Individual-based modelling of bacterial cultures to study the lag ohase

Els bacteris són la forma dominant de vida del planeta: poden sobreviure en medis molt adversos, i en alguns casos poden generar substàncies que quan les ingerim ens són tòxiques. La seva presència en els aliments fa que la microbiologia predictiva sigui un camp imprescindible en la microbiologia dels aliments per garantir la seguretat alimentària. Un cultiu bacterià pot passar per quatre fases de creixement: latència, exponencial, estacionària i de mort. En aquest treball s’ha avançat en la comprensió dels fenòmens intrínsecs a la fase de latència, que és de gran interès en l’àmbit de la microbiologia predictiva. Aquest estudi, realitzat al llarg de quatre anys, s’ha abordat des de la metodologia Individual-based Modelling (IbM) amb el simulador INDISIM (INDividual DIScrete SIMulation), que ha estat millorat per poder fer-ho. INDISIM ha permès estudiar dues causes de la fase de latència de forma separada, i abordar l’estudi del comportament del cultiu des d’una perspectiva mesoscòpica. S’ha vist que la fase de latència ha de ser estudiada com un procés dinàmic, i no definida per un paràmetre. L’estudi de l’evolució de variables com la distribució de propietats individuals entre la població (per exemple, la distribució de masses) o la velocitat de creixement, han permès distingir dues etapes en la fase de latència, inicial i de transició, i aprofundir en la comprensió del que passa a nivell cel•lular. S’han observat experimentalment amb citometria de flux diversos resultats previstos per les simulacions. La coincidència entre simulacions i experiments no és trivial ni casual: el sistema estudiat és un sistema complex, i per tant la coincidència del comportament al llarg del temps de diversos paràmetres interrelacionats és un aval a la metodologia emprada en les simulacions. Es pot afirmar, doncs, que s’ha verificat experimentalment la bondat de la metodologia INDISIM.

A public-key cryptosystem based on second order linear sequences

Based on Lucas functions, an improved version of the Diffie-Hellman distribution key scheme and to the ElGamal public key cryptosystem scheme are proposed, together with an implementation and computational cost. The security relies on the difficulty of factoring an RSA integer and on the difficulty of computing the discrete logarithm.

Why Catalonia will see its energy metabolism increase in the near future: an application of MuSIASEM

This paper applies the so-called Multi-Scale Integrated Analysis of Societal and Ecosystem Metabolism (MuSIASEM) to the economy of the Spanish region of Catalonia. By applying Georgescu-Roegen's fund-flow model, it arrives at the conclusion that within a context of the end of cheap oil, the current development model based on the growth of low productivity sectors such as services and construction must change. The change is needed not only because of the increasing scarcity of affordable energy carriers, or because of the increasing environmental impact that the present development represents, but also because of an ageing population that demands labour productivity gains. This will imply industry requiring more energy consumption per worker in order to increase its productivity, and therefore its competitiveness. Thus, we conclude that energy intensity, and exosomatic energy metabolism of Catalonia will increase dramatically in the near future unless major conservation efforts are implemented in both the household and transport sectors.

Why do convertible issuers simultaneously repurchase stock? An arbitrage-based explanation

We examine why firms combine convertible debt offerings with stock repurchases. In 2006, 33% of the convertible issuers in the US simultaneously repurchased stock. These combined transactions are inconsistent with traditional motivations for convertible issuance. We document that convertible arbitrage drives these stock repurchases. Convertible debt arbitrageurs simultaneously buy convertibles and short sell the issuer’s common stock, resulting in downward pressure on the stock price. To prevent such short-selling activity, firms repurchase their stock directly from arbitrageurs. We show that combined transactions exhibit lower short-selling activity and that convertible arbitrage explains both the size and speed of the stock repurchases.

Cooperative strategies for imperfect CSI scenarios based on distributed Alamouti

Les comunicacions cooperatives estan guanyant un gran interès en les comunicacions modernes degut a que permeten millorar la transmissió dʼinformació entre un emissor i un receptor utilitzant una sèrie de terminals situats entre ells. Aquest projecte és un estudi complet del sistemes cooperatius, analitzant el seu rendiment i comparant lʼús dʼun sol dʼaquests terminals amb lʼús del codi Alamouti, que utilitza dos terminals. Primer hi ha una introducció als sistemes cooperatius i a la teoria de la informació. Després hem estudiat un sistema cooperatiu amb la teoria de la informació com a base, en termes de probabilitat de fallada del sistema, i posteriorment lʼhem adaptat a un sistema cooperatiu real utilitzant una modulació QPSK, estudiant la seva probabilitat dʼerror de paquet. Finalment es proposen diversos protocols que permeten millorar el rendiment del sistema cooperatiu estudiat.

