Escuela de Doctorado

Fecha 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
  Tesis completa: (contacta con la Escuela de Doctorado para confirmar que eres un doctor acreditado y obtener el enlace a la tesis)
  Programa: AUTOMÁTICA, ROBÓTICA Y VISIÓN
  Departamento: Instituto de Robótica e Informática Industrial (IRI)
  Modalidad: Normal
  Fecha de depósito: 26/02/2025
  Fecha de lectura: 02/04/2025
  Hora de lectura: 11:00
  Lugar 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 tesis: AGUDO MARTÍNEZ, ANTONIO
  Resumen de tesis: La dependencia de la Unión Europea (UE) a fuentes de energía externas subraya la urgencia de garantizar la seguridad y asequibilidad energética, destacando la transición hacia energías renovables como la energía eólica como una solución clave. Sin embargo, los altos costos del mantenimiento de turbinas eólicas debido a su exposición a condiciones adversas, que representan el 30% del costo de producción, limitan su eficiencia. Las inspecciones y reparaciones actuales requieren detener las turbinas, lo que incrementa el tiempo de inactividad y los costos operativos. Por ello, es crucial desarrollar soluciones innovadoras que permitan detectar y reparar defectos de forma temprana.Esta tesis propone un sistema integral para evaluar las palas de turbinas eólicas, abarcando desde la detección de defectos y su gravedad hasta la planificación de reparaciones y el análisis de su impacto en la generación de energía. El sistema automatiza y optimiza las tareas de mantenimiento mediante técnicas avanzadas de análisis de imágenes. En particular, se centra en la transmisión eficiente de imágenes que preserven su calidad y la generación de evaluaciones detalladas para diseñar estrategias de reparación consistentes y efectivas.Para ello, se desarrollan un conjunto de algoritmos especializados en segmentar imágenes de palas capturadas bajo diversas condiciones ambientales, identificando con precisión las regiones de interés y simplificando las tareas posteriores de compresión y detección de defectos. Primero, se presenta el modelo Blade U-Net, que incorpora una regularización basada en campos aleatorios condicionales densos, así como un posprocesamiento iterativo mediante el algoritmo de relleno de agujeros y los bosques aleatorios no supervisados. También se implementan dos marcos de análisis de discriminante profundo para mejorar la separabilidad de las regiones, junto con el modelado probabilístico de arquitecturas no lineales para obtener límites precisos y robustos de las palas. Finalmente, se integran algoritmos complementarios con un enfoque de clasificación modular por crecimiento de regiones para condiciones de escasez de datos y modelos generativos preentrenados basados en difusión con aumento de datos tanto en los espacios latentes como en los de imágenes. Estas herramientas garantizan una detección robusta y generalizable, incluso para imágenes con texturas complejas y en diferentes condiciones de inspección adversas. Además, demostramos su rendimiento significativamente superior en comparación con las técnicas existentes.La segunda parte de la tesis aborda la gestión eficiente de grandes volúmenes de datos de alta resolución mediante la compresión adaptativa. A diferencia de los métodos tradicionales, que tienden a sacrificar detalles cruciales, nuestro enfoque aprovecha la segmentación para realizar una compresión selectiva de alta fidelidad en las regiones de interés, mientras comprime de manera más agresiva las áreas no relevantes. Entre las contribuciones principales destacan modelos de codificación de variables latentes anidadas y un esquema de codificación bits-back paralelizable, diseñado específicamente para aplicaciones industriales, alcanzando un rendimiento de última generación mientras se reduce sustancialmente el costo computacional. Además, la integración de este enfoque con el modelo multitarea de detección de defectos permite realizar diagnósticos más precisos y rápidos, minimizando el impacto en las operaciones de las turbinas y reduciendo la interrupción de la producción de energía.En conjunto, esta tesis presenta una jerarquía integral de algoritmos, desde niveles bajos hasta altos, diseñados para agilizar el diagnóstico y la reparación de turbinas eólicas. Estos desarrollos permiten automatizar la localización, clasificación y priorización de defectos en las palas, optimizando los cronogramas de mantenimiento y reduciendo significativamente el tiempo de inactividad y los costos operativos.
