Asymmetric stochastic switching driven by intrinsic molecular noise

Low-copy-number molecules are involved in many functions in cells. The intrinsic fluctuations of these numbers can enable stochastic switching between multiple steady states, inducing phenotypic variability. Herein we present a theoretical and computational study based on Master Equations and Fokker-Planck and Langevin descriptions of stochastic switching for a genetic circuit of autoactivation. We show that in this circuit the intrinsic fluctuations arising from low-copy numbers, which are inherently state-dependent, drive asymmetric switching. These theoretical results are consistent with experimental data that have been reported for the bistable system of the gallactose signaling network in yeast. Our study unravels that intrinsic fluctuations, while not required to describe bistability, are fundamental to understand stochastic switching and the dynamical relative stability of multiple states.

Monotonic continuous-time random walks with drift and stochastic reset events

In this paper we consider a stochastic process that may experience random reset events which suddenly bring the system to the starting value and analyze the relevant statistical magnitudes. We focus our attention on monotonic continuous-time random walks with a constant drift: The process increases between the reset events, either by the effect of the random jumps, or by the action of the deterministic drift. As a result of all these combined factors interesting properties emerge, like the existence (for any drift strength) of a stationary transition probability density function, or the faculty of the model to reproduce power-law-like behavior. General formulas for two extreme statistics, the survival probability, and the mean exit time, are also derived. To corroborate in an independent way the results of the paper, Monte Carlo methods were used. These numerical estimations are in full agreement with the analytical predictions.

Effect of the surface charge discretization on electric double layers. A Monte Carlo simulation study

The structure of the electric double layer in contact with discrete and continuously charged planar surfaces is studied within the framework of the primitive model through Monte Carlo simulations. Three different discretization models are considered together with the case of uniform distribution. The effect of discreteness is analyzed in terms of charge density profiles. For point surface groups,a complete equivalence with the situation of uniformly distributed charge is found if profiles are exclusively analyzed as a function of the distance to the charged surface. However, some differences are observed moving parallel to the surface. Significant discrepancies with approaches that do not account for discreteness are reported if charge sites of finite size placed on the surface are considered.

A measure of stability as a criterion for the verification and analysis of simulation models

The aim of this study is to define a new statistic, PVL, based on the relative distance between the likelihood associated with the simulation replications and the likelihood of the conceptual model. Our results coming from several simulation experiments of a clinical trial show that the PVL statistic range can be a good measure of stability to establish when a computational model verifies the underlying conceptual model. PVL improves also the analysis of simulation replications because only one statistic is associated with all the simulation replications. As well it presents several verification scenarios, obtained by altering the simulation model, that show the usefulness of PVL. Further simulation experiments suggest that a 0 to 20 % range may define adequate limits for the verification problem, if considered from the viewpoint of an equivalence test.

Local map update for large scale SLAM

A technique for simultaneous localisation and mapping (SLAM) for large scale scenarios is presented. This solution is based on the use of independent submaps of a limited size to map large areas. In addition, a global stochastic map, containing the links between adjacent submaps, is built. The information in both levels is corrected every time a loop is closed: local maps are updated with the information from overlapping maps, and the global stochastic map is optimised by means of constrained minimisation

Una arqueometria del canvi tecnològic: producció i consum d'àmfores durant el canvi d'era en la zona nord de la costa catalana

