Design of New Materials for Passive Vibration Control

The aim of this contribution is to extend the techniques of composite materials design to non-linear material behaviour and apply it for design of new materials for passive vibration control. As a first step a computational tool allowing determination of macroscopic optimized one-dimensional isolator behaviour was developed. Voigt, Maxwell, standard and more complex material models can be implemented. Objective function considers minimization of the initial reaction and/or displacement peak as well as minimization of the steady-state amplitude of reaction and/or displacement. The complex stiffness approach is used to formulate the governing equations in an efficient way. Material stiffness parameters are assumed as non-linear functions of the displacement. The numerical solution is performed in the complex space. The steady-state solution in the complex space is obtained by an iterative process based on the shooting method which imposes the conditions of periodicity with respect to the known value of the period. Extension of the shooting method to the complex space is presented and verified. Non-linear behaviour of material parameters is then optimized by generic probabilistic meta-algorithm, simulated annealing. Dependence of the global optimum on several combinations of leading parameters of the simulated annealing procedure, like neighbourhood definition and annealing schedule, is also studied and analyzed. Procedure is programmed in MATLAB environment.

Cross-Layer Admission Control to Enhance the Support of Real-Time Applications in WSN

Real-time monitoring applications may be used in a wireless sensor network (WSN) and may generate packet flows with strict quality of service requirements in terms of delay, jitter, or packet loss. When strict delays are imposed from source to destination, the packets must be delivered at the destination within an end-to-end delay (EED) hard limit in order to be considered useful. Since the WSN nodes are scarce both in processing and energy resources, it is desirable that they only transport useful data, as this contributes to enhance the overall network performance and to improve energy efficiency. In this paper, we propose a novel cross-layer admission control (CLAC) mechanism to enhance the network performance and increase energy efficiency of a WSN, by avoiding the transmission of potentially useless packets. The CLAC mechanism uses an estimation technique to preview packets EED, and decides to forward a packet only if it is expected to meet the EED deadline defined by the application, dropping it otherwise. The results obtained show that CLAC enhances the network performance by increasing the useful packet delivery ratio in high network loads and improves the energy efficiency in every network load.

Extracorporeal membrane oxygenation support after heart explantation: a proposal on how to deal with hyperacute rejection of heart transplant

Purpose: In extreme situations, such as hyperacute rejection of heart transplant or major bleeding per-operating complications, an urgent heart explantation might be the only means of survival. The aim of this experimental study was to improve the surgical technique and the hemodynamics of an Extracorporeal Membrane Oxygenation (ECMO) support through a peripheral vascular access in an acardia model. Methods: An ECMO support was established in 7 bovine experiments (59±6.1 kg) by the transjugular insertion to the caval axis of a self-expanded cannula, with return through a carotid artery. After baseline measurements of pump flow and arterial and central venous pressure, ventricular fibrillation was induced (B), the great arteries were clamped, the heart was excised and right and left atria remnants, containing the pulmonary veins, were sutured together leaving an atrial septal defect (ASD) over the cannula in the caval axis. Measurements were taken with the pulmonary artery (PA) clamped (C) and anastomosed with the caval axis (D). Regular arterial and central venous blood gases tests were performed. The ANOVA test for repeated measures was used to test the null hypothesis and a Bonferroni t method for assessing the significance in the between groups pairwise comparison of mean pump flow. Results: Initial pump flow (A) was 4.3±0.6 L/min dropping to 2.8±0.7 L/min (P B-A= 0.003) 10 minutes after induction of ventricular fibrillation (B). After cardiectomy, with the pulmonary artery clamped (C) it augmented not significantly to 3.5±0.8 L/min (P C-B= 0.33, P C-A= 0.029). Finally, PA anastomosis to the caval axis was followed by an almost to baseline pump flow augmentation (4.1±0.7 L/min, P D-B= 0.009, P D-C= 0.006, P D-A= 0.597), permitting a full ECMO support in acardia by a peripheral vascular access. Conclusions: ECMO support in acardia is feasible, providing new opportunities in situations where heart must urgently be explanted, as in hyperacute rejection of heart transplant. Adequate drainage of pulmonary circulation is pivotal in order to avoid pulmonary congestion and loss of volume from the normal right to left shunt of bronchial vessels. Furthermore, the PA anastomosis to the caval axis not only improves pump flow but it also permits an ECMO support by a peripheral vascular access and the closure of the chest.

