Tribunal:
     PRESIDENT: IVANOVA RADEVA, PETIA
     SECRETARI: BENITEZ IGLESIAS, RAUL
     VOCAL: ORTEGA RAMÍREZ, JUAN ANTONIO
Resum de tesi: Els patòlegs clínics depenen de l'anàlisi morfològica detallada de les cèl·lules de sang perifèrica (PB) per a un diagnòstic precís de malalties hematològiques. Encara que aquest mètode tradicional és sovint precís, requereix una gran experiència, és laboriós i està subjecte a variabilitat, especialment quan es tracta de discernir característiques subtils de les cèl·lules. Davant d'aquests desafiaments, aquesta tesi doctoral introdueix l'ús innovador de l'aprenentatge profund, específicament xarxes neuronals convolucionals (CNN) i xarxes generatives antagonistes (GAN), per transformar l'examen morfològic de les cèl·lules de la sang. La recerca es desenvolupa a través d'una estratègia de tres vessants: Primer, un model nou basat en GAN estandarditza la visualització de les imatges a través de diverses tècniques de tinció. En segon lloc, s'adapten arquitectures de CNN optimitzades per a una classificació precisa dels tipus principals de cèl·lules sanguínies, amb èmfasi en els limfòcits reactius i les cèl·lules malignes. En tercer lloc, un sistema GAN modular genera imatges sintètiques de les cèl·lules, especialment en casos de cèl·lules de baixa prevalença per enriquir l'entrenament del model. Els resultats indiquen que el Model de Normalització de Tinció introduït gestiona eficaçment les variacions de tinció sense afectar la morfologia cel·lular. A més, els models CNN, construïts amb aquestes dades normalitzades, excel·leixen en la detecció de cèl·lules malignes. El model SyntheticCellGAN enriqueix encara més el conjunt de dades d'entrenament amb cèl·lules sintètiques diagnòsticament rellevants. Aquesta recerca destaca l'impacte transformador de combinar l'experiència dels patòlegs clínics amb eines computacionals avançades. Tot i que aquests sistemes serveixen com a eines de suport, és imperatiu tenir en compte que el patòleg clínic reté la màxima autoritat en la presa de decisions. La fusió de l'experiència tradicional i la tecnologia moderna promet revolucionar el diagnòstic hematològic, millorant tant l'objectivitat com l'eficiència. A més, aquest estudi significa avanços relevants cap a l'establiment d'un sistema totalment integrat per a una eina de cribat automàtic per a malalties hematològiques.

Tribunal:
     PRESIDENT: REY LÓPEZ, JUAN MANUEL
     SECRETARI: DORIA CEREZO, ARNAU
     VOCAL: ACOSTA RODRÍGUEZ, JOSÉ ÁNGEL
Resum de tesi: Avui en dia, les preocupacions mediambientals associades a la generació d'energia basada en combustibles fòssils convencionals estan transformant el panorama energètic cap a un sistema més sostenible. En aquest sentit, les unitats de generació distribuïda (GD) han esdevingut més importants en els sistemes energètics moderns amb una integració creixent de recursos d'energia renovable (RES). No obstant això, aquesta transformació també implica nous reptes per operar i controlar la xarxa de manera segura i eficient, donada la variabilitat i la intermitència inherents a aquests recursos.Les microxarxes (MGs) són sistemes elèctrics a petita escala que han emergit com a solucions prometedores per integrar RES com ara fotovoltaica, aerogeneradors, piles de combustible, digestors de biogàs, etc. No obstant això, atesa la natura heterogènia dels RES, es requereixen dispositius electrònics de potència per permetre la seva integració en els sistemes de corrent altern (CA). La incorporació de convertidors de potència augmenta la capacitat de control d'aquests recursos però també comporta nous reptes pel que fa al control i la protecció. En les MGs basades en inversors de CA, l'abast d'aquesta tesi, les unitats de GD s'interfereixen amb la MG mitjançant inversors, que requereixen ser controlats per assegurar