Screening of highly modular sugar-based ligand libraries in the enantioselective C-C coupling reactions

Projecte de recerca elaborat a partir d’una estada a la University of Nottingham, Gran Bretanya, entre març i abril del 2007. Aquest treball s’ha centrat en l’aplicació de compostos derivats de la D-(+)-glucosa, de la D-(+)-fructosa i la D-galactosa com a lligands de catalitzadors homogenis quirals en dos reaccions asimètriques: addició 1,2 a aldehids catalitzada per níquel i addició 1,4 conjugada catalitzada per coure.(veure figura adjunta al final del document). En primer lloc, s’ha estudiat l’aplicació dels compostos L1-L6 a les reaccions d’addició 1,2 a aldehids catalitzades per níquel. S’ha observat que la selectivitat del procés depèn principalment del grup funcional unit a l’esquelet del lligand, de les propietats estèriques del substituent en la funció oxazolina i de l’estructura del substrat. S’ha obtingut fins a un 59% d’excés enantiomèric utilitzant el precursor de catalitzador que conté el lligand L3a. En segon lloc, aquest treball descriu l’aplicació de les tres famílies de compostos (L1-L11) com a lligands en la reacció d’addició 1,4 catalitzada per coure de compostos organometàl•lics a diferents enones amb diferents propietats estèriques. L’ús de les llibreries de compostos fosfit-oxazolina (L1-L5) i fosfit-fosforamidit (L6) han proporcionat bones enantioselectivitats (fins a 80%) en l’addició de reactius de trialquilalumini a diferents enones. En canvi, la llibreria de compostos monofosfit (L7-L11) ha mostrat bones activitats però enantioselectivitats fins a 57%.

Creation of a carrier-grade telco based on a voice over IP backbone

En aquesta memòria l'autor, fent servir un enfoc modern, redissenya i implementa la plataforma que una empresa de telecomunicacions del segle 21 necessita per poder donar serveis de telefonia i comunicacions als seus usuaris i clients. Al llarg d'aquesta exposició es condueix al lector des d'una fase inicial de disseny fins a la implementació i posada en producció del sistema final desenvolupat, centrant-nos en solucionar les necessitats actuals que això implica. Aquesta memòria cubreix el software, hardware i els processos de negoci associats al repte de fer realitat aquest objectiu, i presenta al lector les múltiples tecnologies emprades per aconseguir-ho, fent emfàsi en la convergència actual de xarxes cap al concepte de xarxes IP i basant-se en aquesta tendència i utilitzant aquesta tecnologia de veu sobre IP per donar forma a la plataforma que finalment, de forma pràctica, es posa en producció.

Gender based-violence at Universities

Estudi realitzat a partir d’una estada al Center for Lifelng Learning de l’ University of Warwick, entre 2006 i 2008. Aquesta recerca es centra en l'estudi del fenomen de la violència de gènere a les universitats. Recerques prèvies ens indiquen que la violència de gènere afecta a tot tipus de dones, de totes les cultures, edats, estatus professionals i nivells educatius. També es constata que aquesta violència no només es dóna en l'àmbit domèstic, sinó també en diferents àmbits socials, incloses les institucions educatives. La literatura científica sobre aquesta temàtica de països com Estats Units o Canadà ha incidit en com també trobem aquest fenomen en els contextos universitaris. A Europa s'ha fet molt poca recerca centrada en analitzar la violència de gènere que afecta a les dones a les universitats. Amb aquest estudi s'ha explorat la literatura científica existent a nivell mundial sobre aquesta temàtica, s'ha analitzat el tractament d'aquesta problemàtica a nivell de legislacions i recomanacions institucionals, principalment a nivell de l'Estat espanyol, de Catalunya i d'organismes internacionals, i s'han analitzat pràctiques en el tractament d'aquesta problemàtica en diferents universitats del Regne Unit. Per altra banda, s'ha incidit en l'estudi del impacte que diferents formes de violència de gènere té en els processos formatius i en els projectes professionals de dones a les universitats. Així mateix, s'han analitzat elements claus de pràctiques a les universitats del Regne Unit en la implementació de polítiques contra l'assetjament sexual que afecta a les dones. La identificació d'aquests elements s'orienta a aportar recomanacions claus per a la implementació de mesures orientades a la prevenció i la superació de diferents formes de violència que afecta a les dones a les universitats.