Circulation symbolique des désordres fonctionnels gastro-intestinaux : étude réalisée dans les familles québécoises francophones

La présente étude en anthropologie médicale propose d’examiner la dimension socioculturelle des désordres fonctionnels gastro-intestinaux (DFGI) en considérant l’expérience de six familles québécoises francophones où un pré-adolescent souffre de symptômes associés à un DFGI. Le regard anthropologique qui nous a permis d’appréhender ces expériences de douleur s’appuie principalement sur les travaux issus de la psychiatrie transculturelle, de même que sur les influences de l’anthropologie du corps et de la phénoménologie. À travers ce regard, la somatisation est considérée comme une forme de communication de la douleur, modulée de manière importante par le contexte socioculturel et représentative d’une certaine souffrance sociale. Ce langage ponctué d’idiomes de détresse et de métaphores permet aux individus d’exprimer leur souffrance et de mobiliser un soutien social efficace pour la prendre en charge. Dès lors, le corps doit être perçu comme un corps vécu; comme un lieu de marquage du social, mais également comme un instrument de positionnement social et une frontière où des mouvements d’appartenance et de divergence sont exprimés. Par l’exploration, dans chacune de ces familles, des différentes manières de décrire les symptômes, de les interpréter et d’y réagir, nous avons procédé à la reconstruction d’histoires particulières pour voir comment ces symptômes venaient s’inscrire dans la biographie individuelle et familiale. À travers l’analyse de la construction du sens de la douleur et des pratiques adoptées pour la contrôler, la douleur abdominale nous est apparue comme intimement liée à l’expérience sociale et la médicalisation comme une base pour une meilleure appréhension de cette douleur. Par ses maux de ventre, l’enfant exprime ses limites corporelles et sociales. À l’intérieur de la famille, l’expression de cette limite peut être parfois dérangeante, confrontante, et même entraîner des rapports conflictuels. C’est ainsi qu’est « négociée » une approche appropriée à la douleur qui redéfinit les rôles de chacun par rapport à cette dernière. Le ventre devient le médiateur qui permet le compromis nécessaire au « vivre ensemble » ou au « vivre dans le monde ». À l’issue de ii cette négociation qui implique la participation du médecin traitant, les rapports sont parfois reconstruits et la relation au monde et aux autres peut devenir différente.

Conditionnement de l’endothélium de l’artère pulmonaire par thérapie d’inhalation avant la circulation extracorporelle

La circulation extracorporelle (CEC) déclenche une réaction inflammatoire systémique, un dommage d’ischémie-reperfusion (I-R) et une dysfonction de l’endothélium dans la circulation pulmonaire. L’hypertension pulmonaire (HTP) est la conséquence de cette cascade de réactions. Cette HTP augmente le travail du ventricule droit et peut causer sa dysfonction, un sevrage difficile de la CEC et une augmentation des besoins de vasopresseurs après la chirurgie cardiaque. L’administration de milrinone et d’époprosténol inhalés a démontré une réduction de la dysfonction endothéliale dans l’artère pulmonaire. Le but de ce travail est d’évaluer différents types de nébulisateur pour l’administration de la milrinone et d’évaluer l’effet du traitement préventif de la combinaison de milrinone et époprosténol inhalés sur les résultats postopératoires en chirurgie cardiaque. Deux études ont été conduites. Dans la première, trois groupes de porcelets ont été comparés : (1) groupe milrinone avec nébulisateur ultrasonique ; CEC et reperfusion précédées par 2,5 mg de milrinone inhalée, (2) goupe milrinone avec nébulisateur à simple jet ; CEC et reperfusion précédées par 2,5 mg de milrinone inhalée et (3) groupe contrôle ; CEC et reperfusion sans traitement. Durant la procédure, les paramètres hémodynamiques, biochimiques et hématologiques ont été mesurés. Après sacrifice, la relaxation endothélium dépendante de l’artère pulmonaire à l’acétylcholine et à la bradykinine a été étudiée en chambres d’organe. Nous avons noté une amélioration de la relaxation de l’endothélium à la bradykinine et à l’acétylcholine dans le groupe avec inhalation de milrinone avec le nébulisateur ultrasonique. Dans la deuxième étude, une analyse rétrospective de 60 patients à haut risque chirurgical atteints d’HTP et opérés à l’Institut de Cardiologie de Montréal à été effectuée. Deux groupes ont été comparés : (1) 40 patients ayant reçu la combinaison de milrinone et d’époprosténol inhalés avant la CEC (groupe traitement) et (2) 20 patients avec des caractéristiques préopératoires n’ayant reçu aucun traitement inhalé avant la CEC (groupe contrôle). Nous avons observé que les besoins en support pharmacologique vasoactif était réduit à 12 heures et à 24 heures postopératoires dans le groupe traitement. L’utilisation de la nébulisation ultrasonique a un impact favorable sur l’endothélium de l’artère pulmonaire après la CEC lorsque comparée à la nébulisation standard à simple jet. Le traitement préventif des patients atteints d’HTP avec la combinaison de milrinone et d’époprosténol inhalés avant la CEC est associé avec une diminution importante des besoins de support vasoactif aux soins intensifs dans les 24 premières heures après la chirurgie.