el correcte funcionament, estabilitat i qualitat de la tensió del sistema de CA.Per resoldre aquests reptes, s'han proposat diversos enfocaments de control d'inversors en l'estat de l'art. No obstant això, encara persisteixen reptes significatius, limitacions i llacunes de recerca. En particular, les principals mancances trobades en l'estat de l'art es poden agrupar en dues àrees principals de control: a) Compartició de potència i regulació de la tensió , i b) Compensació del desequilibri de la tensió.D'una banda, els enfocaments de control de compartició de potència i regulació de la tensió tenen com a objectiu assegurar l'estabilitat de l'amplitud i la freqüència de la tensió i la seva regulació dins dels límits desitjats en les MGs de CA aïllades. No obstant això, la literatura existent presenta les següents mancances: dependència del rendiment de la impedància de la línia, problemes d'escalabilitat i acoblament del bucle de control. D'altra banda, els enfocaments de control de compensació del desequilibri de la tensió tenen com a objectiu augmentar la qualitat de la tensió de la MG. No obstant això, es van trobar una manca de robustesa i limitacions en el lloc de compensació en les estratègies de l'estat de l'art.Aquesta tesi té com a objectiu investigar noves estratègies de control per millorar el rendiment del control de potència i augmentar la qualitat de la tensió en les MGs basades en inversors de CA, centrant-se en abordar les llacunes de recerca en la literatura existent. La tesi es presenta com un compendi de tres articles revisats per parells que recullen les principals contribucions i resultats de la tesi. Aquests articles proposen tres nous enfocaments de control que superen la majoria de les mancances i limitacions identificades en l'estat de l'art.D'una banda, pel que fa a la compartició de potència i la regulació de la tensió, l'enfocament proposat presenta les següents propietats clau: a) el rendiment del control és independent de la naturalesa de la impedància de la línia, b) escalabilitat pel que fa al nombre d'inversors dins de la MG, i c) desacoblament entre el bucle de control de regulació de la tensió i el bucle de control de compartició de potència. D'altra banda, pel que fa a la compensació del desequilibri de la tensió, els dos enfocaments proposats presenten les següents propietats destacades: a) distribució equitativa de l'esforç de control sense intercanvi de dades de control entre inversors, b) robustesa davant la connexió i desconnexió d'inversors i càrregues, c) reducció de la càrrega de comunicació, i d) flexibilitat per compensar múltiples nodes locals/remots.

Tribunal:
     PRESIDENT: VALLÈS PERIS, NÚRIA
     SECRETARI: REPISO POLO, ELY
     VOCAL: TREJO RAMÍREZ, KARLA ANDREA
Resum de tesi: Aquesta investigació analitza els elements que cal tenir en compte per dissenyar, desenvolupar i validar un robot de serveis que exerceixi les seves tasques en diferents entorns socials. A causa de l'enfocament social dels serveis prestats, s'exigeixen consideracions tècniques per fer la tasca, així com l'acceptabilitat d'ús per part de les persones que interactuen amb el robot. La primera etapa de la investigació considera casos previs sobre la implementació de robots mòbils de servei, la seva anàlisi, la motivació de com resoldre la seva acceptabilitat i ús per part de les persones. La part de desenvolupament presenta les consideracions tècniques i socials per a la implementació del robot social CeCi (Computer Electronic Communication Interface). S'aborden dos problemes principals dels robots socials i els robots de servei en entorns socials que existeixen actualment al mercat, i que constitueixen el focus principal d'aquesta investigació: El primer és que els costos no són assequibles per a moltes empreses, universitats o persones particulars de