Agent-based modeling and simulation for the design of the future european Air Traffic Management system: the experience of CASSIOPEIA

The SESAR (Single European Sky ATM Research) program is an ambitious re-search and development initiative to design the future European air traffic man-agement (ATM) system. The study of the behavior of ATM systems using agent-based modeling and simulation tools can help the development of new methods to improve their performance. This paper presents an overview of existing agent-based approaches in air transportation (paying special attention to the challenges that exist for the design of future ATM systems) and, subsequently, describes a new agent-based approach that we proposed in the CASSIOPEIA project, which was developed according to the goals of the SESAR program. In our approach, we use agent models for different ATM stakeholders, and, in contrast to previous work, our solution models new collaborative decision processes for flow traffic management, it uses an intermediate level of abstraction (useful for simulations at larger scales), and was designed to be a practical tool (open and reusable) for the development of different ATM studies. It was successfully applied in three stud-ies related to the design of future ATM systems in Europe.

An agent-based approach for the design of the future european air traffic management system

This paper describes an agent-based approach for the simulation of air traffic management (ATM) in Europe that was designed to help analyze proposals for future ATM systems. This approach is able to represent new collaborative deci-sion processes for flow traffic management, it uses an intermediate level of ab-straction (useful for simulations at larger scales), and was designed to be a practi-cal tool (open and reusable) for the development of different ATM studies. It was successfully applied in three studies related to the design of future ATM systems in Europe.

Pozzuolanic properties of the natural zeolites of some latin american deposits

This paper shows the results of the study of physical, mechanic and chemical behaviour of some natural zeolite types sampled in different outcrops of the world, mainly from Mexico, Cuba and Spain, as well as their incidence in certain practical applications, by means of the utilization of its pozzuolanic properties. Results emphasize that every natural zeolite variety gives different answers in the assays, probably influenced by the subtle variability of their chemical composition. Key words: zeolites, pozzuolanic, density, geometric, strength

