Counter-propagating dual-trap optical tweezers based on linear momentum conservation

We present a dual-trap optical tweezers setup which directly measures forces using linear momentum conservation. The setup uses a counter-propagating geometry, which allows momentum measurement on each beam separately. The experimental advantages of this setup include low drift due to all-optical manipulation, and a robust calibration (independent of the features of the trapped object or buffer medium) due to the force measurement method. Although this design does not attain the high-resolution of some co-propagating setups, we show that it can be used to perform different single molecule measurements: fluctuation-based molecular stiffness characterization at different forces and hopping experiments on molecular hairpins. Remarkably, in our setup it is possible to manipulate very short tethers (such as molecular hairpins with short handles) down to the limit where beads are almost in contact. The setup is used to illustrate a novel method for measuring the stiffness of optical traps and tethers on the basis of equilibrium force fluctuations, i.e., without the need of measuring the force vs molecular extension curve. This method is of general interest for dual trap optical tweezers setups and can be extended to setups which do not directly measure forces.

Force Spectroscopy with Dual-Trap Optical Tweezers: Molecular Stiffness Measurements and Coupled Fluctuations Analysis

ABSTRACT Dual-trap optical tweezers are often used in high-resolution measurements in single-molecule biophysics. Such measurements can be hindered by the presence of extraneous noise sources, the most prominent of which is the coupling of fluctuations along different spatial directions, which may affect any optical tweezers setup. In this article, we analyze, both from the theoretical and the experimental points of view, the most common source for these couplings in dual-trap optical-tweezers setups: the misalignment of traps and tether. We give criteria to distinguish different kinds of misalignment, to estimate their quantitative relevance and to include them in the data analysis. The experimental data is obtained in a, to our knowledge, novel dual-trap optical-tweezers setup that directly measures forces. In the case in which misalignment is negligible, we provide a method to measure the stiffness of traps and tether based on variance analysis. This method can be seen as a calibration technique valid beyond the linear trap region. Our analysis is then employed to measure the persistence length of dsDNA tethers of three different lengths spanning two orders of magnitude. The effective persistence length of such tethers is shown to decrease with the contour length, in accordance with previous studies.

Elastic properties and secondary structure formation of single-stranded DNA at monovalent and divalent salt conditions

Single-stranded DNA (ssDNA) plays a major role in several biological processes. It is therefore of fundamental interest to understand how the elastic response and the formation of secondary structures are modulated by the interplay between base pairing and electrostatic interactions. Here we measure force-extension curves (FECs) of ssDNA molecules in optical tweezers set up over two orders of magnitude of monovalent and divalent salt conditions, and obtain its elastic parameters by fitting the FECs to semiflexible models of polymers. For both monovalent and divalent salts, we find that the electrostatic contribution to the persistence length is proportional to the Debye screening length, varying as the inverse of the square root of cation concentration. The intrinsic persistence length is equal to 0.7 nm for both types of salts, and the effectivity of divalent cations in screening electrostatic interactions appears to be 100-fold as compared with monovalent salt, in line with what has been recently reported for single-stranded RNA. Finally, we propose an analysis of the FECs using a model that accounts for the effective thickness of the filament at low salt condition and a simple phenomenological description that quantifies the formation of non-specific secondary structure at low forces.

Swarm Intelligent Selection and Optimization of Machining System Parameters for Microchannel Fabrication in Medical Devices

Current technology trends in medical device industry calls for fabrication of massive arrays of microfeatures such as microchannels on to nonsilicon material substrates with high accuracy, superior precision, and high throughput. Microchannels are typical features used in medical devices for medication dosing into the human body, analyzing DNA arrays or cell cultures. In this study, the capabilities of machining systems for micro-end milling have been evaluated by conducting experiments, regression modeling, and response surface methodology. In machining experiments by using micromilling, arrays of microchannels are fabricated on aluminium and titanium plates, and the feature size and accuracy (width and depth) and surface roughness are measured. Multicriteria decision making for material and process parameters selection for desired accuracy is investigated by using particle swarm optimization (PSO) method, which is an evolutionary computation method inspired by genetic algorithms (GA). Appropriate regression models are utilized within the PSO and optimum selection of micromilling parameters; microchannel feature accuracy and surface roughness are performed. An analysis for optimal micromachining parameters in decision variable space is also conducted. This study demonstrates the advantages of evolutionary computing algorithms in micromilling decision making and process optimization investigations and can be expanded to other applications