països en desenvolupament. La segona és que el seu disseny està orientat exclusivament a la part funcional amb un punt de vista inherent als enginyers que els creen sense tenir en compte les opinions, les preferències o els requisits dels usuaris finals, especialment per a la seva interacció social. Aquesta darrera raó acaba provocant una certa aversió a l'ús d'aquest tipus de robots.En resposta a les interrogants plantejades, es proposa un prototip assequible i de baix cost, partint d'una plataforma comercial per al desenvolupament de la investigació i utilitzant codi de font oberta. El disseny del robot que aquí es presenta se centra en els criteris i les preferències de l'usuari final, prioritzant l'acceptabilitat per a la interacció social. Aquest document detalla el procés de selecció i les capacitats de maquinari del robot. A més a més, es proporciona una secció de programació per introduir els diferents paquets de programari utilitzats i adaptats per a la interacció social, les principals funcions implementades, així com la part nova i original de la proposta. Es discuteix una llista d'aplicacions desenvolupades actualment amb el robot i possibles aplicacions per a investigacions futures.Com a pas final, s‟explica la implementació completa del robot social a partir de dos elements de disseny. El primer element és l'ús de la metodologia Design Thinking per al desenvolupament i la implementació del robot. El segon element, de caràcter tècnic, és una taxonomia prèvia generada per definir assistents robòtics amb enfocament social. Per tant, en el procés de construcció es fa especial èmfasi en la realització de prototips i el seu ajustament a les preferències dels usuaris. Entrevistes amb usuaris que desconeixien les capacitats del robot van servir per millorar i validar el prototip. Aquests prototips i la seva evolució es presentaran a partir dels ajustaments realitzats. Més enllà dels comentaris dels usuaris, per a l'evolució d'aquest robot es van tenir en compte experiències prèvies exposades a l'estat de l'art. Tot el procés metodològic es valida amb enquestes, i els resultats es presenten en forma danàlisi FODA (fortaleses, oportunitats, debilitats i amenaces) per a futures millores.

Tribunal:
     PRESIDENT: GONZALEZ SABATE, JORDI
     SECRETARI: ANGULO BAHON, CECILIO
     VOCAL: ALAMI, RACHID
Resum de tesi: Aquesta tesi doctoral desenvolupa i avalua models avançats de predicció del moviment humà per millorar les interaccions entre humans i robots en tasques de lliurament i collita. La investigació crea tres conjunts de dades únics i utilitza algorismes de detecció de posicions i càmeres RGBD per a la reconstrucció 3D d'esquelets humans.Es proposa un model d'aprenentatge profund basat en Xarxes d'Atenció i Xarxes de Convolució Gràfica (GCN) per millorar la precisió de les prediccions integrant la posició de l'efector final del robot. La investigació mostra una major precisió quan es consideren per separat les fases d'aproximació i pre-contacte.A més, incloent obstacles i intencions humanes en els models, la precisió de la predicció millora encara més, i un estudi amb usuaris confirma que això millora la qualitat de la interacció en termes de sociabilitat, naturalitat i comoditat. La tesi també investiga els gestos corporals com a canal de comunicació, trobant que els usuaris prefereixen la comunicació basada en gestos en lloc dels mètodes tradicionals.En resum, la investigació contribueix significativament a la interacció entre humans i robots proporcionant conjunts de dades robustos i models de predicció avançats, millorant la naturalitat i l'efectivitat de les tasques col·laboratives.

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-graph, o desenvolupaments de dispositius que permeten el control directe de la força creada per les hèlices del multirotor.