Mechanical behavior of 2G REBCO HTS at 77 and 300 K

El gran esfuerzo realizado durante la última década con el fin de integrar los diferentes materiales superconductores en el campo de los sistemas eléctricos y en otras aplicaciones tecnológicas ha dado lugar a un campo de investigación amplio y prometedor. El comportamiento eléctrico de los Superconductores de Alta Temperatura (SAT) crítica (masivo y cintas) depende de diferentes parámetros desde su fabricación hasta la aplicación final con imanes o cables. Sin embargo, las aplicaciones prácticas de estos materiales están fuertemente vinculadas con su comportamiento mecánico tanto a temperatura ambiente (manipulación durante fabricación o instalación) como a temperaturas criogénicas (condiciones de servicio). En esta tesis se ha estudiado el comportamiento mecánico de materiales masivos y cintas de alta temperatura crítica a 300 y 77 K (utilizando nitrógeno líquido). Se han obtenido la resistencia en flexión, la tenacidad de fractura y la resistencia a tracción a la temperatura de servicio y a 300 K. Adicionalmente, se ha medido la dureza mediante el ensayo Vickers y nanoindentación. El módulo Young se midió mediante tres métodos diferentes: 1) nanoindentación, 2) ensayos de flexión en tres puntos y 3) resonancia vibracional mediante grindosonic. Para cada condición de ensayo, se han analizado detalladamente las superficies de fractura y los micromecanismos de fallo. Las propiedades mecánicas de los materiales se han comparado con el fin de entender la influencia de las técnicas de procesado y de las características microestructurales de los monocristales en su comportamiento mecánico. Se ha estudiado el comportamiento electromecánico de cintas comerciales superconductoras de YBCO mediante ensayos de tracción y fatiga a 77 y 300 K. El campo completo de deformaciones en la superficie del material se ha obtenido utilizando Correlación Digital de Imágenes (DIC, por sus siglas en inglés) a 300 K. Además, se realizaron ensayos de fragmentación in situ dentro de un microscopio electrónico con el fin de estudiar la fractura de la capa superconductora y determinar la resistencia a cortante de la intercara entre el substrato y la capa cerámica. Se ha conseguido ver el proceso de la fragmentación aplicando tensión axial y finalmente, se han implementado simulaciones mediante elementos finitos para reproducir la delaminación y el fenómeno de la fragmentación. Por último, se han preparado uniones soldadas entre las capas de cobre de dos cintas superconductoras. Se ha medido la resistencia eléctrica de las uniones con el fin de evaluar el metal de soldadura y el proceso. Asimismo, se ha llevado a cabo la caracterización mecánica de las uniones mediante ensayos "single lap shear" a 300 y 77 K. El efecto del campo magnético se ha estudiado aplicando campo externo hasta 1 T perpendicular o paralelo a la cinta-unión a la temperatura de servicio (77 K). Finalmente, la distribución de tensiones en cada una de las capas de la cinta se estudió mediante simulaciones de elementos finitos, teniendo en cuenta las capas de la cinta mecánicamente más representativas (Cu-Hastelloy-Cu) que influyen en su comportamiento mecánico. The strong effort that has been made in the last years to integrate the different superconducting materials in the field of electrical power systems and other technological applications led to a wide and promising research field. The electrical behavior of High Temperature Superconducting (HTS) materials (bulk and coated conductors) depends on different parameters since their processing until their final application as magnets or cables. However, practical applications of such materials are strongly related with their mechanical performance at room temperature (handling) as well as at cryogenic temperatures (service conditions). In this thesis, the mechanical behavior of HTS bulk and coated conductors was investigated at 300 and 77 K (by immersion in liquid nitrogen). The flexural strength, the fracture toughness and the tensile strength were obtained at service temperature as well as at 300 K. Furthermore, their hardness was determined by Vickers measurements and nanoindentation and the Young's modulus was measured by three different techniques: 1) nanoindentation, 2) three-point bending tests and 3) vibrational resonance with a grindosonic device. The fracture and deformation micromechanics have been also carefully analyzed for each testing condition. The comparison between the studied materials has been performed in order to understand the influence of the main sintering methods and the microstructural characteristics of the single grains on the macroscopic mechanical behavior. The electromechanical behavior of commercial YBCO coated conductors was studied. The mechanical behavior of the tapes was studied under tensile and fatigue tests at 77 and 300 K. The complete strain field on the surface of the sample was obtained by applying Digital Image Correlation (DIC) at 300 K. Addionally, in situ fragmentation tests inside a Scanning Electron Microscope (SEM) were carried out in order to study the fragmentation of the superconducting layer and determine the interfacial shear strength between substrate and ceramic layer. The fragmentation process upon loading of the YBCO layer has been observed and finally, Finite Element Simulations were employed to reproduce delamination and fragmentation phenomena. Finally, joints between the stabilizing Cu sides of two coated conductors have been prepared. The electrical resistivity of the joints was measured for the purpose of qualifying the soldering material and evaluating the soldering process. Additionally, mechanical characterization under single lap shear tests at 300 and 77 K has been carried out. The effect of the applied magnetic field has been studied by applying external magnetic field up to 1 T perpendicular and parallel to the tape-joint at service temperature (77 K). Finally, finite element simulations were employed to study the distribution of the stresses in earch layer, taking into account the three mechanically relevant layers of the coated conductor (Cu-Hastelloy-Cu) that affect its mechanical behavior

Rational Hausdorff Divisors: A New approach to the Approximate Parametrization of Curves.

When applying computational mathematics in practical applications, even though one may be dealing with a problem that can be solved algorithmically, and even though one has good algorithms to approach the solution, it can happen, and often it is the case, that the problem has to be reformulated and analyzed from a different computational point of view. This is the case of the development of approximate algorithms. This paper frames in the research area of approximate algebraic geometry and commutative algebra and, more precisely, on the problem of the approximate parametrization.

