econòmica significativa. La suposició subjacent és que els danys microvasculars i els canvis en la regulació del flux sanguini cerebral contribueixen significativament a un major risc de malalties cerebrovasculars,trastorns cognitius i de mobilitat. Això subratlla la importància de crear un sistema de monitoratge àmpliament accessible i protocols associats capaços de detectar aquests canvis de manera precoç,amb la finalitat de conduir a intervencions personalitzades. Es van realitzar dos estudis multidisciplinaris durant els meus estudis de doctorat per identificar alteracions en els paràmetres hemodinàmics de persones adultes grans en resposta a patologies existents.El flux sanguini cerebral (CBF) microvascular en una cohorte de persones adultes més joves i majors de 65 anys amb i sense deteriorament cognitiu lleu (MCI),amb una salut general bona, va ser monitorat durant proves funcionals i d'estrès. Es va observar que el CBF de les persones adultes majors amb MCI no podia recuperar-se a les condicions inicials comparat amb els participants més joves,indicant possibles problemes d'autoregulació i vasoreactivitat. Les mesures de CBF durant tasques cognitives funcionals van revelar diferències de gènere. Per a una prova determinada,els participants amb MCI van presentar una resposta estadísticament més alta que els subjectes normocognitius (NC).La combinació d'aquests resultats afavorix la "hipòtesi d'ineficiència" que suggereix que les persones adultes majors activen les xarxes cerebrals com els individus NC per fer front a les demandes conductuals, però amb una activitat augmentada.Es va desenvolupar un nou dispositiu òptic difús híbrid que combina un DCS ràpid fet a mida amb un dispositiu NIRS comercial juntament amb dispositius externs per a enregistraments de senyals fisiològics en el segon estudi. El projecte tenia com a objectiu mesurar els canvis en la hemodinàmica cerebral en persones adultes grans amb el Síndrome de Risc Motor (MCR) durant protocols de tasques cognitives i motoras funcionals per avaluar l'impacte pre-post a 3 i 6 mesos de l'exercici físic sol o combinat amb estimulació transcranial de corrent continu. Els resultats van revelar un CBF més alt, però no respostes d'oxi-hemoglobina (HbO2) en tasques dobles comparat amb les simples. No hi va haver diferències entre grups a la línia de base i als 3 mesos, però es van observar respostes estadísticament diferents en el CBF als 6 mesos per ambdós grups d'intervenció comparat amb el grup de control, però no en les respostes de HbO2 o Hb,indicant que la intervenció afecta la resposta de CBF,possiblement a causa de millores en la salut vascular,destacant la importància de l'activitat física i l'estimulació transcranial en el manteniment de la salut vascular.Una part de la meva recerca es va centrar en el desenvolupament de nous algoritmes per descontaminar les dades mesurades del senyal extracerebral per desenvolupar un model òptim per minimitzar l'efecte per ambdós estudis.aquest estudi demostra la capacitat de l'òptica híbrida per capturar les respostes hemodinàmiques evocades a l'escorça prefrontal i ofereix info
  

• NESTOROV, ANNA MARIA: Optimizing serverless architectures for data-intensive analytics workloads
  
  Autor/a: NESTOROV, ANNA MARIA
  Tesi completa: (contacteu amb l'Escola de Doctorat per confirmar que sou un doctor acreditat i obtenir l'enllaç a la tesi)
  Programa: ARQUITECTURA DE COMPUTADORS
  Departament: (DAC)
  Modalitat: Normal
  Data de dipòsit: 25/03/2024
  Data de lectura: 03/05/2024
  Hora de lectura: 10:00
  Lloc de lectura: Sala C6-E101 - Facultat d'Informàtica de Barcelona (FIB)
  Director/a de tesi: CARRERA PÉREZ, DAVID | BERRAL GARCÍA, JOSEP LLUÍS
  Tribunal:
       PRESIDENT: SANCHEZ ARTIGAS, MARC
       SECRETARI: GUITART FERNANDEZ, JORDI
       VOCAL: TAHERKORDI, AMIRHOSEIN