  

Fecha 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
  Tesis completa: (contacta con la Escuela de Doctorado para confirmar que eres un doctor acreditado y obtener el enlace a la tesis)
  Programa: INGENIERÍA ELÉCTRICA
  Departamento: Departamento de Ingeniería Eléctrica (DEE)
  Modalidad: Compendio de publicaciones
  Fecha de depósito: 10/03/2025
  Fecha de lectura: 04/04/2025
  Hora de lectura: pendiente
  Lugar de lectura: pendiente
  Director/a de tesis: MATAS ALCALA, JOSE | GUERRERO ZAPATA, JOSEP MARIA
  Resumen de tesis: La generación de electricidad incorpora cada vez más sistemas de Generación Distribuida (GD), basados principalmente en solar y eólica, en los sistemas de distribución (SD), ofreciendo beneficios como mayor fiabilidad, mejor calidad de energía y reducción de emisiones de gases de efecto invernadero. No obstante, su integración plantea desafíos como sobretensiones, fluctuaciones de voltaje y desequilibrios por sincronización inadecuada con la red. Además, las GD alteran las corrientes de cortocircuito, exigiendo ajustes en los relés de protección. Con una mayor penetración de GD, las redes de distribución se vuelven más complejas, requiriendo sistemas de protección avanzados para manejar flujos de potencia bidireccionales, que desafían los esquemas existentes. Las GD basadas en inversores ( eolica y fotovoltaica) generan menores corrientes de falla, reduciendo la efectividad de los métodos tradicionales de detección de fallas y aumentando el riesgo de cegar las protecciones y generando disparos falsos.Esto resalta la necesidad de detección precisa de fallas, localización efectiva y respuestas rápidas. Desconectar GD durante fallas es cada vez menos viable, requiriendo esquemas de protección que minimicen desconexiones innecesarias y aborden limitaciones como resistencia de falla, condiciones de carga previa y ruido. Las técnicas tradicionales de localización de fallas son a menudo lentas e imprecisas, lo que enfatiza la necesidad de sistemas avanzados.El análisis de la Distorsión Armónica Total (THD) ha mostrado efectividad para detectar fallas en sistemas con perfiles armónicos complejos, ya que las fallas aumentan la distorsión armónica, convirtiendo el monitoreo de THD en un indicador clave. Sin embargo, los sistemas de protección en redes con alta penetración de GD, especialmente las basadas en inversores, están poco explorados, y los algoritmos actuales rara vez utilizan THD.Para abordar esto, se proponen tres sistemas de protección innovadores basados en el contenido armónico del voltaje para detectar y localizar fallas en SD de media tensión (MV). El primer sistema combina mediciones de THD, amplitud de voltaje y componentes de secuencia cero usando un algoritmo de máquinas de estados finitos (FSM). Este se centra en armónicos de tercer orden (triple-n), únicos de puntos neutrales de inversores, donde las caídas de voltaje amplifican el THD, calculado mediante el método MSOGI. Sin embargo, depende de comunicación, lo que podría limitar su robustez.Para superar esta limitación, se introduce un sistema de dos capas. La primera emplea SOGI-FLL para monitorear la red de manera eficiente, comparando promedios de THD antes y durante fallas. La segunda capa usa un algoritmo sin comunicación basado en componentes de secuencia positiva y negativa para localizar fallas, operando de forma independiente y garantizando fiabilidad incluso sin comunicación, aunque con detección más lenta.Finalmente, se propone un tercer sistema de prioridad que combina las dos capas. La primera actúa como mecanismo principal de detección basado en comunicación, y la segunda como respaldo en caso de fallos de comunicación, analizando localmente las componentes de voltaje. Estos sistemas se validan frente a diversos métodos de protección en condiciones variadas, demostrando su efectividad.