Les prostanoïdes contrôlent la circulation placentaire : implication dans la prééclampsie

Au cours de la grossesse, une perfusion placentaire adéquate est indispensable au bon développement du fœtus. Dans certaines maladies comme la prééclampsie, celle-ci est altérée, compromettant ainsi la vie du fœtus, mais aussi celle de sa mère. Le retrait du placenta mène à la disparition des symptômes de la prééclampsie, suggérant un rôle central de ce dernier dans la maladie. Le placenta étant dépourvu d’innervation autonome, le tonus vasculaire placentaire doit être sous le contrôle de facteurs humoraux et tissulaires. Les vaisseaux placentaires sont très réactifs aux prostanoïdes. Le rapport thromboxane A2 (TXA2)/prostacycline (PGI2) est fortement augmenté dans les placentas de grossesses avec prééclampsie. De plus, le taux d’isoprostane, marqueur du stress oxydatif, est accru dans les placentas de femmes avec prééclampsie. Finalement, la prééclampsie s’accompagne d’un stress oxydatif placentaire marqué. Les espèces réactives de l’oxygène sont connues d’une part, pour oxyder l’acide arachidonique (AA), formant ainsi des isoprostanes et d’autre part, pour augmenter la production de TXA2 dans différents tissus, suite à l’activation des cyclooxygénases (COXs). Nous proposons que : 1. les prostanoïdes sont parmi les molécules endogènes qui contrôlent le tonus vasculaire placentaire. 2. la maladie modifie la réponse aux isoprostanes dans les vaisseaux placentaires. 3. l’induction d’un stress oxydatif placentaire entraîne une réponse vasoactive par activation de la voie du métabolisme de l’AA. Nous avons tout d’abord montré, dans des placentas obtenus de grossesses normotensives, que l’U-46619, un mimétique de la TXA2, de même que l’isoprostane, 8-iso-prostaglandine E2 (8-isoPGE2), ont augmenté fortement la pression de perfusion dans les cotylédons perfusés in vitro et la tension dans les anneaux d’artères chorioniques suspendus dans des bains à organe isolé. En revanche, dans les artères chorioniques de placentas obtenus de grossesses avec prééclampsie, ces réponses étaient modifiées puisque la réponse maximale à l’U-46619 était augmentée et celle à la 8-isoPGE2 diminuée. D’autre part, nous avons montré que les réponses maximales aux deux prostanoïdes étaient augmentées dans les vaisseaux placentaires de grossesse normale ou avec prééclampsie issus d’une délivrance prématurée par rapport à ceux d’une délivrance à terme. Ceci suggère une évolution de la réactivité des artères placentaires au cours du 3e trimestre de grossesse. En outre, les vaisseaux placentaires ont répondu aux prostanoïdes de façon semblable qu’ils aient été issus d’un accouchement vaginal ou d’une césarienne élective. Ceci indique que les prostanoïdes placentaires n’interviennent pas dans le processus de délivrance. D’un autre côté, l’utilisation de bloqueurs spécifiques des récepteurs TP à la TXA2, le SQ29,548 et l’ICI192,605, et des récepteurs EP à la prostaglandine E2, l’AH6809, nous ont permis de mettre en évidence le fait que l’U-46619 et la 8-isoPGE2 pouvaient agir de façon non-sélective sur l’un ou l’autre des récepteurs. Ces résultats supportent donc nos 2 premières hypothèses : les prostanoïdes font partie des molécules endogènes qui peuvent contrôler le tonus vasculaire placentaire et la prééclampsie modifie la réponse aux isoprostanes dans les artères chorioniques d’une manière compatible avec l’augmentation de la production de ces substances qui elle, est probablement le résultat du stress oxydatif. En revanche, en ce qui concerne les substances capables de jouer la contrepartie vasodilatatrice, l’utilisation d’un inhibiteur des synthases de monoxyde d’azote, le L-NAME, et celle d’inhibiteurs des COXs, l’ibuprofène, l’indométacine et le N-2PIA, ne nous a pas permis de mettre en évidence un quelconque rôle du monoxyde d’azote ou des prostanoïdes vasodilatatrices à ce niveau. Finalement, nous avons montré que l’induction d’un stress oxydatif dans les cotylédons perfusés in vitro et les artères chorioniques entraînait une vasoconstriction marquée. Celle-ci semble résulter de l’action des prostanoïdes puisqu’un blocage des récepteurs TP ou des COXs diminuait significativement la réponse maximale au peroxyde d’hydrogène. Les prostanoïdes impliquées dans la réponse au stress oxydatif proviendraient essentiellement d’une activation des COXs puisque l’étude ne nous permet pas de conclure à une quelconque implication des isoprostanes dans cette réponse. Ces observations confirment donc notre hypothèse que, dans le placenta, le stress oxydatif possède des propriétés vasoactives par activation du métabolisme de l’AA. En résumé, les résultats obtenus dans les placentas de grossesses normotensives et avec prééclampsie suggèrent que les prostanoïdes sont des molécules d’importance dans la régulation du tonus vasculaire placentaire. Le fait que la prééclampsie modifie la réponse aux prostanoïdes pourrait expliquer pourquoi la perfusion placentaire est altérée chez ces patientes. En outre, il apparaît évident qu’il existe un lien étroit entre le stress oxydatif et la voie de synthèse des prostanoïdes placentaires. Cependant d’autres études sont nécessaires pour mieux comprendre la nature de ce lien, qui pourrait, d’une certaine façon, jouer un rôle important dans le développement de la prééclampsie.

