Escola de Doctorat

Data de lectura: 26/04/2024

• COLL VALENTÍ, ARNAU: Advanced c-Si solar cell structures: application of laser processes and optical nanostructures
  
  Autor/a: COLL VALENTÍ, ARNAU
  Tesi completa: (contacteu amb l'Escola de Doctorat per confirmar que sou un doctor acreditat i obtenir l'enllaç a la tesi)
  Programa: ENGINYERIA ELECTRÒNICA
  Departament: Departament d'Enginyeria Electrònica (EEL)
  Modalitat: Compendi de publicacions
  Data de dipòsit: 08/03/2024
  Data de lectura: 26/04/2024
  Hora de lectura: 11:00
  Lloc de lectura: Defensa: Aula de Postgrau, edifici C5-116, ETSETB
  Director/a de tesi: BERMEJO BROTO, ALEXANDRA | MARTIN GARCIA, ISIDRO
  Tribunal:
       PRESIDENT: VOZ SANCHEZ, CRISTOBAL
       SECRETARI: GARIN ESCRIVA, MOISES
       VOCAL: HERNÁNDEZ GARCÍA, DAVID
  Resum de tesi: El focus de la tesi es la creació de mètodes eficients i rendibles per millorar l¿eficiència de les cèl·lules solars de silici prim. Centrant-se en dos objectius principals, la tesi desenvolupa tècniques noves per millorar la producció de cristalls col·loïdals i la possibilitat d'aplicar-los per millorar l'eficiència capturant llum, així com la creació d'estructures úniques per a cèl·lules solars dopades amb làser. Ambdós avanços es centren a millorar la producció de cèl·lules solars utilitzant processos de baixa temperatura i làmines primes, evitant així les dependències dels processos d'alta temperatura, mentre reforcen les capacitats de captura de llum. Aquest enfocament està motivat per la tendència de reiniciar la reducció del gruix de la oblea de silici, per tant, aquest treball es impulsat per la necessitat de superar les restriccions tècniques i físiques actuals.La part inicial de la tesi es centra en la implementació d'un sistema d'electrospray per a la creació de cristalls col·loïdals. Aquests cristalls estan destinats a ser aplicats com a estructures de captura de llum en cèl·lules solars. Posteriorment, aquestes estructures es proven dins d'un procés de làser per tal de verificar la viabilitat de ser adaptades a la tècnica de dispar làser utilitzada en la fabricació de cèl·lules solars.Els principals assoliments dins de la tècnica de dipòsit per electrospray són el desenvolupament de cristalls col·loïdals de poliestirè i SiO2 amb àrees en el rang de 1-2 cm2 i fins a 17 capes de partícules ordenades mantenint una bona qualitat òptica. Aquestes capes es creen a temperatura ambient i amb un procés que podria fer-se en cadena i paral·lelitzat per augmentar l'àrea. La tècnica també s'ha adaptat per ser utilitzada en superfícies no uniformes com piràmides de C-Si o silici negre. Al mateix temps, aquestes estructures s'han utilitzat per crear cristalls col·loïdals inversos d'Al2O3 i Al2O3/TiO2 eliminant les nanopartícules de poliestirè. L'estructura final d'Al2O3/TiO2 obté valors de reflectivitat alts de fins a 98,2%. Finalment, aquests òpals inversos es creen sobre oblies de C-Si passivades amb Al2O3. Aquestes estructures són capaces de suportar un procés de dispar làser mantenint la passivació, demostrant la possibilitat de ser utilitzades en el processos de fabricació de cèl·lules solars.La segona part de la tesi es centra en la creació d'un procés per aconseguir cèl·lules solars de baixa temperatura mitjançant regions altament dopades que estan definides puntualment a través de pel·lícules dielèctriques processades amb làser. Aquesta tècnica anomenada "DopLaCell" significa cèl·lula solar dopada per làser. En les etapes inicials del procés i com a prova de concepte, es van crear cèl·lules solars de 1x1 cm2 en substrats tant p com n, amb eficiències del 11,6% i 12,8%, respectivament. En un segon pas, es van crear cèl·lules solars de Si tipus n de 1x1 cm2 utilitzant els emissors p+ "freds" com els utilitzats en l'estructura "DopLaCell". Aquest segon lot de cèl·lules solars utilitza una Heterojunció amb Capa Fina Intrínseca (HIT) a la cara frontal. Aquest enfocament evita l'ús d'òxid conductor transparent (TCO) al costat posterior de la cèl·lula, millorant així la reflectivitat especialment per als fotons infrarojos i aconseguint eficiències de fins al 18,1%. Finalment, el procés es va millorant cap a una "DopLaCell" texturitzada pura. En aquest últim pas, es van fabricar cèl·lules solars totalment "fredes" de 2x2 cm2 amb una eficiència de fins al 17,0%.Aquest treball representa un gran avanç cap a un futur de fabricació de cèl·lules solars de silici prim, abordant les limitacions tecnològiques actuals i permetent la possibilitat de superar els problemes principals. Aquesta investigació estableix les bases per la creació de cèl·lules solars primes, assequibles i eficients, millorant el camí cap a un fu
  