Performance evaluation of MPEG-4 Video encoder on Adres

Actualment un típic embedded system (ex. telèfon mòbil) requereix alta qualitat per portar a terme tasques com codificar/descodificar a temps real; han de consumir poc energia per funcionar hores o dies utilitzant bateries lleugeres; han de ser el suficientment flexibles per integrar múltiples aplicacions i estàndards en un sol aparell; han de ser dissenyats i verificats en un període de temps curt tot i l’augment de la complexitat. Els dissenyadors lluiten contra aquestes adversitats, que demanen noves innovacions en arquitectures i metodologies de disseny. Coarse-grained reconfigurable architectures (CGRAs) estan emergent com a candidats potencials per superar totes aquestes dificultats. Diferents tipus d’arquitectures han estat presentades en els últims anys. L’alta granularitat redueix molt el retard, l’àrea, el consum i el temps de configuració comparant amb les FPGAs. D’altra banda, en comparació amb els tradicionals processadors coarse-grained programables, els alts recursos computacionals els permet d’assolir un alt nivell de paral•lelisme i eficiència. No obstant, els CGRAs existents no estant sent aplicats principalment per les grans dificultats en la programació per arquitectures complexes. ADRES és una nova CGRA dissenyada per I’Interuniversity Micro-Electronics Center (IMEC). Combina un processador very-long instruction word (VLIW) i un coarse-grained array per tenir dues opcions diferents en un mateix dispositiu físic. Entre els seus avantatges destaquen l’alta qualitat, poca redundància en les comunicacions i la facilitat de programació. Finalment ADRES és un patró enlloc d’una arquitectura concreta. Amb l’ajuda del compilador DRESC (Dynamically Reconfigurable Embedded System Compile), és possible trobar millors arquitectures o arquitectures específiques segons l’aplicació. Aquest treball presenta la implementació d’un codificador MPEG-4 per l’ADRES. Mostra l’evolució del codi per obtenir una bona implementació per una arquitectura donada. També es presenten les característiques principals d’ADRES i el seu compilador (DRESC). Els objectius són de reduir al màxim el nombre de cicles (temps) per implementar el codificador de MPEG-4 i veure les diferents dificultats de treballar en l’entorn ADRES. Els resultats mostren que els cícles es redueixen en un 67% comparant el codi inicial i final en el mode VLIW i un 84% comparant el codi inicial en VLIW i el final en mode CGA.

Disseny, implementació i avaluació d'un joc tangible basat en puzles per a l'aprenentatge d'arquitectura d'ordinadors

Actualment existeix una falta d'interès per part dels estudiants a l'àrea de les enginyeries en Tecnologies de la Informació i la Comunicació (TIC) que es pot veure reflectida en el descens de les matriculacions universitàries en aquest àmbit. Aquest fet està relacionat amb que la nova generació d‟estudiants està constantment en contacte amb tota mena d'aparells tecnològics estimulants i a l‟hora de l‟estudi poden sofrir una falta d‟interès per l‟ús d‟una metodologia d'aprenentatge més tradicional. En aquest sentit s'ha investigat que l‟ús de jocs com a eina educativa pot ser una bona solució per afrontar aquesta falta d'interès. No obstant això, actualment no existeixen gaires jocs destinats a aprendre conceptes relacionats amb les enginyeries TIC i que proporcionin als estudiants els mecanismes d'ajuda necessaris per donar-los suport durant l'aprenentatge d‟aquests nous conceptes. En aquest projecte es desenvoluparà un joc educatiu per a estudiants amb l‟objectiu de proporcionar uns primers coneixements sobre les TIC. Per una banda, per al disseny del joc s‟utilitzarà un model conceptual que defineix els elements necessaris per a dissenyar jocs basats en resoldre puzles. A més, aquest model conceptual permet el disseny no només de jocs per a PCs, sinó també de jocs tangibles i exploratius (mitjançant tecnologia mòbil). En el nostre cas, ens centrarem en la implementació d‟un joc tangible. Per altra banda, pel que fa a la implementació, tindrem en compte l‟estàndard educatiu d‟IMS Learning Design, demostrant d‟aquesta manera que aquest tipus de jocs es poden beneficiar dels avantatges que aporten els estàndards educatius. Per tant, en aquest PFC es dissenyarà i implementarà un joc tangible basat en puzles dintre de l‟àrea d‟arquitectura d‟ordinadors. El joc constarà de tres mini-jocs que es presentaran com jocs de realitat augmentada amb el suport d‟un ordinador i unes peces físiques amb les que interactuaran els usuaris. El sistema proporcionarà un sistema d‟ajuda i un sistema de puntuació. Per últim, avaluarem el joc en un centre escolar amb estudiants de 4t d‟ESO amb la finalitat d'analitzar les valoracions dels estudiants respecte el joc i les pistes proporcionades.