Passive Dynamics in the Control of Gymnastic Maneuvers

The control of aerial gymnastic maneuvers is challenging because these maneuvers frequently involve complex rotational motion and because the performer has limited control of the maneuver during flight. A performer can influence a maneuver using a sequence of limb movements during flight. However, the same sequence may not produce reliable performances in the presence of off-nominal conditions. How do people compensate for variations in performance to reliably produce aerial maneuvers? In this report I explore the role that passive dynamic stability may play in making the performance of aerial maneuvers simple and reliable. I present a control strategy comprised of active and passive components for performing robot front somersaults in the laboratory. I show that passive dynamics can neutrally stabilize the layout somersault which involves an "inherently unstable" rotation about the intermediate principal axis. And I show that a strategy that uses open loop joint torques plus passive dynamics leads to more reliable 1 1/2 twisting front somersaults in simulation than a strategy that uses prescribed limb motion. Results are presented from laboratory experiments on gymnastic robots, from dynamic simulation of humans and robots, and from linear stability analyses of these systems.

Comparación de la severidad y extensión de la enfermedad coronaria multivaso por Syntax Score en una poblaciòn de las Antillas Holandesas vs controles nacionales

En la Enfermedad Coronaria (EC) existen factores genéticos, socioculturales, medioambientales y raciales adicionales a los factores de riesgo cardiovascular mayores que podrían influir en su presentación. Se desconoce el impacto de la raza en la severidad de la enfermedad coronaria en los pacientes extranjeros que son enviados a nuestro Servicio. Objetivos: Comparar la severidad de la EC multivaso en una población de pacientes de las Antillas y Nacionales, pareados por la escala Framingham. Metodología: Realizamos un estudio de corte transversal, comparando pacientes colombianos contra pacientes provenientes de las Antillas holandesas con similares factores de riesgo según escala de Framingham, catalogándolos por grupos de riesgo bajo, intermedio, alto y muy alto. Todos con EC severa multivaso documentada por angiografía coronaria desde enero del 2009 hasta Junio de 2011. Se excluyeron pacientes con antecedentes de intervención percutánea o quirúrgica previa. Resultados: Ingresaron 115 pacientes internacionales y 115 pacientes nacionales. La relación hombres/mujeres 3:1. La proporción de grupos de riesgo fue de bajo riesgo 2.5%, intermedio 15%, alto 19.3%, y muy alto 63.4%. El Syntax Score en pacientes nacionales fue 14.3+/-7.4 y en internacionales 22.2+/-10.5 p: 0.002. Conclusiones: En pacientes provenientes de las Antillas Holandesas, valorados en nuestra institución, se observó una mayor severidad de la enfermedad coronaria comparada con una población nacional con factores de riesgo similares. Estos hallazgos sugieren la influencia de la raza y factores genéticos en la severidad y extensión de la EC