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

• GASPARINO FERREIRA DA SILVA, LUCAS: High-performance low-dissipation algorithms for simulation of turbulent compressible flows
  
  Autor/a: GASPARINO FERREIRA DA SILVA, LUCAS
  Tesi completa: (contacteu amb l'Escola de Doctorat per confirmar que sou un doctor acreditat i obtenir l'enllaç a la tesi)
  Programa: CIÈNCIA I TECNOLOGIA AEROESPACIALS
  Departament: Departament de Física (FIS)
  Modalitat: Normal
  Data de dipòsit: 03/04/2024
  Data de lectura: pendent
  Hora de lectura: pendent
  Lloc de lectura: pendent
  Director/a de tesi: LEHMKUHL BARBA, ORIOL | MIRA MARTÍNEZ, DANIEL
  Tribunal:
       PRESIDENT: RUBIO CALZADO, GONZALO
       SECRETARI: JOFRE CRUANYES, LLUÍS
       VOCAL: COLOMBO, ALESSANDRO
  Resum de tesi: Els recents avanços en tecnologia computacional que tenen com objectiu arribar a capacitats d'exaescala impliquen la necessitat de desenvolupar aplicacions capaces d'aprofitar les avantatges que comporten aquestes noves arquitectures de supercomputació. Amb aquesta motivació, aquest treball presenta dos algoritmes que tenen com objectiu desenvolupar codis eficients i de baixa disipació LES i DNS de fluxos compressibles turbulents.La base dels algoritmes és el mètode numèric Galerkin Continu aplicat a elements on els nodes i els punts de quadratura estan basats en les arrels de Gauss-Lobatto-Legendre, resultant en un Mètode d'Elements Espectrals. Al llarg d'aquest treball, es posarà de manifest que aquesta formulació condueix a kernels altament eficients a l'hora de discretitzar els termes convectius i difusius de les equacions de Navier-Stokes compressibles, amb el benefici addicional que l'ordre de l'esquema està acoblat amb l'ordre dels polinomis de funció de forma emprats pels mateixos elements, simplificant significativament el procés d'incrementar l'ordre de l'esquema.Per aconseguir un algoritme estable TVD, l'esquema SEM s'implementarà conjuntament amb un model d'estabilització basat en el mètode Entropy Viscosity, així com una formulació adient dels termes convectius no lineals que permeten eliminar problemes d'aliasing que apareixen en la formulació SEM degut a la distribució dels nodes.Aquesta discretització espacial serà utilitzada en dos esquemes d'integració temporal, un explícit i un semi-implícit, amb l'objectiu de tenir en compte la naturalesa temporal de les equacions del flux. S'espera que la versió explícita de l'algoritme sigui simple i eficient per pas de temps, però a causa de la seva limitació degut a la condició CFL, també es proposa la versió semi-implícita per permetre un millor rendiment general en casos on el pas de temps esdevé excessivament limitat, com en fluxos amb parets.Considerant que l'objectiu es desenvolupar una aplicació de CFD amb el paradigma de la computació en exaescala en ment, els algoritmes desenvolupats en el present treball es proposen amb una implementació per GPU, ja que s'espera que l'ús d'acceleradors sigui un aspecte clau de les futures arquitectures de supercomputació, i per tant, és un aspecte fonamental considerat en el desenvolupament dels algoritmes. Es presentaran exemples que detallen el rendiment de tots dos algoritmes, tant en el cas d'un sol accelerador així com quan s'empren arquitectures de computació distribuïdes amb múltiples dispositius.
  

• LIPA CUSI, LEONEL: Metodología numérica automatizada para la evaluación de la respuesta dinámica de construcciones prehispánicas de piedra de junta seca en el Perú.
  