Disseny i implementació d'una base de dades relacional per al manteniment d'aparells d'una empresa

Aquest projecte neix de la necessitat de la nostra empresa client de controlar la gestió del manteniment de tots els equips que té instal·lats en 32 centres i del qual s'encarreguen diverses empreses de serveis especialitzades. Així, per una banda, es tracta de fer l'anàlisi i disseny de la base de dades operacional, els scripts de creació necessaris per a crear la base de dades e implementar els procediments mitjançant els quals es gestionarà i accedirà a la informació de la base de dades. I per una altra banda, es tracta de fer l'anàlisi, disseny e implementació d'un magatzem de dades, per tal de poder explotar la informació per a la presa de decisions.

Disseny i implementació d'una base de dades relacional per al manteniment d'aparells d'una empresa

Realización del diseño e implementación de una base de datos relacional que cubra las necesidades del mantenimiento de los equipos instalados en los diferentes centros de una empresa. El acceso a las tablas y datos se ha realizado mediante la creación de procedimientos almacenados.

Interacció humana amb els ordinadors : Disseny centrat en l'usuari i usabilitat en entorns tà ctils

Quan parlem de disseny centrat en l'usuari ens referim al fet de dissenyar pensant en el que vol l'usuari. És per això que se'l consulta, per a saber què vol, què necessita, què i com li agrada més, què no li agrada, què li costa més d'entendre. Es fa, en definitiva, una avaluació del producte la finalitat del qual és ser útil i pràctic per al major nombre possible de persones. En aquest treball parlem de dissenyar pensant en l'usuari en entorns tàctils. Els entorns tàctils només són una de les moltes possibilitats que ens ofereix la interacció humana amb els ordinadors.

Interacció humana amb els ordinadors : Disseny centrat en l'usuari i usabilitat en entorns tà ctils

En aquest treball de final de carrera explico els conceptes principals dels dispositius tàctils, les seves tecnologies i el disseny centrat en l'usuari (DCU), per tal de poder comprendre com funcionen aquests dispositius i la seva metodologia d'ús.

Matemà tica i música amb ADN

Treball de recerca realitzat per un alumne d’ensenyament secundari i guardonat amb un Premi CIRIT per fomentar l'esperit científic del Jovent l’any 2005. Estudi sobre l’ADN que té com a finalitat conèixer introductòriament l’utilització del càlcul matemàtic computacional en les investigacions sobre aquest. Els objectius de l’estudi són per una part, conèixer què és l'ADN i quins són els seus mecanismes de duplicació i de transmissió de la informació genètica, així com el paper d'altres molècules que intervenen en aquest procés ; també s’estudia quins han estat els processos de la cèl·lula que l'ésser humà ha estat capaç de copiar o imitar. A partir d’aquesta introducció, es vol conèixer què s'entén concretament per computació amb ADN i alguns dels problemes matemàtics que s'han resolt, així com algunes aplicacions de l'ADN en altres camps. La recerca ha permès arribar a diverses conclusions. Primerament que l'ADN és un excel·lent candidat per poder fer càlculs matemàtics. En segon lloc, tot i que en el present treball no se solucionen problemes computacionalment difícils es mostra la capacitat de les molècules d'ADN per resoldre problemes. En tercer lloc, l'interès mostrat per importants empreses dedicades a la informàtica fa més esperançador que en un futur hi pugui haver ordinadors que funcionin amb molècules d'ADN. Finalment, es demostra que les matemàtiques, la informàtica i la biologia són tres camps que estan interrelacionats. Per tal de trencar una mica amb la serietat del treball, s'acaba descrivint una manera de posar música a les cadenes d'ADN, i es mostren alguns resultats com són les músiques associades als 24 cromosomes humans, així com les corresponents a 29 proteïnes.