  

• MORENO MARTÍN, SIRO: Collocation methods for the synthesis of graceful robot motions
  
  Autor/a: MORENO MARTÍN, SIRO
  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: Normal
  Fecha de depósito: 10/03/2025
  Fecha de lectura: 04/04/2025
  Hora de lectura: pendiente
  Lugar de lectura: pendiente
  Director/a de tesis: CELAYA LLOVER, ENRIC | ROS GIRALT, LLUIS
  Resumen de tesis: Un movimiento grácil puede definirse informalmente como el que observamos en los movimientos naturales ejecutados por animales y humanos, que se caracterizan por ser ágiles, eficientes y fluidos. La generación de movimientos robóticos gráciles suele acometerse mediante la minimización de funciones de coste que implican no sólo la longitud de la trayectoria, sino también aspectos relacionados con la suavidad, como la derivada temporal de la aceleración, denominada sobreaceleración (jerk en inglés), o la de los controles. Un enfoque muy utilizado para calcular trayectorias óptimas es la colocación directa, una técnica que convierte el problema de control óptimo en tiempo continuo en un problema de programación no lineal de dimensión finita. La técnica de colocación consiste en discretizar la trayectoria utilizando los denominados puntos de colocación e imponiendo las restricciones de la dinámica en dichos puntos. Sin embargo, la formulación de la mayoría de los métodos de colocación asumen que el sistema se rige por una EDO de primer orden, mientras que los sistemas robóticos suelen describirse mediante EDOs de segundo orden o superior. En consecuencia, la práctica habitual consiste en convertir inicialmente esas EDOs a la forma de primer orden mediante la introducción de nuevas variables y la adición de nuevas ecuaciones que vinculan esas variables con sus homólogas integrales. Un efecto de esta transformación que a menudo se pasa por alto es que genera incoherencias entre la trayectoria de cada variable y la de su derivada temporal. Esto es así porque un método de colocación sólo impone las relaciones diferenciales en los puntos de colocación, pero no entre dichos puntos. Un examen más detallado de este efecto revela que las ecuaciones de la dinámica, que deberían satisfacerse en los puntos de colocación, en realidad se incumplen en ellos, a pesar de que aparentemente hayan sido impuestas. Esta tesis introduce nuevos métodos de colocación diseñados para superar estos problemas. Específicamente, desarrollamos versiones mejoradas de los esquemas de colocación por tramos y pseudoespectrales más populares, incluyendo los métodos trapezoidal y Hermite-Simpson, así como los métodos LG, LGR y LGL. Los nuevos algoritmos son capaces de tratar ecuaciones diferenciales de orden M ≥ 1 arbitrario sin necesidad de convertirlas a la forma de primer orden. En todos ellos, la trayectoria obtenida para cada variable coincide exactamente con la derivada temporal de su correspondiente variable integral, y las restricciones de la dinámica se satisfacen con precisión en los puntos de colocación. En muchos casos, estas propiedades permiten reducir drásticamente el error dinámico de las trayectorias obtenidas lo que significa que las ecuaciones que gobiernan el sistema se respetan mejor a lo largo de todo el horizonte temporal del problema. Nuestros métodos también proporcionan trayectorias más suaves que las de los métodos convencionales, y permiten tratar fácilmente variables como la sobreaceleración o la derivada temporal de los controles en la función de coste. También se propone un algoritmo hp de refinamiento adaptativo para combinar las ventajas de nuestros métodos por tramos y pseudoespectrales con el fin de acelerar la convergencia hacia las soluciones.
