Issues and strategies in the parallelisation of unstructured multiphysics code

Unstructured mesh based codes for the modelling of continuum physics phenomena have evolved to provide the facility to model complex interacting systems. Such codes have the potential to provide a high performance on parallel platforms for a small investment in programming. The critical parameters for success are to minimise changes to the code to allow for maintenance while providing high parallel efficiency, scalability to large numbers of processors and portability to a wide range of platforms. The paradigm of domain decomposition with message passing has for some time been demonstrated to provide a high level of efficiency, scalability and portability across shared and distributed memory systems without the need to re-author the code into a new language. This paper addresses these issues in the parallelisation of a complex three dimensional unstructured mesh Finite Volume multiphysics code and discusses the implications of automating the parallelisation process.

Partition alignment in three dimensional unstructured mesh multi-physics modelling

Unstructured mesh codes for modelling continuum physics phenomena have evolved to provide the facility to model complex interacting systems. Parallelisation of such codes using single Program Multi Data (SPMD) domain decomposition techniques implemented with message passing has been demonstrated to provide high parallel efficiency, scalability to large numbers of processors P and portability across a wide range of parallel platforms. High efficiency, especially for large P requires that load balance is achieved in each parallel loop. For a code in which loops span a variety of mesh entity types, for example, elements, faces and vertices, some compromise is required between load balance for each entity type and the quantity of inter-processor communication required to satisfy data dependence between processors.

Sampling strategies for characterization of neuropeptides using mass spectrometry and functional implications into cell-cell signaling

In this dissertation, there are developed different analytical strategies to discover and characterize mammalian brain peptides using small amount of tissues. The magnocellular neurons of rat supraoptic nucleus in tissue and cell culture served as the main model to study neuropeptides, in addition to hippocampal neurons and mouse embryonic pituitaries. The neuropeptidomcis studies described here use different extraction methods on tissue or cell culture combined with mass spectrometry (MS) techniques, matrix-assisted laser desorption/ionization (MALDI) and electrospray ionization (ESI). These strategies lead to the identification of multiple peptides from the rat/mouse brain in tissue and cell cultures, including novel compounds One of the goals in this dissertation was to optimize sample preparations on samples isolated from well-defined brain regions for mass spectrometric analysis. Here, the neuropeptidomics study of the SON resulted in the identification of 85 peptides, including 20 unique peptides from known prohormones. This study includes mass spectrometric analysis even from individually isolated magnocellular neuroendocrine cells, where vasopressin and several other peptides are detected. At the same time, it was shown that the same approach could be applied to analyze peptides isolated from a similar hypothalamic region, the suprachiasmatic nucleus (SCN). Although there were some overlaps regarding the detection of the peptides in the two brain nuclei, different peptides were detected specific to each nucleus. Among other peptides, provasopressin fragments were specifically detected in the SON while angiotensin I, somatostatin-14, neurokinin B, galanin, and vasoactive-intestinal peptide (VIP) were detected in the SCN only. Lists of peptides were generated from both brain regions for comparison of the peptidome of SON and SCN nuclei. Moving from analysis of magnocellular neurons in tissue to cell culture, the direct peptidomics of the magnocellular and hippocampal neurons led to the detection of 10 peaks that were assigned to previously characterized peptides and 17 peaks that remain unassigned. Peptides from the vasopressin prohormone and secretogranin-2 are attributed to magnocellular neurons, whereas neurokinin A, peptide J, and neurokinin B are attributed to cultured hippocampal neurons. This approach enabled the elucidation of cell-specific prohormone processing and the discovery of cell-cell signaling peptides. The peptides with roles in the development of the pituitary were analyzed using transgenic mice. Hes1 KO is a genetically modified mouse that lives only e18.5 (embryonic days). Anterior pituitaries of Hes1 null mice exhibit hypoplasia due to increased cell death and reduced proliferation and in the intermediate lobe, the cells differentiate abnormally into somatotropes instead of melanotropes. These previous findings demonstrate that Hes1 has multiple roles in pituitary development, cell differentiation, and cell fate. AVP was detected in all samples. Interestingly, somatostatin [92-100] and provasopressin [151-168] were detected in the mutant but not in the wild type or heterozygous pituitaries while somatostatin-14 was detected only in the heterozygous pituitary. In addition, the putative peptide corresponding to m/z 1330.2 and POMC [205-222] are detected in the mutant and heterozygous pituitaries, but not in the wild type. These results indicate that Hes1 influences the processing of different prohormones having possible roles during development and opens new directions for further developmental studies. This research demonstrates the robust capabilities of MS, which ensures the unbiased direct analysis of peptides extracted from complex biological systems and allows addressing important questions to understand cell-cell signaling in the brain.