Tribunal:
     PRESIDENT: DE SCHUTTER, BART HENRI
     SECRETARI: GRIÑO CUBERO, ROBERTO
     VOCAL: OLARU, SORIN
Resum de tesi: Esta tesis doctoral explora la utilización de métodos de búsqueda de equilibrios generalizados de Nash (GNEs, por sus siglas en inglés) en juegos evolutivos sobre redes para el diseño de controladores basados en optimización para sistemas complejos a gran escala (LSCSs). El enfoque se centra en juegos poblacionales, que modelan interacciones estratégicas entre grandes poblaciones de agentes con niveles de racionalidad limitada. Estos juegos son adecuados para modelar problemas de optimización de LSCSs tanto directamente como mediante el uso de modelos de dinámicas evolutivas (EDMs) para actualizar variables de optimización. El concepto de GNE emerge como una solución adecuada para escenarios de control basados en optimización no cooperativa, donde múltiples subsistemas maximizan sus utilidades sujetas a restricciones acopladas. En consecuencia, esta tesis enmarca el control basado en optimización como un problema de búsqueda de GNEs e introduce métodos novedosos de teoría de juegos para lograr GNEs en juegos poblacionales en redes. Se discuten aplicaciones en juegos de congestión, coordinación de carga de vehículos eléctricos enchufables (PEVs), asignación dinámica de recursos en campos de colectores solares y respuesta a la demanda residencial.La primera parte se centra en los métodos de búsqueda de GNEs para juegos poblacionales bajo esquemas de información completa, donde la estimación de información no local no se modela explícitamente. Se proponen dos enfoques: uno que aborda juegos poblacionales con restricciones de capacidad, introduciendo protocolos de revisión de estrategias novedosos para garantizar la satisfacción de las restricciones acopladas, y otro que aborda juegos de población con restricciones de igualdad afines y restricciones de desigualdad convexas, ideando un modelo de dinámica de pagos (PDM) que dirige a los agentes hacia un GNE. Se proporcionan garantías formales de estabilidad asintótica, y estos métodos se aplican para diseñar controladores para la asignación dinámica de recursos en LSCSs.En contraste, la segunda parte formula métodos de búsqueda de GNEs para juegos poblacionales bajo esquemas de información parcial, modelando explícitamente la estimación de información de decisión no local. Aborda el alcance de los equilibrios de Nash sin restricciones acopladas y el logro de GNEs con restricciones de igualdad afines que acoplan las decisiones de múltiples agentes. Se formulan nuevos PDMs para estimar información no local y calcular multiplicadores de Lagrange asociados a las restricciones acopladas. Se proporcionan garantías de estabilidad asintótica, y los métodos se aplican a juegos de congestión a gran escala.La tercera parte introduce PDMs híbridos que combinan dinámicas en tiempo continuo y discreto. Se diseñan dos PDMs activados por eventos para acomodar características prácticas de control como implicaciones lógicas y comunicación ocasional. Un mecanismo se centra en la coordinación de carga de PEVs, considerando la finalización de la carga y las llegadas/salidas aleatorias de PEVs, mientras que otro busca reducir los costos de comunicación en la respuesta a la demanda residencial. Se deducen garantías formales de convergencia hacia GNEs para ambos casos.En resumen, esta tesis contribuye teórica y prácticamente a los métodos de búsqueda de GNEs para juegos de población en redes y al diseño de estrategias de control basadas en optimización para LSCSs.

Tribunal:
     PRESIDENT: VALIÑO GARCÍA, LUIS
     SECRETARI: COSTA CASTELLO, RAMON
     VOCAL: MORÉ, JERÓNIMO JOSÉ
Resum de tesi: Els combustibles fòssils han jugat un paper clau en l’impuls del desenvolupament econòmic global. No obstant això, el seu ús descontrolat ha comportat greus conseqüències ambientals, especialment la contaminació de l'aire i les emissions de gasos d'efecte hivernacle (GEH), la qual cosa representa amenaces substancials per a la salut humana i el benestar del planeta. Per abordar aquests problemes urgents, el desenvolupament de tecnologies eficients i sostenibles com les Cèl·les de Combustible de Membrana d'Intercanvi Protònic (PEMFC), alimentades amb hidrogen de fonts renovables, s'ha tornat primordial. Les PEMFC són una gran promesa com a solució viable per a la descarbonització i la mitigació de la contaminació de l'aire i les emissions de GEH associades amb el transport i els vehicles. No obstant això, superar els reptes relacionats amb la seva eficiència i longevitat roman un pas crucial cap endavant. Concretament, aquesta tesi explora l'aplicació de les PEMFC en un vehicle elèctric de pila de combustible per a automòbils. La longevitat i durabilitat d'un sistema de piles de combustible, juntament amb la seva eficiència, són factors clau en l'avanç dels vehicles de piles de combustible, ja que afecten significativament el cost i l'acceptació del consumidor d'aquests vehicles. En l'àmbit de les aplicacions automobilístiques, els principals factors de la degradació de les piles de combustible inclouen