Escuela de Doctorado

Fecha de lectura: 20/02/2025

• FLORES MUÑOZ, PABLO JAVIER: Functional Similarity Between Feature Lists Based on the Joint Enrichment of the Gene Ontology Terms.
  
  Autor/a: FLORES MUÑOZ, PABLO JAVIER
  Tesis completa: (contacta con la Escuela de Doctorado para confirmar que eres un doctor acreditado y obtener el enlace a la tesis)
  Programa: BIOINFORMÁTICA
  Departamento: Facultad de Matemáticas y Estadística (FME)
  Modalidad: Normal
  Fecha de depósito: 24/01/2025
  Fecha de lectura: 20/02/2025
  Hora de lectura: 11:00
  Lugar de lectura: SALA DE JUNTES FME, EDIFICI U, CAMPUS SUD
  Director/a de tesis: SÁNCHEZ PLA, ÀLEX | OCAÑA REBULL, JORDI
  Resumen de tesis: El advenimiento de tecnologías ómicas, como los experimentos de alto rendimiento, ha revolucionado la biología moderna. Ellas permiten estudiar el comportamiento de cientos de características (como genes, proteínas o metabolitos) en diferentes condiciones experimentales. Si bien la obtención de listas de características a partir de estos experimentos sugiere un progreso sustancial, es más relevante proporcionar un significado funcional a estas listas, es decir, comprender y evaluar el significado biológico de sus elementos.Este trabajo se concentra en el desarrollo de un método para identificar la similitud funcional entre un conjunto de listas de características. El método se basa en la premisa de que dos o más listas de características revelan similitud biológica si comparten una proporción significativa de términos GO enriquecidos.La métrica seleccionada para evaluar esta proporción se obtiene del índice de Sorensen-Dice, que demostramos que sigue una distribución asintóticamente normal; sin embargo, en casos de bajo enriquecimiento, una distribución basada en el enfoque Bootstrap es más adecuada.Este análisis asintótico ha llevado al desarrollo de un test de hipótesis estadístico basado en el enfoque de equivalencia, que permite inferir la similitud biológica entre dos o más listas cuando la disimilitud de Sorensen es nula, salvo por una desviación irrelevante, que viene definida por un límite de irrelevancia desarrollado en función de la razón geométrica de biodisponibilidad, lo que evita utilizar un límite de irrelevancia arbitrario, típicamente asociado a la mayoría de los tests que utilizan este.Este test de hipótesis ha sido probado mediante un estudio de simulación, que demuestra que funciona de forma eficaz, manteniendo una probabilidad de error de tipo I controlada y una potencia aceptable.Además, se ha desarrollado una matriz de disimilitud basada en el límite de irrelevancia que hace que las listas comparadas sean equivalentes. Los valores de esta matriz miden el grado de similitud funcional entre las listas comparadas. Su representación gráfica permite observar una estructura de agrupamiento en función del grado de similitud biológica. A partir de ello, ha sido posible detectar las funciones biológicas asociadas a estos agrupamientos.El paquete R goSorensen, alojado en Bioconductor, es una herramienta computacional validada para gestionar de forma eficaz las numerosas entradas y salidas de este análisis. Este paquete R se ha creado para aplicar el método propuesto en esta tesis.El método se ha implementado en listas de genes reales. Los resultados facilitaron la visualización de las salidas y permitieron una comparación de la consistencia y eficacia del método frente a métodos alternativos empleados para fines análogos.
  