L’objectiu de la recerca és definir un marc teòric i metodològic per a l’estudi del canvi tecnològic en Arqueologia. Aquest model posa èmfasi en caracteritzar els compromisos que configuren una tecnologia i avaluar-los en funció dels factors de situació —tècnics, econòmics, polítics, socials i ideològics. S’ha aplicat aquest model a un cas d’estudi concret: la producció d’àmfores romanes durant el canvi d’Era en la província Tarraconensis. L’estudi tecnològic dels envasos s’ha realitzat mitjançant diverses tècniques analítiques: Fluorescència de raigs X (FRX), Difracció de raigs X (DRX), Microscòpia òptica (MO) i Microscòpia electrònica de rastreig (MER). Les dades obtingudes permeten, a més, establir els grups de referència per a cada centre productor d’àmfores i, així, identificar la provinença dels individus recuperats en els centres consumidors. Donat que les àmfores en estudi són artefactes dissenyats específicament per a ser estibats en una nau i servir com a envàs de transport, l’estudi inclou la caracterització de les propietats mecàniques de resistència a la fractura i de tenacitat. En aquest sentit, i per primera vegada, s’ha aplicat l’Anàlisi d’Elements Finits (AEF) per a conèixer el comportament dels diferents dissenys d’àmfora en ésser sotmesos a diverses forces d’ús. L’AEF permet simular per ordinador les activitats en què les àmfores haurien participat durant el seu ús i avaluar-ne el seu comportament tècnic. Els resultats mostren una gran adequació entre les formulacions teòriques i el programa analític implementat per a aquest estudi. Respecte el cas d’estudi, els resultats mostren una gran variabilitat en les eleccions tecnològiques preses pels ceramistes de diferents tallers, però també al llarg del període de funcionament d’un mateix taller. L’aplicació del model ha permès proposar una explicació al canvi de disseny de les àmfores romanes.

Caracteritació de models funcionals d'àmfores romanes mitjançant Finite Element Analysis

Projecte de recerca elaborat a partir d’una estada al Laboratory of Archaeometry del National Centre of Scientific Research “Demokritos” d’Atenes, Grècia, entre juny i setembre 2006. Aquest estudi s’emmarca dins d’un context més ampli d’estudi del canvi tecnològic que es documenta en la producció d’àmfores de tipologia romana durant els segles I aC i I dC en els territoris costaners de Catalunya. Una part d’aquest estudi contempla el càlcul de les propietats mecàniques d’aquestes àmfores i la seva avaluació en funció de la tipologia amforal, a partir de l’Anàlisi d’Elements Finits (AEF). L’AEF és una aproximació numèrica que té el seu origen en les ciències d’enginyeria i que ha estat emprada per estimar el comportament mecànic d’un model en termes, per exemple, de deformació i estrès. Així, un objecte, o millor dit el seu model, es dividit en sub-dominis anomenats elements finits, als quals se’ls atribueixen les propietats mecàniques del material en estudi. Aquests elements finits estan connectats formant una xarxa amb constriccions que pot ser definida. En el cas d’aplicar una força determinada a un model, el comportament de l’objecte pot ser estimat mitjançant el conjunt d’equacions lineals que defineixen el rendiment dels elements finits, proporcionant una bona aproximació per a la descripció de la deformació estructural. Així, aquesta simulació per ordinador suposa una important eina per entendre la funcionalitat de ceràmiques arqueològiques. Aquest procediment representa un model quantitatiu per predir el trencament de l’objecte ceràmic quan aquest és sotmès a diferents condicions de pressió. Aquest model ha estat aplicat a diferents tipologies amforals. Els resultats preliminars mostren diferències significatives entre la tipologia pre-romana i les tipologies romanes, així com entre els mateixos dissenys amforals romans, d’importants implicacions arqueològiques.

Diseño de instalaciones logísticas a través de la simulación

En una época como la actual en la que la continua apertura del mercado obliga a ser competitivos frente a nuevas empresas que se adaptan a los gustos y necesidades de los clientes, la empresa de bolígrafos realiza la gestión de su almacén de la misma forma que en sus inicios, hace ya 45 años. Por este motivo, se hace necesaria una adaptación de los sistemas actuales para responder a las características del mercado. Para alcanzar este objetivo se empleará la técnica de simulación por ordenador para evaluar las estrategias de mejora sin perturbar el funcionamiento del sistema existente, además de evaluar hipótesis sobre cómo y por qué aparecen ciertos fenómenos en el sistema.

Public Monitoring with Uncertainty in the Time Repetitions

This paper study repeated games where the time repetitions of the stage game are not known or controlled by the players. We call this feature random monitoring. Kawamori's (2004) shows that perfect random monitoring is always better than the canonical case. Surprisingly, when the monitoring is public, the result is less clear-cut and does not generalize in a straightforward way. Unless the public signals are sufficiently informative about player's actions and/or players are patient enough. In addition to a discount effect, that tends to consistently favor the provision of incentives, we found an information effect, associated with the time uncertainty on the distribution of public signals. Whether payoff improvements are or not possible, depends crucially on the direction and strength of these effects. JEL: C73, D82, D86. KEYWORDS: Repeated Games, Frequent Monitoring, Random Public Monitoring, Moral Hazard, Stochastic Processes.