condicions operatives extremes (que involucren temperatura, humitat, pressió, velocitat de flux de massa, densitats de potència altes i baixes), perfils de càrrega dinàmics, manipulació inadequada durant els modes d'inici, aturada i inactivitat, i la presència de contaminants en els gasos reactants. Es presenta en aquesta tesi un model de paràmetres distribuïts de la pila, que representa amb precisió el comportament dinàmic intern de les PEMFC. A més, s'introdueixen i implementen en Simulink els models dels subsistemes de balanç de planta, incloent-hi els subsistemes d'ànode, càtode i tèrmic. Tots aquests models es validen experimentalment. Basant-se en aquests models, es dissenya una estratègia de control predictiu del model per obtenir les condicions operatives òptimes per a la pila i generar a partir d'aquestes els valors de referència dels subsistemes de balanç de planta. Es dissenya un controlador supervisor per a un sistema de piles de combustible. Aquest controlador supervisor consta de tres components clau: un generador de valors de referència, una màquina d'estats i un calculador de límits de potència. El controlador supervisor es sotmet a rigoroses proves de simulació utilitzant un cicle de conducció automobilístic estàndard. Aquestes metodologies i algoritmes de control sofisticats s'apliquen després al sistema automobilístic desenvolupat en el projecte europeu INN-BALANCE, que ha servit com a base per a aquesta tesi doctoral. Per tant, aquesta tesi presenta resultats experimentals obtinguts de la implementació del controlador proposat en un vehicle prototip a les instal·lacions de PCS i CEVT, incloent l'arrencada, apagada, seguiment dinàmic de càrrega i rendiment del controlador local dels subsistemes. Finalment, aquesta tesi proporciona una visió integral de les contribucions realitzades per la recerca i els seus resultats. La conclusió també proposa possibles vies per a futures investigacions, marcant el final del viatge investigatiu emprès en aquesta tesi.

Tribunal:
     PRESIDENT: SERRATOSA CASANELLES, FRANCESC ASSIS
     SECRETARI: GRAU SALDES, ANTONI
     VOCAL: VENTURA ROYO, CARLES
Resum de tesi: L'inspecció superficial de les superfícies recobertes a la indústria automobilística, tradicionalment ha estat un procés manual a càrrec d'operadors amb ull avesat, responsables d'inspeccionar tot el cos del cotxe. No obstant això, com es pot deduir, les inspeccions manuals sovint manquen de repetitivitat i fiabilitat, molt desitjades en un sector tan estricte. La visió per ordinador ha abordat aquest problema amb els primers sistemes automatitzats de detecció de defectes, assenyalant els defectes en el cos del cotxe i la seva mida. Tanmateix, ja que aquests sistemes estan limitats només a la detecció, l'operador encara és responsable d'etiquetar adequadament els defectes per a la seva posterior reparació. A més, hi ha una manca de traçabilitat entre el procés i els propis defectes, el que retarda la identificació de les causes arrel de les instal·lacions defectuoses del taller de pintura.En aquesta tesi, abordem el problema multidisciplinari de la identificació de defectes en superfícies especulars, amb dues línies de recerca principals. En la primera, hem desenvolupat un nou enfocament d'il·luminació basat en lallum difusa indirecta, en contrast amb la reflexió especular convencional. Juntament amb una càmera d'alta resolució, hem demostrat una millora significativa en la identificació de defectes, en comparació amb els sistemes existents. Aquests resultats han estat avaluats amb auditors especialitzats de la fàbrica de SEAT Martorell.La segona línia de recerca, orientada a la visió per ordinador, explora les possibilitats d'implementar una solució d'aprenentatge profund per a la identificació de defectes industrials. Hem desenvolupat un model ràpid i fiable d'agregació de context, que presenta convolucions dilatades i connexions residuals entre capes oposades. Aquest model es complementa seguint una combinació de funcions de cost entre classificació i segmentació, per a un entrenament més adequat. A més, per fer front a les freqüents desigualtats de classes en els conjunts de dades industrials, hem desenvolupat una estratègia d'augmentació d'imatges amb un retallat guiat, basada en retallar defectes reals aleatòriament a imatges no defectuoses, per generar noves mostres sintètiques. Els resultats indiquen que la combinació d'aquest model amb aquesta estratègia d'augmentació supera models de segmentació ben coneguts.Finalment, en situacions de manca de dades, hem recorregut a mètodes de síntesi d'imatges per generar noves mostres falses. Models com Pix2pix han demostrat ser capaços de generar imatges gairebé reals, ajudant al model de segmentació a convergir més ràpidament que amb la tècnica d'augmentació d'imatges amb guia de retallada anterior. Més endavant, aquest mètode generatiu serà superat per un de més sofisticat, que incorpora capes de normalització adaptatives espacialment i ajuda a sintetitzar imatges fins i tot sense un codificador. En general, hem demostrat bones capacitats en múltiples conjunts de dades industrials.