• VERA I FERNÁNDEZ, JORDI: Development of Algorithms for Enhancing Numerical Simulations in CFD & HT: Conjugate Heat Transfer, Moving Bodies, Indoor Air Quality, and Thermal Energy Storage
  
  Autor/a: VERA I FERNÁNDEZ, JORDI
  Tesis completa: (contacta con la Escuela de Doctorado para confirmar que eres un doctor acreditado y obtener el enlace a la tesis)
  Programa: INGENIERÍA TÉRMICA
  Departamento: Departamento de Máquinas y Motores Térmicos (MMT)
  Modalidad: Normal
  Fecha de depósito: 09/01/2025
  Fecha de lectura: 20/02/2025
  Hora de lectura: 11:00
  Lugar de lectura: Sala de Conferències del TR5 (C/ Colom 11, ESEIAAT)
  Director/a de tesis: OLIVA LLENA, ASENSIO | PEREZ SEGARRA, CARLOS DAVID
  Resumen de tesis: Esta tesis consiste en la mejora de simulaciones numéricas en CFD y HT (Dinámica de Fluidos Computacional y Transferencia de Calor). Los contenidos se dividen en tres bloques: métodos numéricos para CFD, calidad del aire interior y almacenamiento de energía térmica (TES).El primer bloque se centra en los métodos de simulación para cuerpos en movimiento. Se presenta un nuevo enfoque para mejorar las simulaciones de Transferencia de Calor Conjugada (CHT) utilizando el Immersed Boundary Method (IBM). Este algoritmo emplea un sistema de dos mallas para eliminar errores numéricos en la ecuación de energía del sólido causados por esquemas convectivos que transportan el campo de temperatura del sólido cuando se usa una sola malla. Para cuerpos rotativos, se aplica el Método de Sliding Mesh (SMM) y se propone una mejora en el algoritmo de intersección de caras. Además, se realiza una comparación entre el IBM y el SMM utilizando tanto un caso de referencia como un nuevo caso de prueba propuesto.El segundo bloque estudia la probabilidad de infección y la calidad del aire en espacios interiores utilizando herramientas de CFD. Se propone una nueva metodología basada en el modelo de Wells-Riley para evaluar el riesgo de infección. Este nuevo enfoque evalúa diversos escenarios realizando una permutación de todas las posibles ubicaciones tanto de individuos infecciosos como susceptibles, generando una matriz de probabilidad de infección que ayuda a identificar patrones de flujo de aire con impactos positivos o negativos en las tasas de infección. Finalmente, esta nueva metodología, junto con otros estudios de calidad del aire, se aplica a un caso práctico en un autobús urbano.El tercer bloque presenta una simulación numérica avanzada de un sistema de almacenamiento térmico estructurado con termoclina integrado en plantas de energía solar concentrada (CSP). Este sistema de almacenamiento emplea una configuración de tanque único con un lecho estructurado de materiales cerámicos de relleno, con canales para la circulación del fluido de transferencia térmica (HTF), una sal fundida, para reducir costos y mejorar el rendimiento térmico. Se desarrolla un modelo matemático detallado para resolver la ecuación de calor 3D no estacionaria dentro del dominio sólido, acoplado con modelos 1D para el flujo HTC. Este modelo numérico se utiliza para un estudio paramétrico que evalúa los impactos de las configuraciones geométricas, las condiciones operativas y la duración de los ciclos en el rendimiento del sistema.Además de las secciones mencionadas, se incluyen dos apéndices. El primer apéndice está estrechamente relacionado con el tercer bloque, centrándose en el diseño de una unidad experimental para validar los modelos numéricos presentados en esa sección. Proporciona una descripción detallada de los componentes necesarios, incluidas sus condiciones operativas y funcionales. Se realizan pruebas experimentales preliminares para evaluar la compatibilidad de los materiales de relleno y las propiedades de las sales fundidas. Ciertos componentes, como el intercambiador de calor, se analizan con más detalle utilizando la metodología descrita en el segundo apéndice. Este segundo apéndice compara los resultados de diferentes metodologías CHT, incluyendo un modelo 1D acoplado y un enfoque CFD multidimensional, para evaluar el comportamiento de los intercambiadores de calor en condiciones estacionarias y transitorias. Se propone y analiza un nuevo diseño de intercambiador de calor utilizando esta metodología. Finalmente, se ha desarrollado y preparado un montaje experimental para probar el diseño propuesto.
  