  

• UGRINOVIC KEHDY, NICOLAS: Modeling and Reconstruction of 3D Humans under Context
  
  Autor/a: UGRINOVIC KEHDY, NICOLAS
  Tesis completa: (contacta con la Escuela de Doctorado para confirmar que eres un doctor acreditado y obtener el enlace a la tesis)
  Programa: INTELIGENCIA ARTIFICIAL
  Departamento: Departamento de Ciencias de la Computación (CS)
  Modalidad: Normal
  Fecha de depósito: 05/02/2025
  Fecha de lectura: 04/04/2025
  Hora de lectura: 15:00
  Lugar de lectura: Sala de Juntes de la FME
  Director/a de tesis: SANFELIU CORTES, ALBERTO | MORENO NOGUER, FRANCESC D'ASSIS
  Resumen de tesis: El estudio de los seres humanos y su comportamiento a través del análisis de imágenes y vídeos ha sido durante mucho tiempo un tema central en la visión artificial. La reconstrucción y el modelado del comportamiento humano han ganado cada vez más atención debido a sus posibles aplicaciones en entornos virtuales, como la realidad aumentada y la realidad virtual, los deportes, la moda y la industria cinematográfica. A pesar de este creciente interés, capturar y generar con precisión la pose y el movimiento en 3D de los seres humanos sigue siendo un desafío importante, principalmente debido a la gran diversidad de movimientos humanos y la complejidad inherente del cuerpo humano. Además, la capacidad de capturar y replicar interacciones humanas sutiles (como un abrazo) que los seres humanos comprenden intuitivamente sigue siendo un obstáculo importante para las máquinas. Esta complejidad surge de la necesidad de una comprensión profunda del mundo físico, sus limitaciones y las formas matizadas en que los seres humanos interactúan con él.Esta tesis presenta el desarrollo de varias metodologías para reconstruir y modelar varios aspectos de los seres humanos en 3D, incluida la forma, la pose y el movimiento detallados, principalmente a partir de imágenes RGB. Se hace especial hincapié en capturar o incorporar información contextual como información adicional. En primer lugar, presentamos un método para modelar la forma corporal detallada de individuos, que incluye elementos como la ropa en una amplia gama de poses. Posteriormente, el enfoque se desplaza a la estimación simultánea de la pose de múltiples individuos, en la que se emplean restricciones de escena para mejorar la precisión de estas estimaciones. Este enfoque aborda los desafíos fundamentales de la profundidad y la ambigüedad de escala inherentes a la reconstrucción 3D. Luego, el trabajo se extiende al dominio temporal, para reconstruir individuos que interactúan, particularmente en escenarios que involucran interacciones cercanas. Un desafío significativo en tales situaciones es la falta de cumplimiento de las leyes físicas, como las colisiones corporales. Para abordar esto, integramos un simulador de física con todas las funciones dentro de un proceso de estimación de movimiento para tener en cuenta estas inconsistencias físicas. Por último, proponemos un método capaz de generar movimiento humano que interactúa con un entorno virtual. Todos los métodos propuestos han sido sometidos a una evaluación exhaustiva.En resumen, esta tesis presenta un conjunto de herramientas para el modelado y reconstrucción de humanos en 3D, avanzando el campo hacia una captura y recreación más precisa del comportamiento realista de los humanos virtuales, con un énfasis particular en sus interacciones con su entorno circundante.