Response of photosynthetic organisms to global change: an approach based on marker pigments

Report for the scientific sojourn carried out at the Department of Freshwater Ecology, National Environmetal Research Institute, Denmark, from 2006 to 2008. The main objective of the project was to reconstruct photosynthetic organism community composition using pigmentbased methods and to study their response to natural (e.g. climate) or anthropogenic (e.g. eutrophication) perturbations that took place in the system over time. We performed a study in different locations and at different temporal scales. We analysed the pigment composition in a short sediment record (46 cm sediment depth) of a volcanic lake (Lake Furnas) in the Azores Archipelago (Portugal). The lake has been affected during the last century by successive fish introductions. The specific objective was to reconstruct the lake’s trophic state history and to assess the role of land-use, climate and fish introductions in structuring the lake community. Results obtained suggested that whereas trophic cascade and changes in nutrient concentrations have some clear effects on algal and microbial assemblages, interpreting the effects of changes in climate are not straightforward. This is probably related with the rather constant precipitation in the Azores Islands during the studied period. We also analysed the pigment composition in a long sediment record (1800 cm sediment depth) of Lake Aborre (Denmark) covering ca. 8kyr of lake history. The specific objective was to describe changes in lake primary production and lake trophic state over the Holocene and to determine the photosynthetic organisms involved. Results suggested that external forcing (i.e. land use changes) was responsible of erosion and nutrient run off to the lake that contributed to the reported changes in lake primary production along most of the Holocene.

A public key encryption based on third order linear sequences

Based on third order linear sequences, an improvement version of the Diffie-Hellman distribution key scheme and the ElGamal public key cryptosystem scheme are proposed, together with an implementation and computational cost. The security relies on the difficulty of factoring an RSA integer and on the difficulty of computing the discrete logarithm.

Agent based simulation to optimise emergency departments

Nowadays, many of the health care systems are large and complex environments and quite dynamic, specifically Emergency Departments, EDs. It is opened and working 24 hours per day throughout the year with limited resources, whereas it is overcrowded. Thus, is mandatory to simulate EDs to improve qualitatively and quantitatively their performance. This improvement can be achieved modelling and simulating EDs using Agent-Based Model, ABM and optimising many different staff scenarios. This work optimises the staff configuration of an ED. In order to do optimisation, objective functions to minimise or maximise have to be set. One of those objective functions is to find the best or optimum staff configuration that minimise patient waiting time. The staff configuration comprises: doctors, triage nurses, and admissions, the amount and sort of them. Staff configuration is a combinatorial problem, that can take a lot of time to be solved. HPC is used to run the experiments, and encouraging results were obtained. However, even with the basic ED used in this work the search space is very large, thus, when the problem size increases, it is going to need more resources of processing in order to obtain results in an acceptable time.

Haar wavelets-based approach for quantifying credit portfolio losses

This paper proposes a new methodology to compute Value at Risk (VaR) for quantifying losses in credit portfolios. We approximate the cumulative distribution of the loss function by a finite combination of Haar wavelet basis functions and calculate the coefficients of the approximation by inverting its Laplace transform. The Wavelet Approximation (WA) method is specially suitable for non-smooth distributions, often arising in small or concentrated portfolios, when the hypothesis of the Basel II formulas are violated. To test the methodology we consider the Vasicek one-factor portfolio credit loss model as our model framework. WA is an accurate, robust and fast method, allowing to estimate VaR much more quickly than with a Monte Carlo (MC) method at the same level of accuracy and reliability.

Re-opening the black box in societal metabolism: the application of MuSIASEM to water

In this paper we address the complexity of the analysis of water use in relation to the issue of sustainability. In fact, the flows of water in our planet represent a complex reality which can be studied using many different perceptions and narratives referring to different scales and dimensions of analysis. For this reason, a quantitative analysis of water use has to be based on analytical methods that are semantically open: they must be able to define what we mean with the term “water” when crossing different scales of analysis. We propose here a definition of water as a resource that deal with the many services it provides to humans and ecosystems. WE argue that water can fulfil so many of them since the element has many characteristics that allow for the resource to be labelled with different attributes, depending on the end use –such as drinkable. Since the services for humans and the functions for ecosystems associated with water flows are defined on different scales but still interconnected it is necessary to organize our assessment of water use across different hierarchical levels. In order to do so we define how to approach the study of water use in the Societal Metabolism, by proposing the Water Metabolism, tganized in three levels: societal level, ecosystem level and global level. The possible end uses we distinguish for the society are: personal/physiological use, household use, economic use. Organizing the study of “water use” across all these levels increases the usefulness of the quantitative analysis and the possibilities of finding relevant and comparable results. To achieve this result, we adapted a method developed to deal with multi-level, multi-scale analysis - the Multi-Scale Integrated Analysis of Societal and Ecosystem Metabolism (MuSIASEM) approach - to the analysis of water metabolism. In this paper, we discuss the peculiar analytical identity that “water” shows within multi-scale metabolic studies: water represents a flow-element when considering the metabolism of social systems (at a small scale, when describing the water metabolism inside the society) and a fund-element when considering the metabolism o ecosystems (at a larger scale when describing the water metabolism outside the society). The theoretical analysis is illustrated using two case which characterize the metabolic patterns regarding water use of a productive system in Catalonia and a water management policy in Andarax River Basin in Andalusia.