Metagenômica comparativa de solo de regiões de mata atlântica e caatinga do estado do Rio Grande do Norte - Brasil

The microorganisms play very important roles in maintaining ecosystems, which explains the enormous interest in understanding the relationship between these organisms as well as between them and the environment. It is estimated that the total number of prokaryotic cells on Earth is between 4 and 6 x 1030, constituting an enormous biological and genetic pool to be explored. Although currently only 1% of all this wealth can be cultivated by standard laboratory techniques, metagenomic tools allow access to the genomic potential of environmental samples in a independent culture manner, and in combination with third generation sequencing technologies, the samples coverage become even greater. Soils, in particular, are the major reservoirs of this diversity, and many important environments around us, as the Brazilian biomes Caatinga and Atlantic Forest, are poorly studied. Thus, the genetic material from environmental soil samples of Caatinga and Atlantic Forest biomes were extracted by direct techniques, pyrosequenced, and the sequences generated were analyzed by bioinformatics programs (MEGAN MG-RAST and WEBCarma). Taxonomic comparative profiles of the samples showed that the phyla Proteobacteria, Actinobacteria, Acidobacteria and Planctomycetes were the most representative. In addition, fungi of the phylum Ascomycota were identified predominantly in the soil sample from the Atlantic Forest. Metabolic profiles showed that despite the existence of environmental differences, sequences from both samples were similarly placed in the various functional subsystems, indicating no specific habitat functions. This work, a pioneer in taxonomic and metabolic comparative analysis of soil samples from Brazilian biomes, contributes to the knowledge of these complex environmental systems, so far little explored

Forms of Collaboration in Collaborative Enterprises: An Ontological Model

Part 19: Knowledge Management in Networks

Lengua y caos: esbozo de las implicaciones de la teoría de los sistemas complejos para la lingüística

El presente texto se resume históricamente el estudio de los sistemas caóticos y se muestran las implicaciones que el paradigma de los sistemas dinámicos complejos tiene para la lingüística. Por último, se refieren algunas líneas de investigación actuale y se sugieren otras venideras.

Identificación de las relaciones reales y posibles entre la administración basada en modelos, la ciencia computacional de la organización y la ingeniería emergente en el contexto de la gestión organizacional

Las teorías administrativas se han basado, casi sin excepción, en los fundamentos y los modelos de la ciencia clásica (particularmente, en los modelos de la física newtoniana). Sin embargo, las organizaciones actualmente se enfrentan a un mundo globalizado, plagado de información (y no necesariamente conocimiento), hiperconectado, dinámico y cargado de incertidumbre, por lo que muchas de las teorías pueden mostrar limitaciones para las organizaciones. Y quizá no por la estructura, la lógica o el alcance de las mismas, sino por la falta de criterios que justifiquen su aplicación. En muchos casos, las organizaciones siguen utilizando la intuición, las suposiciones y las verdades a medias en la toma de decisiones. Este panorama pone de manifiesto dos hechos: de un lado, la necesidad de buscar un método que permita comprender las situaciones de cada organización para apoyar la toma de decisiones. De otro lado, la necesidad de potenciar la intuición con modelos y técnicas no tradicionales (usualmente provenientes o inspiradas por la ingeniería). Este trabajo busca anticipar los pilares de un posible método que permita apoyar la toma de decisiones por medio de la simulación de modelos computacionales, utilizando las posibles interacciones entre: la administración basada en modelos, la ciencia computacional de la organización y la ingeniería emergente.

Análisis del concepto de liderazgo y sus aplicaciones en el contexto empresarial

El presente trabajo se realizó con el objetivo de tener una visión completa de las teorías del liderazgo, teniendo de este una concepción como proceso y poder examinar las diversas formas de aplicación en las organizaciones contemporáneas. El tema es enfocado desde la perspectiva organizacional, un mundo igualmente complejo, sin desconocer su importancia en otros ámbitos como la educación, la política o la dirección del estado. Su enfoque tiene que ver con el estudio académico del cual es la culminación y se enmarca dentro de la perspectiva constitucional de la Carta Política Colombiana que reconoce la importancia capital que tienen la actividad económica y la iniciativa privada en la constitución de empresas. Las diversas visiones del liderazgo han sido aplicadas de distintas maneras en las organizaciones contemporáneas y han generado diversos resultados. Hoy, no es posible pensar en una organización que no haya definido su forma de liderazgo y en consecuencia, confluyen en el campo empresarial multitud de teorías, sin que pueda afirmarse que una sola de ellas permita el manejo adecuado y el cumplimiento de los objetivos misionales. Por esta razón se ha llegado a concebir el liderazgo como una función compleja, en un mundo donde las organizaciones mismas se caracterizan no solo por la complejidad de sus acciones y de su conformación, sino también porque esta característica pertenece también al mundo de la globalización. Las organizaciones concebidas como máquinas que en sentido metafórico logran reconstituirse sus estructuras a medida que están en interacción con otras en el mundo globalizado. Adaptarse a las cambiantes circunstancias hace de las organizaciones conglomerados en permanente dinámica y evolución. En este ámbito puede decirse que el liderazgo es también complejo y que es el liderazgo transformacional el que más se acerca al sentido de la complejidad.