Tribunal:
     PRESIDENT: NGUYEN, ANH-TU
     SECRETARI: BLESA IZQUIERDO, JOAQUIN
     VOCAL: IFQIR, SARA
Resum de tesi: La conducció autònoma és una solució prometedora per als sistemes de transport actuals que proporcionaria un flux de trànsit sostenible, una mobilitat eficient i la reducció de la contaminació. No obstant això, la interacció de múltiples vehicles presenta diversos reptes d'enginyeria, com la comunicació vehicle-vehicle i la presa de decisions crítiques. La robustesa és un altre repte crucial per garantir el disseny adequat de la tecnologia de conducció autònoma. Els vehicles estan subjectes a una incertesa significativa a causa d'errors de modelat, discretització de senyals de sensors o senyals externs que afecten negativament el seu comportament nominal. Aquesta tesi proposa enfocaments robustos i òptims basats en models per abordar problemes de planificació i control de vehicles autònoms. La robustesa s'aborda des d'una perspectiva de teoria de conjunts. En concret, els avantatges dels conjunts zonotòpics s'utilitzen per explotar el disseny de les restriccions de tubs en la planificació i el control, així com per quantificar i propagar la incertesa en les fases de modelat i estimació. En l'àrea del modelat, aquesta tesi utilitza models orientats al control/planificació utilitzant els paradigmes de models Takagi-Sugeno (TS) i a paràmetres variant en el temps (LPV) per a reescriure el model no lineal del vehicle. Aquestes representacions s'obtenen a partir de les equacions físiques del moviment o directament d'un lot de dades. El model dinàmic basat en dades s'entrena utilitzant un sistema d'inferència neurodifús adaptatiu (ANFIS). Mentrestant, la incertesa associada amb els paràmetres del model s'estima mitjançant un enfocament zonotòpic recursiu de mínims quadrat (ZRLS).En l'àrea del control del moviment, aquesta tesi proposa una estratègia robusta de seguiment de trajectòria de dues capes. La capa exterior utilitza l’estructura del control predictiu basat en model (MPC). A la capa interna, s'utilitza una combinació d'un controlador zonotòpic quadràtic lineal (LQZ) i un filtre de Kalman zonotòpic (ZKF). L'energia del vehicle és gestionada pel MPC a través de l'estat de càrrega de la seva bateria, garantint els índexs de rendiment en termes de velocitats longitudinal, lateral i angular. Per a aquest propòsit, l'estratègia de control plantejada combina el model dinàmic basat en dades amb els models cinemàtic i d'estat de càrrega. Posteriorment, la configuració robusta de les dues capes s'utilitza per la planificació. En la primera part, el planificador predictiu basat en model (MPP) genera referències factibles en línia alhora que maximitza tant la velocitat longitudinal com l'estalvi d'energia a través de l'estat de càrrega de la bateria. Això difereix de l'etapa de control, en la qual el controlador segueix les referències prèviament calculades fora de línia. A més, el planificador integra un model de predicció basat en dades així com un mètode similar a un corredor de conducció, el qual és computacionalment eficient i basat en restriccions d'ample de la pista per a evitar col·lisions amb obstacles tant estàtics com en moviment. Seguidament, es proposa un MPP per abordar la coordinació entre vehicles autònoms connectats. Aquest planificador utilitza la representació LPV del model no lineal del vehicle, que es deriva de les equacions físiques del moviment utilitzant l'enfocament d'incrustació no lineal. Així mateix, incorpora desigualtats lineals d'enters mixtos per a garantir maniobres d'avançament segures i evitar restriccions no lineals imposades pels límits dels obstacles. Per a avaluar l'efectivitat dels enfocaments de control i planificació proposats, s'utilitza un petit cotxe elèctric a escala de 1/10. Addicionalment, les simulacions es realitzen en règims agressius de conducció autònoma, que impliquen corbes pronunciades i conducció a màxima velocitat.