Simulació d'un sistema dinà mic: el creixement del pi blanc i la seva resposta davant dels incendis

Treball de recerca realitzat per un alumne d’ensenyament secundari i guardonat amb un Premi CIRIT per fomentar l'esperit científic del Jovent l’any 2006. La capacitat d’entendre i predir sistemes naturals ha rebut un suport important gràcies als ordinadors i, amb ells, la capacitat de simular processos. En aquest cas es concreta en la creació d’un model de simulació pel creixement del pi blanc i la seva regeneració després d’un incendi. En una primera part es fa una aproximació des de l’àmbit de la biologia a aspectes com la successió forestal, els incendis forestals i la descripció del pi blanc i la seva regeneració després d’un incendi. L’última part té una vessant més tecnològica, explicant la simulació, i en concret, l’autòmat cel•lular. Aquest és el tipus que s’ha emprat per a la realització d’un programa de simulació que no s’inclou aquí.

SGCE: Sistema de Gestió i Control d'Equips

Aquest projecte es presenta com una solució al problema aparegut per la implantació de l'estació clínica de treball, e-CAP, en els centres d'atenció primària del servei d'atenció primària de la població de l’Hospitalet del Llobregat. La solució desenvolupada és una aplicació Web que proporciona la funcionalitat requerida per a dur a terme el control de l'equip informàtic, així com la gestió de les incidències. Aquesta aplicació Web està enfocada al personal d'atenció a l'usuari dels centres anomenats anteriorment amb la supervisió del departament de Sistemes d'Informació de cada servei d'atenció primària.

Enrutament i control de flux en xarxes híbrides satèl·lit-terrestre

Les xarxes híbrides satèl·lit-terrestre ofereixen connectivitat a zones remotes i aïllades i permeten resoldre nombrosos problemes de comunicacions. No obstant, presenten diversos reptes, ja que realitzen la comunicació per un canal mòbil terrestre i un canal satèl·lit contigu. Un d'aquests reptes és trobar mecanismes per realitzar eficientment l'enrutament i el control de flux, de manera conjunta. L'objectiu d'aquest projecte és simular i estudiar algorismes existents que resolguin aquests problemes, així com proposar-ne de nous, mitjançant diverses tècniques d'optimització convexa. A partir de les simulacions realitzades en aquest estudi, s'han analitzat àmpliament els diversos problemes d'enrutament i control de flux, i s'han avaluat els resultats obtinguts i les prestacions dels algorismes emprats. En concret, s'han implementat de manera satisfactòria algorismes basats en el mètode de descomposició dual, el mètode de subgradient, el mètode de Newton i el mètode de la barrera logarítmica, entre d'altres, per tal de resoldre els problemes d'enrutament i control de flux plantejats.

OpenURL i l'enllaçat SFX

No fa gaires anys de les primeres recerques acadèmiques liderades per Herbert Van de Sompel a la Universitat de Gant a Bèlgica, les quals van donar com a resultat la formulació de l'estàndard OpenURL i el desenvolupament del servidor d'enllaços per a les biblioteques SFX, posant el control dels enllaços en mans del bibliotecari. Aquest article considera breument les primeres iniciatives sobre els enllaços, explica el propòsit i l'estructura d'OpenURL i el paper dels components: les fonts, els objectius i el servidor d'enllaços, centrant-se en el servidor d'enllaços SFX.