  Autor/a: LIPA CUSI, LEONEL
  Tesi completa: (contacteu amb l'Escola de Doctorat per confirmar que sou un doctor acreditat i obtenir l'enllaç a la tesi)
  Programa: ENGINYERIA DE LA CONSTRUCCIÓ
  Departament: (DECA)
  Modalitat: Conveni Cotutela
  Data de dipòsit: 03/04/2024
  Data de lectura: pendent
  Hora de lectura: pendent
  Lloc de lectura: pendent
  Director/a de tesi: PELA, LUCA | TARQUE, SABINO NICOLA
  Tribunal:
       PRESIDENT: GOICOLEA RUIGÓMEZ, JOSÉ MARÍA
       SECRETARI: ROCA FABREGAT, PEDRO
       VOCAL NO PRESENCIAL: SALOUSTROS, SAVVAS
       VOCAL NO PRESENCIAL: SANTA CRUZ HIDALGO, SANDRA CECILIA
       VOCAL NO PRESENCIAL: SANDOVAL MANDUJANO, CRISTIAN
  Resum de tesi: L'estudi i la conservació del patrimoni d'estructures de pedra és una preocupació mundial, sobretot atès que aquestes construccions estan ubicades en zones sísmiques. A Perú, a causa de la seva gran varietat cultural i històrica, hi ha un gran nombre de construccions de pedra, abastant diverses tipologies constructives. Lamentablement, gran part d'aquestes construccions encara no han estat avaluades estructuralment, per la qual cosa se'n desconeix el comportament estructural. Tampoc es compta amb una taxonomia de tipologies estructurals i, per tant, diverses característiques de les construccions existents són desconegudes. Una manera d'avaluar el comportament dinàmic no lineal d'aquestes estructures és fer servir una ràpida i rigorosa metodologia numèrica que reprodueixi adequadament els diferents mecanismes de fallada, basada en la dinàmica de cossos rígids sota l'enfocament del mètode d'elements finits.Com a primera contribució, en aquesta tesi es presenta una classificació taxonòmica de construccions prehispàniques de pedra a Perú a partir d'un estudi de camp. A partir d'aquesta taxonomia, es classifiquen diversos llocs arqueològics de les regions de Puno i Cusco i s¿identifiquen les tipologies més recurrents d'aquestes regions.D'altra banda, s¿elaboren codis amb Python, per a l'obtenció del model geomètric d'estructures de junta seca, a partir de les imatges fetes per una càmera, o d'una fotografia existent (incloent-hi la identificació de les pedres i les juntes a través de la segmentació d'imatges). Aquestes eines permeten crear el model 3D de cada bloc (pedra), acoblar-los i exportar-los a un programa d'anàlisi numèric per a avaluacions posteriors.Per al desenvolupament de la metodologia numèrica, es proposa la dinàmica de cossos rígids sota l¿enfocament del mètode dels elements finits. Cada bloc de pedra es considera com un cos rígid interconnectat amb altres blocs mitjançant interfícies no lineals. Aquesta metodologia es valida usant models implementats amb Abaqus, validats amb els resultats d'assajos experimentals realitzats en aquesta tesi. Durant el desenvolupament de la campanya experimental es van construir tres murs amb blocs de concret, simulant la geometria d'estructures Inca. Els murs van ser construïts sobre una taula inclinable i van ser assajades per bolcada fora del seu pla. Després, es van elaborar models numèrics d'aquests assaigs, en els quals es van calibrar les propietats de contacte per tal que simulin correctament el comportament experimental. Els resultats numèrics en termes d'angle de col·lapse, desplaçaments relatius i mecanismes de col·lapse van ser molt similars als mesurats experimentalment.Com a cas d'estudi, es va avaluar numèricament la secció d'un mur de contenció Inca de Sacsayhuaman, Cusco, davant de diverses accions sísmiques. El model geomètric complet del mur de pedra es va obtenir mitjançant les eines desenvolupades amb Python. El terreny contingut darrere el mur es va representar mitjançant partícules d'elements discrets. Les propietats del model numèric van ser calibrades fent referència a la campanya experimental i el calibratge de les freqüències predominants de l'estructura es va obtenir mitjançant un enfocament basat en vibracions. Els resultats numèrics mostren que l'estructura pot suportar adequadament els registres sísmics escalats fins a una acceleració de 0.1 g; tanmateix, l'estructura pateix desplaçaments romanents considerables per a registres escalats superiors o iguals a 0.2 g.La recerca permet concloure que la metodologia plantejada és útil per avaluar les estructures en pedra de junta seca d'una manera rigorosa, conèixer si l'estructura ha de ser intervinguda i assegurar-ne la seva funcionalitat. S'espera que els resultats d'aquesta tesi doctoral puguin contribuir a l'estudi de les construccions patrimonials de pedra i puguin obrir noves possibilitats de millores de la metodologia proposta
  

