Estudio y mejora de métodos de registro 3D: aceleración sobre unidades de procesamiento gráfico y caracterización del espacio de transformaciones iniciales

Durante los últimos años ha sido creciente el uso de las unidades de procesamiento gráfico, más conocidas como GPU (Graphic Processing Unit), en aplicaciones de propósito general, dejando a un lado el objetivo para el que fueron creadas y que no era otro que el renderizado de gráficos por computador. Este crecimiento se debe en parte a la evolución que han experimentado estos dispositivos durante este tiempo y que les ha dotado de gran potencia de cálculo, consiguiendo que su uso se extienda desde ordenadores personales a grandes cluster. Este hecho unido a la proliferación de sensores RGB-D de bajo coste ha hecho que crezca el número de aplicaciones de visión que hacen uso de esta tecnología para la resolución de problemas, así como también para el desarrollo de nuevas aplicaciones. Todas estas mejoras no solamente se han realizado en la parte hardware, es decir en los dispositivos, sino también en la parte software con la aparición de nuevas herramientas de desarrollo que facilitan la programación de estos dispositivos GPU. Este nuevo paradigma se acuñó como Computación de Propósito General sobre Unidades de Proceso Gráfico (General-Purpose computation on Graphics Processing Units, GPGPU). Los dispositivos GPU se clasifican en diferentes familias, en función de las distintas características hardware que poseen. Cada nueva familia que aparece incorpora nuevas mejoras tecnológicas que le permite conseguir mejor rendimiento que las anteriores. No obstante, para sacar un rendimiento óptimo a un dispositivo GPU es necesario configurarlo correctamente antes de usarlo. Esta configuración viene determinada por los valores asignados a una serie de parámetros del dispositivo. Por tanto, muchas de las implementaciones que hoy en día hacen uso de los dispositivos GPU para el registro denso de nubes de puntos 3D, podrían ver mejorado su rendimiento con una configuración óptima de dichos parámetros, en función del dispositivo utilizado. Es por ello que, ante la falta de un estudio detallado del grado de afectación de los parámetros GPU sobre el rendimiento final de una implementación, se consideró muy conveniente la realización de este estudio. Este estudio no sólo se realizó con distintas configuraciones de parámetros GPU, sino también con diferentes arquitecturas de dispositivos GPU. El objetivo de este estudio es proporcionar una herramienta de decisión que ayude a los desarrolladores a la hora implementar aplicaciones para dispositivos GPU. Uno de los campos de investigación en los que más prolifera el uso de estas tecnologías es el campo de la robótica ya que tradicionalmente en robótica, sobre todo en la robótica móvil, se utilizaban combinaciones de sensores de distinta naturaleza con un alto coste económico, como el láser, el sónar o el sensor de contacto, para obtener datos del entorno. Más tarde, estos datos eran utilizados en aplicaciones de visión por computador con un coste computacional muy alto. Todo este coste, tanto el económico de los sensores utilizados como el coste computacional, se ha visto reducido notablemente gracias a estas nuevas tecnologías. Dentro de las aplicaciones de visión por computador más utilizadas está el registro de nubes de puntos. Este proceso es, en general, la transformación de diferentes nubes de puntos a un sistema de coordenadas conocido. Los datos pueden proceder de fotografías, de diferentes sensores, etc. Se utiliza en diferentes campos como son la visión artificial, la imagen médica, el reconocimiento de objetos y el análisis de imágenes y datos de satélites. El registro se utiliza para poder comparar o integrar los datos obtenidos en diferentes mediciones. En este trabajo se realiza un repaso del estado del arte de los métodos de registro 3D. Al mismo tiempo, se presenta un profundo estudio sobre el método de registro 3D más utilizado, Iterative Closest Point (ICP), y una de sus variantes más conocidas, Expectation-Maximization ICP (EMICP). Este estudio contempla tanto su implementación secuencial como su implementación paralela en dispositivos GPU, centrándose en cómo afectan a su rendimiento las distintas configuraciones de parámetros GPU. Como consecuencia de este estudio, también se presenta una propuesta para mejorar el aprovechamiento de la memoria de los dispositivos GPU, permitiendo el trabajo con nubes de puntos más grandes, reduciendo el problema de la limitación de memoria impuesta por el dispositivo. El funcionamiento de los métodos de registro 3D utilizados en este trabajo depende en gran medida de la inicialización del problema. En este caso, esa inicialización del problema consiste en la correcta elección de la matriz de transformación con la que se iniciará el algoritmo. Debido a que este aspecto es muy importante en este tipo de algoritmos, ya que de él depende llegar antes o no a la solución o, incluso, no llegar nunca a la solución, en este trabajo se presenta un estudio sobre el espacio de transformaciones con el objetivo de caracterizarlo y facilitar la elección de la transformación inicial a utilizar en estos algoritmos.