Development of a decision support system for the integrated control of membrane bioreactors

The work presented in this PhD thesis includes various partial studies aimed at developing a decision support system for membrane bioreactor integrated control. The decision support systems (DSS) have as a main goal to facilitate the operation of complex processes due to the multiple variables that are processed. For this reason, the research used has focused on aspects related to nutrient removal, and on the development of indicators or sensors capable of facilitating, automating and controlling the filtration process in an integrated way with the biological processes that taking place. Work has also been done on the design, development, implementation and validation of tools based on the knowledge made available by the automatic control and the supervision of the MBRs

Improvement of strategies for the management of fire blight (Erwinia amylovora). Evaluation and optimization of physical and chemical control methods, and use of decision support systems

El foc bacterià és una malaltia que afecta a plantes de la família de la rosàcies, causada pel bacteri Erwinia amylovora. El seu rang d'hostes inclou arbres fruiters, com la perera, la pomera o el codonyer, i plantes ornamentals de gran interès comercial i econòmic. Actualment, la malaltia s'ha dispersat i es troba àmpliament distribuïda en totes les zones de clima temperat del món. A Espanya, on la malaltia no és endèmica, el foc bacterià es va detectar per primer cop al 1995 al nord del país (Euskadi) i posteriorment, han aparegut varis focus en altres localitzacions, que han estat convenientment eradicats. El control del foc bacterià, és molt poc efectiu en plantes afectades per la malaltia, de manera que es basa en mesures encaminades a evitar la dispersió del patogen, i la introducció de la malaltia en regions no endèmiques. En aquest treball, la termoteràpia ha estat avaluada com a mètode d'eradicació d'E. amylovora de material vegetal de propagació asimptomàtic. S'ha demostrat que la termoteràpia és un mètode viable d'eradicar E. amylovora de material de propagació. Gairebé totes les espècies i varietats de rosàcies mantingudes en condicions d'humitat sobrevivien 7 hores a 45 ºC i més de 3 hores a 50 ºC, mentre que més d'1 hora d'exposició a 50 ºC amb calor seca produïa danys en el material vegetal i reduïa la brotació. Tractaments de 60 min a 45 ºC o 30 min a 50 ºC van ser suficients per reduir la població epífita d'E. amylovora a nivells no detectables (5 x 102 ufc g-1 p.f.) en branques de perera. Els derivats dels fosfonats i el benzotiadiazol són efectius en el control del foc bacterià en perera i pomera, tant en condicions de laboratori, com d'hivernacle i camp. Els inductors de defensa de les plantes redueixen els nivells de malaltia fins al 40-60%. Els intervals de temps mínims per aconseguir el millor control de la malaltia van ser 5 dies pel fosetil-Al, i 7 dies per l'etefon i el benzotiadiazol, i les dosis òptimes pel fosetil-Al i el benzotiadiazol van ser 3.72 g HPO32- L-1 i 150 mg i.a. L-1, respectivament. Es millora l'eficàcia del fosetil-Al i del benzotiadiazol en el control del foc bacterià, quan es combinen amb els antibiòtics a la meitat de la dosi d'aquests últims. Tot i que l'estratègia de barrejar productes és més pràctica i fàcil de dur a terme a camp, que l'estratègia de combinar productes, el millor nivell de control de la malaltia s'aconsegueix amb l'estratègia de combinar productes. Es va analitzar a nivell histològic i ultrastructural l'efecte del benzotiadiazol i dels fosfonats en la interacció Erwinia amylovora-perera. Ni el benzotiadiazol, ni el fosetil-Al, ni l'etefon van induir canvis estructurals en els teixits de perera 7 dies després de la seva aplicació. No obstant, després de la inoculació d'E. amylovora es va observar en plantes tractades amb fosetil-Al i etefon una desorganització estructural cel·lular, mentre que en les plantes tractades amb benzotiadiazol aquestes alteracions tissulars van ser retardades. S'han avaluat dos models (Maryblyt, Cougarblight) en un camp a Espanya afectat per la malaltia, per determinar la precisió de les prediccions. Es van utilitzar dos models per elaborar el mapa de risc, el BRS-Powell combinat i el BIS95 modificat. Els resultats van mostrar dos zones amb elevat i baix risc de la malaltia. Maryblyt i Cougarblight són dos models de fàcil ús, tot i que la seva implementació en programes de maneig de la malaltia requereix que siguin avaluats i validats per un període de temps més llarg i en àrees on la malaltia hi estigui present.