Fecha de lectura: 21/02/2025

• CEBOLLA ALEMANY, JOAQUIM: Nanoparticle modeling in industrial settings
  
  Autor/a: CEBOLLA ALEMANY, JOAQUIM
  Tesis completa: (contacta con la Escuela de Doctorado para confirmar que eres un doctor acreditado y obtener el enlace a la tesis)
  Programa: INGENIERÍA AMBIENTAL
  Departamento: Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental (DECA)
  Modalidad: Normal
  Fecha de depósito: 24/01/2025
  Fecha de lectura: 21/02/2025
  Hora de lectura: 11:00
  Lugar de lectura: ETSECCPB UPC, Campus Nord Building C1. Classroom: 002 C/Jordi Girona, 1-3 08034 Barcelona
  Director/a de tesis: MACARULLA MARTÍ, MARCEL | VIANA RODRIGUEZ, MARIA DEL MAR
  Resumen de tesis: Las nanopartículas (NPs) se generan de manera incidental en la industria a través de múltiples procesos de transformación de materiales, especialmente en actividades altamente energéticas. Este tipo de aerosol, debido a sus pequeñas dimensiones, representa una amenaza significativa para la salud humana, especialmente para los trabajadores expuestos a concentraciones elevadas en entornos industriales. Por ello, la preocupación por la predicción, estimación y control de las NPs ambientales ha aumentado en los últimos años. Sin embargo, la simulación de concentraciones de NPs y la estimación de emisiones en aplicaciones de calidad del aire interior siguen presentando problemas como la cuantificación de la incertidumbre, el efecto de actividades no modeladas que actúan como perturbaciones y la necesidad de simulaciones computacionalmente eficientes para la gestión y optimización industriales.Esta tesis doctoral aborda estos problemas a través de cinco objetivos principales: (I) evaluar y optimizar los intervalos de tamaño de partícula en modelos seccionales; (II) simular concentraciones industriales mediante modelización estocástica; (III) diseñar un método para cuantificar los factores de emisión industrial de NPs incidentales; (IV) incorporar simulaciones deterministas de concentraciones en problemas multidominio para facilitar la gestión del riesgo a usuarios no expertos; (V) proponer un marco teórico para gestionar de manera coordinada la calidad del aire interior y la planificación de la producción industrial para optimizar el consumo energético de los sistemas de ventilación mecánica.Con este propósito, la investigación se divide en cuatro partes. Primero, se procesaron datos de concentración por tamaño con un algoritmo de clustering k-means aplicado a NPs de combustión en pruebas de laboratorio. Los resultados mostraron que el clúster modal contenía más del 80% de la concentración en tres experimentos diferentes, sugiriendo una precisión de los modelos de concentración total superior a la tolerancia de los instrumentos.Así pues, se evaluaron modelos de orden reducido de concentración total con técnicas estocásticas y deterministas en escenarios industriales con actividades pulsantes y continuas. El método estocástico permitió parametrizar, calibrar y validar el modelo, posibilitando su traducción a modelos deterministas con coeficientes de correlación superiores a 0.9 y una precisión media superior al 80%.Posteriormente, basándose en la modelización estocástica validada, se diseñó un método sistemático para determinar factores de emisión industrial a partir de modelos físicos de la bibliografía. Este método se aplicó a 7 conjuntos de datos con un total de 16 series temporales en cuatro escenarios diferentes, analizando 79 modelos para dos procesos de proyección térmica y uno de cocción de baldosas cerámicas. Las estimaciones fueron consistentes con estudios previos y entre series de datos, aunque para fuentes no confinadas se observó una disminución de la correlación del 0.9 al 0.8 en algunos puntos. Esta investigación destacó la importancia de los procesos de emisión y transporte, mientras que la deposición y la agregación no resultaron estadísticamente significativas en los escenarios monitorizados.Finalmente, se conceptualizó un nuevo marco basado en algoritmos de inteligencia artificial y simulaciones multidominio para mejorar la gestión energética de edificios en contextos de producción industrial mediante modelos de orden reducido. Su aplicación se ejemplificó y evaluó en casos prácticos de proyección térmica, demostrando flexibilidad para adaptarse a múltiples escenarios considerando el autoconsumo de energía fotovoltaica, la flexibilidad energética y la minimización de costes. Los resultados obtenidos subrayan el potencial de herramientas computacionales avanzadas para gestionar riesgos y optimizar recursos en entornos industriales, proporcionando herramientas flexibles para su aplicación real.
  