Neptune: a hil simulator for multiple UUVs

This paper overviews the field of graphical simulators used for AUV development, presents the taxonomy of these applications and proposes a classification. It also presents Neptune, a multivehicle, real-time, graphical simulator based on OpenGL that allows hardware in the loop simulations

Graphical simulators for AUV development

A long development time is needed from the design to the implementation of an AUV. During the first steps, simulation plays an important role, since it allows for the development of preliminary versions of the control system to be integrated. Once the robot is ready, the control systems are implemented, tuned and tested. The use of a real-time simulator can help closing the gap between off-line simulation and real testing using the already implemented robot. When properly interfaced with the robot hardware, a real-time graphical simulation with a "hardware in the loop" configuration, can allow for the testing of the implemented control system running in the actual robot hardware. Hence, the development time is drastically reduced. These paper overviews the field of graphical simulators used for AUV development proposing a classification. It also presents NEPTUNE, a multi-vehicle, real-time, graphical simulator based on OpenGL that allows hardware in the loop simulations

Medical image registration based on random line sampling

One of the key aspects in 3D-image registration is the computation of the joint intensity histogram. We propose a new approach to compute this histogram using uniformly distributed random lines to sample stochastically the overlapping volume between two 3D-images. The intensity values are captured from the lines at evenly spaced positions, taking an initial random offset different for each line. This method provides us with an accurate, robust and fast mutual information-based registration. The interpolation effects are drastically reduced, due to the stochastic nature of the line generation, and the alignment process is also accelerated. The results obtained show a better performance of the introduced method than the classic computation of the joint histogram

Desenvolupament d’una metodologia de simulació mitjançant programari CFD per a la optimització d’agitadors

La dinàmica de fluids computacional (CFD) és una eina que serveix per analitzar mitjançantcomputadors diferents problemes que involucren fluxos de fluids. Els programes de CFD usen expressions matemàtiques no lineals que defineixen les equacions fonamentals de fluxos i transport de calor en fluids. Aquestes es resolen amb complexos algoritmes iteratius. Actualment aquesta eina és una part fonamental en els procés de disseny en moltes empreses relacionades amb la dinàmica de fluids. Les simulacions que es realitzen ambaquests programes s’ha demostrat que són fiables i que estalvien temps i diners, ja que eviten haver de realitzar els costosos processos d’assaig-error. En el projecte s’utilitza el programa de CFD Ansys CFX 11.0 per simular una agitació bifàsica composta per aigua i aire a temperatura ambient. Els objectius són determinar els paràmetres òptims de simulació que permetin recrear aquesta agitació, per posteriorment dissenyar un nou impulsor

Estudi de l’expansió de carrers en ciutats al llarg del temps

El Projecte s’ha desenvolupat dintre del Grup de Geometria i Gràfics de la Udg on es treballa amb projectes de desenvolupament urbanístic 3D. L’objectiu del projecte consisteix en construir una aplicació per simular l’evolució de ciutats expandint els carrers al llarg del temps. L’aplicació es desenvoluparà dintre del projecte urbanEngine incorporant la possibilitat d’expandir ciutats com una extensió d’aquest. A més es vol dissenyat una interfície gràfica d’usuari que faciliti les tasques de configuració i supervisió del sistema

Simulació mitjançant tècniques CFD d'una culata per al motor del vehicle de baix consum "Àliga-EPS-UdG"

El projecte pretén estudiar i quantificar les restriccions creades al fluid en circular pelsconductes d’admissió i escapament de la culata del motor del vehicle Àliga. L’estudi consta de quatre etapes: estudi de les restriccions actuals dels sistemes d’admissió i escapament; anàlisi dels resultats de la culata de sèrie i proposta de millores aplicables al model real; càlcul de les restriccions creades pels models millorats, i finalment, estudi comparatiu dels resultats obtinguts, interpretant els resultats dels principals paràmetres a analitzar