Tribunal:
     PRESIDENT: HARO ORTEGA, GLORIA
     SECRETARI: SÁNCHEZ RIERA, JORDI
     VOCAL: PORZI, LORENZO
Resum de tesi: El modelatge d'escenes en 3D es refereix al procés de crear una representaci6 digital d'entorns del món real per a una millorcomprensió i manipulació posterior. Les primeres obres van implicar l'ús de representacions estrictament estructurades com aramalles o quadricules de vòxels. L'èxit recent de l'aprenentatge profund ha permès representacions implícites de les escenesutilitzant xarxes neuronals profundes, que normalment són d'alta eficiència en l'aprenentatge automàtic de dades i en el maneigd'escenes complexes d'alta resolució. No obstant això, aquestes representacions implícites sovint no són explicables amb unprocés d'aprenentatge automàtic de característiques, la qual cosa dificulta les seves aplicacions posteriors en escenaris pràctics.Per exemple, per reduir possibles fallades catastròfiques en camps d'alt risc com ara la salut o la conducció autònoma, laincertesa associada amb els resultats del modelatge ha d'estar inclosa en el procés de presa de decisions.Amb l'objectiu d'un modelatge d'escenes en 3D mes interpretable, aquesta tesi explora diversos mètodes per quantificar laincertesa en el procés de modelatge d'escenes en 3D que utilitza la representació neuronal implícita. En primer lloc, proposemcamps de radiància neuronal estocàstics per modelar un mare probabilístic per capturar la incertesa en les imatges RGBrenderitzades i la profunditat estimada a partir del model d'escena après, amb una reducció dràstica de la complexitat del modelen comparació amb els mètodes probabilístics basats en Bayes anteriors. Per millorar la seva capacitat de manejar escenesmes complexes amb geometria i aparença variables, a continuació ampliem l'expressivitat del model incorporant modelsgeneratius basats en flux per aprendre automàticament distribucions de densitat arbitràriament complicades de manera flexible.Encara que aquests mètodes poden aconseguir un modelatge en 3D precís amb una estimació d'incertesa fiable, encarapateixen del procés d'optimització que consumeix molt temps, impedint les seves aplicacions posteriors en escenaris pràctics.Per tant, després explorem una representació hibrida amb quadricules de vòxels incorporades per aprendre explícitament ladensitat volumètrica de cada posici6 en 3D, millorant dràsticament l'eficiència del model tant en optimització com en inferència.Fins ara, el mare actual està inherentment dissenyat per estimar la incertesa predictiva per les àrees de l'escena que es podenobservar en les imatges d'entrenament, i no aconsegueixen produir una incertesa fiable que impliqui continguts d'escena noobservats com ara l'oclusió per a l'exploració robòtica en experiments desconeguts. Per aquesta finalitat, finalment proposemintroduir un camp d'incertesa en 3D basal en el model entrenat, que mostra una incertesa consistentment alta per lesprediccions d'aquelles regions d'escena no observades.En resum, dissenyem un mare probabilístic eficient i fiable per al modelatge d'escenes en 3D per quantificar la incertesa integralassociada a les prediccions tant de les regions d'escena observades com de les no observades. Aquest mare proporciona unaeina sòlida per a la presa de decisions i anàlisi conscient de la incertesa en una varietat d'aplicacions que depenen delmodelatge d'escenes en 3D.