Impact of hydrographic data assimilation on the modelled Atlantic meridional overturning circulation

Here we make an initial step toward the development of an ocean assimilation system that can constrain the modelled Atlantic Meridional Overturning Circulation (AMOC) to support climate predictions. A detailed comparison is presented of 1° and 1/4° resolution global model simulations with and without sequential data assimilation, to the observations and transport estimates from the RAPID mooring array across 26.5° N in the Atlantic. Comparisons of modelled water properties with the observations from the merged RAPID boundary arrays demonstrate the ability of in situ data assimilation to accurately constrain the east-west density gradient between these mooring arrays. However, the presence of an unconstrained "western boundary wedge" between Abaco Island and the RAPID mooring site WB2 (16 km offshore) leads to the intensification of an erroneous southwards flow in this region when in situ data are assimilated. The result is an overly intense southward upper mid-ocean transport (0–1100 m) as compared to the estimates derived from the RAPID array. Correction of upper layer zonal density gradients is found to compensate mostly for a weak subtropical gyre circulation in the free model run (i.e. with no assimilation). Despite the important changes to the density structure and transports in the upper layer imposed by the assimilation, very little change is found in the amplitude and sub-seasonal variability of the AMOC. This shows that assimilation of upper layer density information projects mainly on the gyre circulation with little effect on the AMOC at 26° N due to the absence of corrections to density gradients below 2000 m (the maximum depth of Argo). The sensitivity to initial conditions was explored through two additional experiments using a climatological initial condition. These experiments showed that the weak bias in gyre intensity in the control simulation (without data assimilation) develops over a period of about 6 months, but does so independently from the overturning, with no change to the AMOC. However, differences in the properties and volume transport of North Atlantic Deep Water (NADW) persisted throughout the 3 year simulations resulting in a difference of 3 Sv in AMOC intensity. The persistence of these dense water anomalies and their influence on the AMOC is promising for the development of decadal forecasting capabilities. The results suggest that the deeper waters must be accurately reproduced in order to constrain the AMOC.

An economic decision support tool for simulating paratuberculosis control strategies in a UK suckler beef herd

A dynamic, deterministic, economic simulation model was developed to estimate the costs and benefits of controlling Mycobacterium avium subsp. paratuberculosis (Johne's disease) in a suckler beef herd. The model is intended as a demonstration tool for veterinarians to use with farmers. The model design process involved user consultation and participation and the model is freely accessible on a dedicated website. The 'user-friendly' model interface allows the input of key assumptions and farm specific parameters enabling model simulations to be tailored to individual farm circumstances. The model simulates the effect of Johne's disease and various measures for its control in terms of herd prevalence and the shedding states of animals within the herd, the financial costs of the disease and of any control measures and the likely benefits of control of Johne's disease for the beef suckler herd over a 10-year period. The model thus helps to make more transparent the 'hidden costs' of Johne's in a herd and the likely benefits to be gained from controlling the disease. The control strategies considered within the model are 'no control', 'testing and culling of diagnosed animals', 'improving management measures' or a dual strategy of 'testing and culling in association with improving management measures'. An example 'run' of the model shows that the strategy 'improving management measures', which reduces infection routes during the early stages, results in a marked fall in herd prevalence and total costs. Testing and culling does little to reduce prevalence and does not reduce total costs over the 10-year period.