Contributions to the Resilience Management in the Internet of Things

El auge del "Internet de las Cosas" (IoT, "Internet of Things") y sus tecnologías asociadas han permitido su aplicación en diversos dominios de la aplicación, entre los que se encuentran la monitorización de ecosistemas forestales, la gestión de catástrofes y emergencias, la domótica, la automatización industrial, los servicios para ciudades inteligentes, la eficiencia energética de edificios, la detección de intrusos, la gestión de desastres y emergencias o la monitorización de señales corporales, entre muchas otras. La desventaja de una red IoT es que una vez desplegada, ésta queda desatendida, es decir queda sujeta, entre otras cosas, a condiciones climáticas cambiantes y expuestas a catástrofes naturales, fallos de software o hardware, o ataques maliciosos de terceros, por lo que se puede considerar que dichas redes son propensas a fallos. El principal requisito de los nodos constituyentes de una red IoT es que estos deben ser capaces de seguir funcionando a pesar de sufrir errores en el propio sistema. La capacidad de la red para recuperarse ante fallos internos y externos inesperados es lo que se conoce actualmente como "Resiliencia" de la red. Por tanto, a la hora de diseñar y desplegar aplicaciones o servicios para IoT, se espera que la red sea tolerante a fallos, que sea auto-configurable, auto-adaptable, auto-optimizable con respecto a nuevas condiciones que puedan aparecer durante su ejecución. Esto lleva al análisis de un problema fundamental en el estudio de las redes IoT, el problema de la "Conectividad". Se dice que una red está conectada si todo par de nodos en la red son capaces de encontrar al menos un camino de comunicación entre ambos. Sin embargo, la red puede desconectarse debido a varias razones, como que se agote la batería, que un nodo sea destruido, etc. Por tanto, se hace necesario gestionar la resiliencia de la red con el objeto de mantener la conectividad entre sus nodos, de tal manera que cada nodo IoT sea capaz de proveer servicios continuos, a otros nodos, a otras redes o, a otros servicios y aplicaciones. En este contexto, el objetivo principal de esta tesis doctoral se centra en el estudio del problema de conectividad IoT, más concretamente en el desarrollo de modelos para el análisis y gestión de la Resiliencia, llevado a la práctica a través de las redes WSN, con el fin de mejorar la capacidad la tolerancia a fallos de los nodos que componen la red. Este reto se aborda teniendo en cuenta dos enfoques distintos, por una parte, a diferencia de otro tipo de redes de dispositivos convencionales, los nodos en una red IoT son propensos a perder la conexión, debido a que se despliegan en entornos aislados, o en entornos con condiciones extremas; por otra parte, los nodos suelen ser recursos con bajas capacidades en términos de procesamiento, almacenamiento y batería, entre otros, por lo que requiere que el diseño de la gestión de su resiliencia sea ligero, distribuido y energéticamente eficiente. En este sentido, esta tesis desarrolla técnicas auto-adaptativas que permiten a una red IoT, desde la perspectiva del control de su topología, ser resiliente ante fallos en sus nodos. Para ello, se utilizan técnicas basadas en lógica difusa y técnicas de control proporcional, integral y derivativa (PID - "proportional-integral-derivative"), con el objeto de mejorar la conectividad de la red, teniendo en cuenta que el consumo de energía debe preservarse tanto como sea posible. De igual manera, se ha tenido en cuenta que el algoritmo de control debe ser distribuido debido a que, en general, los enfoques centralizados no suelen ser factibles a despliegues a gran escala. El presente trabajo de tesis implica varios retos que conciernen a la conectividad de red, entre los que se incluyen: la creación y el análisis de modelos matemáticos que describan la red, una propuesta de sistema de control auto-adaptativo en respuesta a fallos en los nodos, la optimización de los parámetros del sistema de control, la validación mediante una implementación siguiendo un enfoque de ingeniería del software y finalmente la evaluación en una aplicación real. Atendiendo a los retos anteriormente mencionados, el presente trabajo justifica, mediante una análisis matemático, la relación existente entre el "grado de un nodo" (definido como el número de nodos en la vecindad del nodo en cuestión) y la conectividad de la red, y prueba la eficacia de varios tipos de controladores que permiten ajustar la potencia de trasmisión de los nodos de red en respuesta