  

• ZIVANIC, MILICA: Cold plasma-treated hydrogels for multimodal cancer therapy
  
  Autor/a: ZIVANIC, MILICA
  Tesis completa: (contacta con la Escuela de Doctorado para confirmar que eres un doctor acreditado y obtener el enlace a la tesis)
  Programa: INGENIERÍA BIOMÉDICA
  Departamento: Departamento de Ciencia e Ingeniería de Materiales (CEM)
  Modalidad: Convenio Cotutela
  Fecha de depósito: 10/03/2025
  Fecha de lectura: 04/04/2025
  Hora de lectura: 12:00
  Lugar de lectura: Aula A1.06, Edifici, A, Av. d'Eduard Maristany, 16, 08019 Barcelona
  Director/a de tesis:
  Resumen de tesis: El plasma frío a presión atmosférica (en adelante simplemente plasma) es un gas débilmente ionizado que ha ganado atención como un tratamiento económico contra el cáncer, bien tolerado y que se dirige selectivamente al metabolismo redox alterado de las células malignas. La escasa profundidad de penetración del plasma directo en los tejidos, limita sus aplicaciones clínicas a dianas superficiales. Los hidrogeles tratados con plasma (PTHs) emergen como vehículos para la administración local de especies reactivas de oxígeno y nitrógeno derivadas del plasma (RONS) hacia tejidos internos. Para preparar un PTH, una solución acuosa que contiene concentraciones bajas de polímeros se expone al plasma para enriquecerla con RONS y luego se reticula en una red tridimensional formando un hidrogel que atrapa los RONS en su interior. Una vez en contacto con la diana, los RONS pueden difundirse desde el PTH y, por encima de un umbral, causar daño irreversible y muerte de las células cancerosas. Los PTHs podrían ampliar la aplicación clínica del plasma no solo actuando como vehículos de RONS, sino también como una plataforma físico-química versátil que puede incorporar diferentes polímeros bioactivos o medicamentos para efectos terapéuticos combinados, como se explora por primera vez en esta Tesis.Esta Tesis propone y sigue un ciclo iterativo de trabajo para el desarrollo y caracterización de los PTHs. Aquí, se eligió alginato como biopolímero para la preparación de PTHs, debido a su biocompatibilidad, relevancia y versatilidad en la investigación biomédica, así como a su capacidad para reticular bajo condiciones suaves. En primer lugar, se identificó un protocolo optimizado para la preparación de PTH a base de alginato, con el fin de asegurar una alta retención de RONS terapéuticos durante el proceso de reticulación y obtener una formulación inyectable con comportamiento pseudoplástico para una administración mínimamente invasiva y adaptable en forma. Antes de esta Tesis, la caracterización biológica de los PTHs estaba limitada a la evaluación de su de citotoxicidad en cáncer. Aquí, por primera vez, se observó la capacidad de un PTH para inducir muerte celular inmunogénica. Se observó que las células de osteosarcoma tratadas con PTH son fagocitadas con mayor frecuencia cuando se co-cultivan con células dendríticas inmaduras derivadas de monocitos humanos aislados de donantes de sangre sanos. Tras la caracterización fisicoquímica y biológica inicial, se investigó la viabilidad y eficacia de incorporar una modalidad terapéutica secundaria a PTH. Para ello, se introdujo un polímero bioactivo o un agente de quimioterapia en la formulación de PTH de alginato para obtener efectos biológicos superiores a los proporcionados por los RONS derivados del plasma o en sinergia con ellos. Estos efectos se observaron en un modelo relevante de cáncer, donde tumores tridimensionales y vascularizados se cultivaron en la membrana de un huevo de gallina fertilizado (in ovo), permitiendo estudiar las células cancerosas en un entorno tumoral más similar a uno nativo con mayor relevancia clínica. Los modelos tumorales in ovo emergen como modelos rentables y eficaces y pueden ayudar a reemplazar, reducir y refinar los experimentos in vivo en la investigación preclínica. En contraste con las monoterapias (PTH o fármaco), que no mostraron efecto in ovo, tras una sola administración de la PTH-fármaco co-terapia, se podría disminuir el peso del tumor de osteosarcoma y la expresión de una proteína relacionada con la resistencia al tratamiento.En conjunto, el trabajo presentado en esta Tesis Doctoral ha contribuido a establecer los PTH dentro de la comunidad del plasma como una modalidad de tratamiento novedosa que podría ampliar las aplicaciones clínicas del plasma. Además, ha proporcionado una prueba de concepto de que los PTHs podrían utilizarse como plataformas duales versátiles para el manejo multimodal del cáncer.