  Resum de tesi: Recentment, la informàtica sense servidor ha captat l'atenció de l'acadèmia i la indústria pel seu aprovisionament de recursos a demanda, permetent als usuaris centrar-se exclusivament en la seva lògica de negoci principal descomponint les tasques en petites funcions sense estat.La informàtica sense servidor ofereix avantatges com un model de cost 'pagament segons l'ús', major flexibilitat i escalat automàtic transparent dels recursos.Los investigadors estan explorant cada vegada més el potencial de la informàtica sense servidor en anàlisis complexos i intensius en dades. Aquestes tasques, pesades en recursos i altament paralleles, involucren comunicacions significatives entre funcions. No obstant això, aquest canvi presenta reptes, requerint una alineació amb les necessitats i restriccions específiques d'aquestes aplicacions. Aquesta tesi demostra que és possible executar eficientment càrregues de treball modernes d'anàlisis intensius en dades, tradicionalment desplegades en clústers gestionats a la núvol, dins d'entorns d'informàtica sense servidor utilitzant comunicació directa entre funcions i polítiques d'assignació de recursos optimitzades en rendiment i costos. Per demostrar aquesta tesi, primerament construïm un model de rendiment per a càrregues de treball sense servidor, considerant el compartiment de dades, el volum i les tecnologies de comunicació. El model, amb un error relatiu del 5,52%, avalua el rendiment d'una càrrega de treball representativa en entorns sense servidor, analitzant la granularitat i la concurrencia de tasques, la localització de les dades, l'assignació de recursos i les polítiques de planificació. Els nostres resultats indiquen que el rendiment de les càrregues de treball d'anàlisis intensius en dades pot ser fins a 4,32x més ràpid depenent de com estiguin desplegats.A continuació, presentem Floki, un sistema de reenviament de dades que aborda el coll d'ampolla de l'emmagatzematge centralitzat. Permet la comunicació directa entre parelles de funcions productor-consumidor utilitzant mètodes de comunicació de mida fixa, permetent la transferència de dades transparent i reduint la còpia de dades de xarxa. Aquest enfocament orientat al flux de treball millora el rendiment i minimitza els requisits de recursos sense restringir la ubicació de les funcions. La avaluació experimental, realitzada en els patrons de comunicació principals en sistemes distribuïts, mostra que Floki redueix el temps de punta a punta fins a 74,95x, disminuint el temps més extens de compartició de dades de 12,55 a 4,33 minuts, estalviant gairebé dos terços del temps. A més a més, Floki aconsegueix fins a 50.738x d'estalvi de recursos, equivalent a una assignació de memòria d'aproximadament 1,9MB en lloc d'una assignació d'emmagatzematge d'objectes de 96GB.Finalment, investiguem com aconseguir una utilització eficient dels recursos en els entorns moderns sense servidor i proposem Dexter, un nou gestor d'assignació de recursos, aprofitant l'elasticitat de la informàtica sense servidor. Dexter monitoritza de manera contínua l'execució de l'aplicació, assignant dinàmicament recursos a un nivell de granularitat fina combinant estratègies predictives i reactives per garantir l'eficiència en rendiment-costos (optimitzant el cost total de temps d'execució). A diferència dels models de Machine Learning (ML) de caixa negra, Dexter arriba a una solució prou bona, prioritzant la simplicitat, la generalitat i la facilitat d'entendre. L'avaluació experimental demostra que la solució aconsegueix una reducció de costos significativa de fins a 4,65x, mentre millora l'eficiència dels recursos fins a 3,50x, en comparació amb l'assignació de recursos per defecte de Spark sense servidor. Dexter també permet fins a 5,71x de estalvis de recursos. Dexter és una solució robusta per a càrregues de treball noves , aconseguint una eficiència de rendiment-costos fins a 2,