Fecha de lectura: 27/02/2025

• GIL VIYUELA, OSCAR: Robot Navigation Issues and Human-Robot Collaborative Search using Deep Learning Methods
  
  Autor/a: GIL VIYUELA, OSCAR
  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: 13/01/2025
  Fecha de lectura: 27/02/2025
  Hora de lectura: 11:00
  Lugar de lectura: Sala de Juntes de la Facultat de Matemàtiques i Estadística (FME),Campus Diagonal Sud, Carrer de Pau Gargallo, 14, 08028 Barcelona
  Director/a de tesis: SANFELIU CORTES, ALBERTO
  Tribunal:
       PRESIDENT: MONTANO GELLA, LUIS ENRIQUE
       SECRETARI: ANDRADE CETTO, JUAN
       VOCAL: MERINO CABAÑAS, LUIS
  Resumen de tesis: Actualmente, la Robótica Social y la Inteligencia Artificial (IA) son dos áreas que están empezando a explorarse juntas gracias al gran desarrollo que han experimentado en la última década. En concreto, los modelos de Aprendizaje Profundo (DL), basados en Redes Neuronales Artificiales (RNA), han avanzado enormemente en los últimos años. Un avance que ha permitido el uso de este tipo de modelos en un gran número de aplicaciones para las personas, como filtros de spam, detección y diagnóstico en medicina, traductores automáticos, métodos de conversión de texto a voz o modelos de generación de imágenes.En los últimos años, se han desarrollado diferentes aplicaciones de DL en la interacción humano-robot (HRI) y la colaboración humano-robot (HRC) en diferentes campos como la robótica asistencial, la robótica de servicio, la robótica industrial, la búsqueda y rescate (SAR), la robótica educativa, la robótica doméstica y otros campos. La mayoría de estas aplicaciones requieren una navegación de robots robusta que tenga en cuenta a los humanos. Por esta razón, esta tesis explora diferentes formas de aplicar métodos de DL y Deep Reinforcement Learning (DRL) para mejorar aspectos de la navegación de robots en entornos con humanos.Los principales aspectos que esta tesis explora son la predicción de la trayectoria que harán loshumanos y como un robot debe anticiparse para no haber colisión. Además,se estudia la búsqueda colaborativa entre un humano y un robot teniendo en cuenta las preferencias de las personas con un modelo generativo de DL. Las simulaciones y los experimentos llevados a cabo han servido para testearlos métodos propuestos, validar las hipótesis y comprobar sus limitaciones.En resumen, esta tesis doctoral proporciona diferentes formas de aplicar métodos de DL para la navegación de robots en entornos con humanos y la búsqueda colaborativa humano-robot, incluyendo una descripción del estado del arte y explicaciones de los métodos propuestos, las herramientas de estudio que han sido usadas y las simulaciones y experimentos realizados. Finalmente, se exponen las conclusiones de la tesis.
  

• ZARRAOA SARDÓN, LAURA: Photon counting with a single neutral atom: quantum efficiency, dark counts, and background rejection
  