Transport in magnetically ordered Pt nanocontacts

Pt nanocontacts, like those formed in mechanically controlled break junctions, are shown to develop spontaneous local magnetic order. Our density functional calculations predict that a robust local magnetic order exists in the atoms presenting low coordination, i.e., those forming the atom-sized neck. We thus find that the electronic transport can be spin polarized, although the net value of the conductance still agrees with available experimental information. Experimental implications of the formation of this new type of nanomagnet are discussed.

Ordered porous nanomaterials: the merit of small

This paper will introduce the reader to some of the “classical” and “new” families of ordered porous materials which have arisen throughout the past decades and/or years. From what is perhaps the best-known family of zeolites, which even now to this day is under constant research, to the exciting new family of hierarchical porous materials, the number of strategies, structures, porous textures, and potential applications grows with every passing day. We will attempt to put these new families into perspective from a synthetic and applied point of view in order to give the reader as broad a perspective as possible into these exciting materials.

Electrochemical generation of oxygen-containing groups in an ordered microporous zeolite-templated carbon

Zeolite templated carbon (ZTC) was electrochemically oxidized under various conditions, and its chemistry and structural evolution were compared to those produced by conventional chemical oxidation. In both oxidation methods, a general loss of the original structure regularity and high surface area was observed with increasing amount of oxidation. However, the electrochemical method showed much better controllability and enabled the generation of a large number of oxygen functional groups while retaining the original structure of the ZTC. Unlike chemical treatments, highly microporous carbons with an ordered 3-D structure, high surface area (ranging between 1900 and 3500 m2/g) and a large number of oxygen groups (O = 11,000–3300 μmol/g), have been prepared by the electrochemical method. Some insights into the electrooxidation mechanism of carbon materials are proposed from the obtained polarization curves, using ZTC as a model carbon material.

Synthesis of Ordered Mesoporous Carbon Materials by Dry Etching

A novel synthesis method for ordered mesoporous carbons is presented. The inverse replication of a silica template was achieved using the carbonization of sucrose within mesoporous KIT-6. Instead of liquid acid etching, as in classical nanocasting, a novel dry chlorine etching procedure for template removal is presented for the first time. The resultant ordered mesostructured carbon material outperforms carbons obtained by conventional hard templating with respect to high specific micro- and mesopore volumes (0.6 and 1.6 cm3 g−1, respectively), due to the presence of a hierarchical pore system. A high specific surface area of 1671 m2 g−1 was achieved, rendering this synthesis route a highly convenient method to produce ordered mesoporous carbons.

Ordered mesoporous titanium oxide for thin film microbatteries with enhanced lithium storage

A 3D mesoporous TiO2 material with well-developed mesostructure is prepared in the form of a binder-free thin (100 nm) film and studied as potential candidate for the negative electrode in lithium microbatteries. By appropriate thermal treatments, the selected crystal structure (anatase, rutile, or amorphous), and micro-/mesostructure of the materials was obtained. The effects of voltage window and prelithiation treatment improved first cycle reversibility up to 86% and capacity retention of 90% over 100 cycles. After a prolonged intercalation of lithium ions in ordered mesoporous TiO2 appeared small particles assigned to Li2Ti2O4 with cubic structure as observed from ex-situ TEM micrographs. This study highlights the flexibility of the potential window to which the electrode can operate. Maximum capacity values over 100 cycles of 470 μA h cm−2 μm−1 and 177 μA h cm−2 μm−1 are obtained for voltage ranges of 0.1–2.6 V and 1.0–2.6 V, respectively. The observed values are between 6 and 2 times higher than those obtained for films with 600 nm (80 μA h cm−2 μm−1) and 900 nm (92 μA h cm−2 μm−1) lengths. This indicates that 100 nm thin TiO2 films with high accessibility show finite-length type diffusion which is interesting for this particular application.