• MAJORAL RAMONEDA, MARC: A Flexible System-on-Chip FPGA Architecture for Prototyping Experimental GNSS Receivers
  
  Autor/a: MAJORAL RAMONEDA, MARC
  Tesi completa: (contacteu amb l'Escola de Doctorat per confirmar que sou un doctor acreditat i obtenir l'enllaç a la tesi)
  Programa: TEORIA DEL SENYAL I COMUNICACIONS
  Departament: Departament de Teoria del Senyal i Comunicacions (TSC)
  Modalitat: Normal
  Data de dipòsit: 03/04/2024
  Data de lectura: pendent
  Hora de lectura: pendent
  Lloc de lectura: pendent
  Director/a de tesi: FERNANDEZ PRADES, CARLOS | ARRIBAS LÁZARO, JAVIER
  Tribunal:
       PRESIDENT: CAPARRA, GIANLUCA
       SECRETARI: BARTZOUDIS, NIKOLAOS
       VOCAL: FONT BACH, JOSEP ORIOL
  Resum de tesi: La ràpida evolució en la tecnologia de navegació per satèl·lit (GNSS) requereix eines de prototipatge avançades per a l'exploració de nous senyals i el desenvolupament de sistemes innovadors. El prototipatge és essencial en el procés de disseny i desenvolupament, ja que permet als investigadors provar i perfeccionar les seves idees abans de dur a terme una implementació a gran escala. El prototipatge utilitzant receptors GNSS comercials planteja diversos reptes. En l'actualitat, aquests receptors es basen majoritàriament en circuits integrats d'aplicació específica (ASICs), els quals es caracteritzen per un consum energètic reduït, dimensions compactes i un cost baix, però ofereixen una flexibilitat limitada. Tot i que alguns dispositius comercials incorporen tècniques de ràdio definida per programari (SDR), aquests freqüentment contenen codi propietari que en restringeix la reconfiguració mitjançant una interfície de programació d'aplicacions (API) establerta pel fabricant.Els receptors GNSS basats en programari lliure i codi obert han esdevingut recursos molt valuosos en el camp de la recerca i desenvolupament, especialment en el camp de la navegació per satèl·lit. Aquests receptors són molt valorats per la seva adaptabilitat i flexibilitat, permetent als investigadors adaptar el programari a necessitats experimentals específiques o desenvolupar nous algoritmes de processament de senyal. Tanmateix, els receptors definits per programari solen ser menys eficients energèticament en comparació amb els receptors basats en maquinari, ja que operen en processadors de propòsit general, que no estan optimitzats per a un baix consum energètic.Aquesta tesi se centra en el disseny i desenvolupament d'una arquitectura de baix cost per al prototipatge de receptors GNSS experimentals, basada en sistemes en un xip amb matrius de portes lògiques programables in situ (SoC FPGA). Aquesta arquitectura supera les limitacions dels receptors GNSS comercials en termes d'adaptabilitat, flexibilitat i capacitat de reprogramació, i ofereix una eficiència energètica millorada en comparació amb els receptors basats en programari que depenen de processadors de propòsit general. L'estratègia consisteix a combinar la versatilitat de la ràdio definida per programari amb el paral·lelisme intensiu i el consum energètic optimitzat dels dispositius lògics programables, proporcionant el millor de tots dos mons. Aquesta fusió permet el desenvolupament de receptors GNSS compactes, portàtils, facilitant així el prototipatge de dispositius encastats adequats per a proves de camp. A més, el nucli de processament GNSS es basa en una implementació de programari lliure i obert, que proporciona un accés detallat a la cadena de processament de senyal i permet una exploració i modificació sense restriccions dels algoritmes utilitzats.Aquesta tesi també presenta una metodologia de disseny per al desenvolupament de nous prototips i nous algoritmes de processament de senyal GNSS basats en l'arquitectura SoC FPGA que es proposa. Aquesta metodologia posa especial èmfasi en la reutilització de codi, aspecte clau per a reduir els costos i temps de desenvolupament.Les aplicacions pràctiques d'aquesta arquitectura s'han demostrat a través de tres prototips: un receptor GNSS per a òrbita baixa terrestre (LEO), un retransmissor de senyals GNSS, i un receptor GNSS d'alta sensibilitat.L'enfocament innovador presentat en aquesta tesi facilita al desenvolupament de prototips experimentals de receptors i generadors de senyals GNSS flexibles i portàtils, aptes tant per a experiments de laboratori com per a proves de camp.