  Autor/a: ZARRAOA SARDÓN, LAURA
  Tesis completa: (contacta con la Escuela de Doctorado para confirmar que eres un doctor acreditado y obtener el enlace a la tesis)
  Programa: FOTÓNICA
  Departamento: Instituto de Ciencias Fotónicas (ICFO)
  Modalidad: Normal
  Fecha de depósito: 05/12/2024
  Fecha de lectura: 27/02/2025
  Hora de lectura: 10:00
  Lugar de lectura: ICFO, Mediterranean Technology Park, Avinguda Carl Friedrich Gauss, 3, 08860 Castelldefels, Barcelona
  Director/a de tesis: MITCHELL, MORGAN | VEYRON, ROMAIN
  Resumen de tesis: Esta tesis estudia el uso de un solo átomo neutro de 87Rb atrapado como contador de fotones. La detección de saltos cuánticos (QJs), cambios abruptos entre estados atómicos observables por cambios de fluorescencia, se usa para inferir la llegada de fotones únicos. A esta técnica la nombramos fotodetección por saltos cuánticos (QJPD).Esta tesis primero sitúa la QJPD en el contexto de la fotodetección. Comparada con detectores tradicionales, la QJPD tiene una menor velocidad y menor eficiencia cuántica (QE), pero resulta excepcional por ser intrínsecamente de banda estrecha y por tener un fuerte rechazo de fotones fuera de banda y muy bajas cuentas oscuras (DCs). Estas características hacen que sea interesante para aplicaciones que detectan señales ópticas débiles en presencia de luz de fondo de banda ancha.Los métodos experimentales consisten en cargar un átomo de 87Rb desde una trampa magneto-óptica (MOT) a una trampa fuera de resonancia (FORT) localizada en el centro de cuatro lentes ortogonales, co-focales y de alta apertura numérica. Estas lentes crean la FORT, acoplan la luz de prueba al átomo y recogen su fluorescencia, que se usa para identificar el estado atómico. La secuencia de QJPD consiste en atrapar y enfriar un átomo en la FORT, bombearlo al estado oscuro, iluminarlo con luz de prueba, iluminarlo con luz de lectura y recoger la fluorescencia, y comprobar que el átomo no ha abandonado la FORT. Se introducen métodos estadísticos para medir la QE y las DC que comparan la distribución de cuentas de fluorescencia observada con las distribuciones de fluorescencia de los estados hiperfinos. Se demuestra una QE de (2.4±0.1)×e−3, un récord para la absorción de un solo fotón por un solo átomo en espacio libre.Se miden las contribuciones a las DC. Para lograr un nivel muy bajo de DC, la QJPD se implementa en dos tiempos: uno de exposición para la absorción del fotón único seguido de un corto tiempo de fluorescencia para leer el estado atómico. Esto implica contribuciones de DC de adquisición y de lectura diferenciadas, como ocurre en detectores CCD y CMOS. La tasa de saltos oscuros (análoga a la corriente oscura de los CCD/CMOS) es de (5 ± 10) × e−3 saltos/s, compatible con cero y limitada por las estadísticas de la medida. La contribución de lectura es de (4.0 ± 0.4) × e−3 saltos por ms de fluorescencia. Para una frecuencia de lectura de 1 Hz, con pulsos de lectura de 1 ms, se demuestra una tasa neta de DC de (15 ± 10) × e−3 cuentas/adquisición, que ya es competitiva con cualquier detector no criogénico.Las capacidades de rechazo de luz de fondo (LF) se comprueban midiendo la tasa de QJs cuando el átomo se ilumina con luz solar directa y con luz dispersada por la atmósfera (luz celeste). Se desarrolla un modelo de ecuaciones cinéticas que describe las probabilidades de QJs en presencia de fuerte LF de banda ancha junto con luz de prueba débil en resonancia. Este modelo interpreta los experimentos en los que un haz de señal débil compite contra fuerte LF de banda ancha y se valida usando luz solar directa. Experimentalmente, no se observan QJs inducidos por luz celeste. Se mide también el brillo de la luz celeste y sus fluctuaciones, que resultan ser grandes incluso en días mayormente despejados, factor que aumenta aún más la necesidad de rechazo de LF. Se discuten diversas aplicaciones extremas de fotodetección contemporáneas como posibles aplicaciones para la QJPD, incluyendo comunicaciones cuánticas en espacio libre durante el día, comunicaciones clásicas en el espacio y experimentos de física fundamental. Se presenta un escenario realista en el que el desempeño de la QJPD sobrepasa al de detectores comerciales. Finalmente, se discuten potenciales mejoras. Se demuestra que tecnologías atómicas y ópticas existentes pueden ser aplicadas para alcanzar diferentes rangos de longitud de onda, anchos de banda más estrechos, eficiencia cuántica más alta y niveles de cuentas oscuras más bajos.