Tribunal:
     PRESIDENT: ANGULO BAHON, CECILIO
     SECRETARI: MORENO RIBAS, ANTONIO
     VOCAL: UGUR, EMRE
Resum de tesi: El món real o físic presenta un ampli ventall d'obstacles a l'aplicació de robòtica en moltes tasques. En múltiples indústries (e.g. cadenes de muntatge de cotxes) s'utilitzen comportaments predeterminats i/o programes teleoperats perquè ofereixen robustesa i fiabilitat. No obstant això, el seu abast és limitat i es queden curts en entorns menys controlats. Explorem les possibilitats de planificació de tasques, o planificació des de la Intel·ligència Artificial (IA), per a resoldre tasques de forma més flexible i no predeterminada. A diferència de la planificació de moviments, la planificació IA se centra en la presa de decisions a alt nivell, més que en qüestions com ara la computació de trajectòries o la dinàmica. La planificació de tasques és una eina molt poderosa per a agents situats en entorns virtuals (e.g. videojocs o serveis web). Un dels seus principals avantatges és que permet comportament deliberatiu, explicable i adaptatiu, sempre que hi hagi disponible un model fiable de l'entorn. No obstant això, el món real presenta alguns desafiaments que dificulten l'aplicació de planificació IA. Aquesta tesi té els següents objectius, cadascun d'ells vinculat a un desafiament diferent: (O1) integració de planificació IA i de moviment; (O2) gestió dels efectes no intencionats de les accions preses pel robot; (O3) realització de tasques fins i tot quan el robot no coneix tota la informació rellevant; i (O4) aprenentatge automàtic de models d'acció, per a evitar crear-los manualment. Les nostres primeres contribucions se centren principalment en els objectius O1-O3. Consisteixen a planificar i actuar. Proposem paradigmes jeràrquics de planificació; explotar les propietats topològiques de les tasques per a simplificar els Processos de Decisió de Markov (MDPs) subjacents; i planificar amb l'ajuda de simuladors físics per a minimitzar el risc d'efectes no intencionats. La segona part de les nostres contribucions se centren en l'objectiu O4, i consisteixen en diferents algoritmes per a aprendre i reconèixer accions tipus STRIPS. Proporcionem resultats publicats per a donar suport a cada contribució, juntament amb exemples d'escenaris de manipulació, com per exemple desmuntatge automàtic de dispositius electromecànics, i interaccions d'assistència social.

Tribunal:
     PRESIDENT: PALACÍN ROCA, JORGE
     SECRETARI: SANFELIU CORTES, ALBERTO
     VOCAL: RIBAS XIRGO, LLUÍS
Resum de tesi: Aquesta dissertació té com a objectiu investigar dues tasques crucials en el camp del processament de senyals i imatges: l'eliminació de soroll de senyals i l'enfortiment d'imatges. En primer lloc, per al processament de senyals, proposem tres algoritmes innovadors d'eliminació de soroll dissenyats específicament per a senyals EEG unidimensionals. Aquests algoritmes combinen les forces de l'aprenentatge profund i les tècniques tradicionals de processament de senyals per adaptar-se eficaçment a diversos tipus de soroll associats amb diferents tasques cognitives, millorant així la qualitat i precisió de les senyals. En segon lloc, en l'àmbit del processament d'imatges, presentem tres nous algoritmes d'enfortiment d'imatges dissenyats per abordar múltiples tipus de soroll en escenes naturals. Integrant metodologies d'aprenentatge profund amb coneixements previs, aquests algoritmes milloren la nitidesa de la imatge, el contrast i la reproducció de detalls, demostrant adaptabilitat i fiabilitat en diferents condicions d'il·luminació, climàtiques i equips fotogràfics. Finalment, realitzem una anàlisi exhaustiva de les similituds i diferències entre les tasques d'enfortiment d'imatges i eliminació de soroll de senyals. En comparar les metodologies emprades per cadascuna per manejar diversos tipus de soroll, en derivem conclusions significatives per guiar la recerca futura. Aquestes contribucions estan destinades a avançar significativament les capacitats tecnològiques i la comprensió teòrica en tots dos camps.