Retos en la implementación de las normas internacionales al interior de los estados. estudio de caso: la región del Mekong y el protocolo de Palermo contra la trata de personas. (2007-2014)

El presente estudio de caso tiene como principal objetivo el de analizar la manera como las características sociopolíticas de los Estados del Mekong, específicamente en el caso de Camboya y Myanmar, dificultan la implementación de las normas enunciadas en el Protocolo de las Naciones Unidas para Prevenir, Reprimir y Sancionar la Trata de Personas, Especialmente Mujeres y Niños, también conocido como el Protocolo de Palermo. En este sentido, se parte de las características principales del Protocolo y de la manera como el tráfico de personas se presenta en el Mekong para posteriormente analizar la forma como la corrupción, la impunidad y la desigualdad de género representan retos sociopolíticos que obstruyen la implementación de los mandatos internacionales enmarcados en este instrumento

A complexity-based diagnostic on the democratic unity roundtable mud: problems and alternatives (2008-2016)

Este trabajo exploratorio estudia al movimiento político Mesa de la Unidad Democrática (MUD), creada con el fin de oponerse la Gobierno socialista existente en venezuela. La crítica que este documento realiza, parte desde el punto de vista de la Ciencia de la Complejidad. Algunos conceptos clave de sistemas complejos han sido utilizados para explicar el funcionamiento y organización de la MUD, esto con el objetivo de generar un diagnóstico integral de los problemas que enfrenta, y evidenciar las nuevas percepciones sobre comportamientos perjudiciales que el partido tiene actualmente. Con el enfoque de la complejidad se pretende ayudar a comprender mejor el contexto que enmarca al partido y, para, finalmente aportar una serie de soluciones a los problemas de cohesión que presen

La construcción de sentido (‘sensemaking’) de un entorno estratégico turbulento por parte de los altos directivos: un estudio en una multinacional automotriz

Este artículo presenta los resultados de una investigación realizada al interior de dos contextos. Por un lado, el teórico, en el marco de uno de los discursos más relevantes en los campos de la estrategia organizacional, de la managerial and organizational cognition (MOC) y, en general, de los estudios organizacionales (organization studies): la construcción de sentido (sensemaking). Por el otro, el empírico, en una de las grandes compañías multinacionales del sector automotriz con presencia global. Esta corporación enfrenta una permanente tensión entre lo que dicta la casa matriz, en relación con el cumplimiento de metas y estándares específicos, considerando el mundo entero, y los retos que, teniendo en cuenta lo regional y lo local, experimentan los altos directivos encargados de hacer prosperar la empresa en estos lugares. La aproximación implementada fue cualitativa. Esto en atención a la naturaleza de la problemática abordada y la tradición del campo. Los resultados permiten ampliar el actual nivel de comprensión acerca de los procesos de sensemaking de los altos directivos al enfrentar un entorno estratégico turbulento.

Modeling, control and field tests on an experimental irrigation canal

Irrigation canals are complex hydraulic systems difficult to control. Many models and control strategies have already been developed using linear control theory. In the present study, a PI controller is developed and implemented in a brand new prototype canal and its features evaluated experimentally. The base model relies on the linearized Saint-Venant equations which is compared with a reservoir model to check its accuracy. This technique will prove its capability and versatility in tuning properly a controller for this kind of systems.

Fundamentos teóricos del Pensamiento complejo de Edgar Morin

In face of what he considered as the crisis of the Western paradigm of simplification and disjunction, based on the reduction and separation of knowledge, Edgar Morin posited the emergence of a new paradigm of complexity that would attempt to articulate and contextualize scientific, humanistic, and artistic cultures. To accomplish such purpose, Morin argued for an integration of ideas, concepts and notions drawing on different theoretical sources. Approaching complexity has required a dialectic and creative resignification of the legacy of such theories through a new synthesis that both integrates and surpasses them qualitatively.