Application of ZnO-Functionalised-Sepiolite in weaning piglet diets

The objective was to evaluate the effect of ZnO-Functionalised-Sepiolite (ZnO-Sepiolite) to fulfil Zn requirements and health status of weaning piglets. Pre-starter Basal Diet (BD, corn– soybean based, from weaning till 14 days on trial) was calculated to provide 27 mg Zn/kg feed from raw materials and had no added ZnO and no antibiotics or organic acids. Treatments during pre-starter period were: 1) BD+90% of NRC Zn requirements completed with ZnO (ZnO90); 2) BD+90% of NRC Zn requirements completed with ZnO-Sepiolite (ZnOS90); 3) BD+3000 mg ZnO/kg of diet (ZnO3000); 4) BD+150 mg added Zn/kg diet from ZnO-Sepiolite (ZnOS150). The starter feed (corn–soybean based, from 14 till 31 days on trial) was common for all piglets, and met 90% NRC Zn requirements by adding ZnO. Diarrhea affected more than 50% of the animals of ZnO90, ZnOS90 and ZnOS150, and 33% of the ZnO3000 animals. Animals from ZnOS90 tended (Pb0.10) to improve Gain to Feed ratio (G:F) compared to animals from ZnO90 (0.830 kg/kg vs. 0.811 kg/kg for G:F). Performance of animals from ZnO3000 was not significantly different from the other treatments, and was numerically similar to animals from ZnOS90. The inclusion of ZnO at 3000 mg/kg of feed in the pre-starter period numerically decreased P in serum at the end of this period, with no effect on Ca level; normal levels were restored after 2 weeks of feeding the same levels of Zn than other animals. Animals fed ZnOSepiolite diets had numerically higher serum Ca than ZnO90 and ZnO3000 at 12 days and higher than ZnO90 at 28 days. Serum Zn levels were significantly higher for ZnO3000 than the other treatments.

Physically based walking simulation

Hem realitzat l’estudi de moviments humans i hem buscat la forma de poder crear aquests moviments en temps real sobre entorns digitals de forma que la feina que han de dur a terme els artistes i animadors sigui reduïda. Hem fet un estudi de les diferents tècniques d’animació de personatges que podem trobar actualment en l’industria de l’entreteniment així com les principals línies de recerca, estudiant detingudament la tècnica més utilitzada, la captura de moviments. La captura de moviments permet enregistrar els moviments d’una persona mitjançant sensors òptics, sensors magnètics i vídeo càmeres. Aquesta informació és emmagatzemada en arxius que després podran ser reproduïts per un personatge en temps real en una aplicació digital. Tot moviment enregistrat ha d’estar associat a un personatge, aquest és el procés de rigging, un dels punts que hem treballat ha estat la creació d’un sistema d’associació de l’esquelet amb la malla del personatge de forma semi-automàtica, reduint la feina de l’animador per a realitzar aquest procés. En les aplicacions en temps real com la realitat virtual, cada cop més s’està simulant l’entorn en el que viuen els personatges mitjançant les lleis de Newton, de forma que tot canvi en el moviment d’un cos ve donat per l’aplicació d’una força sobre aquest. La captura de moviments no escala bé amb aquests entorns degut a que no és capaç de crear noves animacions realistes a partir de l’enregistrada que depenguin de l’interacció amb l’entorn. L’objectiu final del nostre treball ha estat realitzar la creació d’animacions a partir de forces tal i com ho fem en la realitat en temps real. Per a això hem introduït un model muscular i un sistema de balanç sobre el personatge de forma que aquest pugui respondre a les interaccions amb l’entorn simulat mitjançant les lleis de Newton de manera realista.