Progettazione, modellazione e integrazione di risorse rinnovabili per promuovere lo sfruttamento dell'energia da moto ondoso e la Blue Growth.

L’energia da onda potrebbe assumere un ruolo fondamentale per la transizione energetica durante i prossimi decenni, grazie alla sua continuità nel tempo molto superiore rispetto ad altre risorse rinnovabili e alla sua vasta distribuzione nello spazio. Tuttavia, l’energia da onda è ancora lontana dall’essere economicamente sostenibile, a causa di diverse problematiche tecnologiche e alle difficoltà finanziarie associate. In questa ricerca, si è innanzitutto affrontata una delle maggiori sfide tecniche, nello specifico la progettazione e modellazione di sistemi di ancoraggio per i dispositivi galleggianti, proponendo possibili soluzioni per la modellazione numerica di sistemi di ancoraggio complessi e per l’ottimizzazione dei dispositivi stessi. Successivamente sono state analizzate le possibili sinergie strategiche di installazioni per lo sfruttamento della energia da onda con altre risorse rinnovabili e la loro applicazione nel contesto di aree marine multiuso. In particolare, una metodologia per la valutazione della combinazione ottimale delle risorse rinnovabili è stata sviluppata e verificata in due diversi casi studio: un’isola e una piattaforma offshore. Si è così potuto evidenziare l’importante contributo della risorsa ondosa per la continuità energetica e per la riduzione della necessità di accumulo. Inoltre, è stato concepito un metodo di supporto decisionale multicriteriale per la valutazione delle opzioni di riuso delle piattaforme offshore alla fine della loro vita operativa, come alternativa al decommissionamento, nell’ottica di una gestione sostenibile e della ottimizzazione dell’uso dello spazio marino. Sulla base dei criteri selezionati, l’inclusione di attività innovative come la produzione di energia da onda si è dimostrata essere rilevante per rendere vantaggioso il riuso rispetto al decommissionamento. Numerosi studi recenti hanno infatti sottolineato che, nell’ambito della “crescita blu”, i mercati come l’oil&gas, le attività offshore e le isole stimoleranno lo sviluppo di tecnologie innovative come lo sfruttamento dell’energia da onda, promuovendo la sperimentazione e fornendo un importante contributo all’avanzamento tecnico e alla commercializzazione.

Transition Matters. Il ruolo del designer nella transizione sostenibile e circolare dei materiali polimerici

La ricerca indaga il ruolo del designer nella transizione sostenibile e circolare all’uso di materiali polimerici. Nel contesto contemporaneo la plastica è utilizzata in quasi ogni settore merceologico ma la sua futura applicazione è messa in forte discussione a causa dei visibili impatti ambientali del suo uso irresponsabile. Un passaggio netto dalla totale dipendenza alla liberazione dei polimeri è difficile; è necessario un periodo di transizione che permetta di coesistere responsabilmente con i polimeri in attesa di trovare dei validi sostituti. L’obiettivo della ricerca è lavorare su questo periodo ponendo il designer e le sue competenze come soggetti chiave del movimento. La tesi di ricerca propone un approccio per calare le pratiche del Transition Design nella progettazione di sistemi-prodotto, nutrendosi degli attributi anticipatori dell’Advanced Design e puntando agli obiettivi del Circular Design, lavorando a partire dalle merci più critiche nel contesto contemporaneo: quelle in polimero fossile non riciclabile. Contributo della tesi è la figura del Transition Matter Designer, un progettista di transizioni dei materiali che prevede metamorfosi di sistemi-prodotto nel tempo grazie alle sue competenze a diverse scale del progetto: forma l’utente agli atteggiamenti circolari e sostenibili, caratterizza i materiali per individuarne nuovi usi, seleziona i processi produttivi adatti a prevenire scarti e ne anticipa i cicli di vita nei prodotti. I Knitted Fasteners sono il risultato della simulazione del lavoro del Transition Matter Designer nel tessile: un sistema di elementi di fissaggio, personalizzabili dallo stilista e integrati negli abiti a maglia, che permettono di eliminare l’uso di fashion fasteners in plastica e metallo, elementi che rendono difficile il riciclo dei capi. Dalla sperimentazione è emerso il modello concettuale della Transindustrial Production: un lavoro di collaborazione fra Transition Matter Designer e creativo per dare identità ai materiali polimerici circolari attraverso l’ibridazione fra artigianato e industria, tipico del Made in Italy.