a eventuales fallos, teniendo en cuenta el consumo de energía como parte de los objetivos de control. Así mismo, este trabajo realiza una evaluación y comparación con otros algoritmos representativos; en donde se demuestra que el enfoque desarrollado es más tolerante a fallos aleatorios en los nodos de la red, así como en su eficiencia energética. Adicionalmente, el uso de algoritmos bioinspirados ha permitido la optimización de los parámetros de control de redes dinámicas de gran tamaño. Con respecto a la implementación en un sistema real, se han integrado las propuestas de esta tesis en un modelo de programación OSGi ("Open Services Gateway Initiative") con el objeto de crear un middleware auto-adaptativo que mejore la gestión de la resiliencia, especialmente la reconfiguración en tiempo de ejecución de componentes software cuando se ha producido un fallo. Como conclusión, los resultados de esta tesis doctoral contribuyen a la investigación teórica y, a la aplicación práctica del control resiliente de la topología en redes distribuidas de gran tamaño. Los diseños y algoritmos presentados pueden ser vistos como una prueba novedosa de algunas técnicas para la próxima era de IoT. A continuación, se enuncian de forma resumida las principales contribuciones de esta tesis: (1) Se han analizado matemáticamente propiedades relacionadas con la conectividad de la red. Se estudia, por ejemplo, cómo varía la probabilidad de conexión de la red al modificar el alcance de comunicación de los nodos, así como cuál es el mínimo número de nodos que hay que añadir al sistema desconectado para su re-conexión. (2) Se han propuesto sistemas de control basados en lógica difusa para alcanzar el grado de los nodos deseado, manteniendo la conectividad completa de la red. Se han evaluado diferentes tipos de controladores basados en lógica difusa mediante simulaciones, y los resultados se han comparado con otros algoritmos representativos. (3) Se ha investigado más a fondo, dando un enfoque más simple y aplicable, el sistema de control de doble bucle, y sus parámetros de control se han optimizado empleando algoritmos heurísticos como el método de la entropía cruzada (CE, "Cross Entropy"), la optimización por enjambre de partículas (PSO, "Particle Swarm Optimization"), y la evolución diferencial (DE, "Differential Evolution"). (4) Se han evaluado mediante simulación, la mayoría de los diseños aquí presentados; además, parte de los trabajos se han implementado y validado en una aplicación real combinando técnicas de software auto-adaptativo, como por ejemplo las de una arquitectura orientada a servicios (SOA, "Service-Oriented Architecture"). ABSTRACT The advent of the Internet of Things (IoT) enables a tremendous number of applications, such as forest monitoring, disaster management, home automation, factory automation, smart city, etc. However, various kinds of unexpected disturbances may cause node failure in the IoT, for example battery depletion, software/hardware malfunction issues and malicious attacks. So, it can be considered that the IoT is prone to failure. The ability of the network to recover from unexpected internal and external failures is known as "resilience" of the network. Resilience usually serves as an important non-functional requirement when designing IoT, which can further be broken down into "self-*" properties, such as self-adaptive, self-healing, self-configuring, self-optimization, etc. One of the consequences that node failure brings to the IoT is that some nodes may be disconnected from others, such that they are not capable of providing continuous services for other nodes, networks, and applications. In this sense, the main objective of this dissertation focuses on the IoT connectivity problem. A network is regarded as connected if any pair of different nodes can communicate with each other either directly or via a limited number of intermediate nodes. More specifically, this thesis focuses on the development of models for analysis and management of resilience, implemented through the Wireless Sensor Networks (WSNs), which is a challenging task. On the one hand, unlike other conventional network devices, nodes in the IoT are more likely to be disconnected from each other due to their deployment in a hostile or isolated environment. On the other hand, nodes are resource-constrained in terms of limited processing capability, storage and battery capacity, which requires that the design of the resilience management for IoT has to be lightweight, distributed and energy-efficient. In this context, the thesis presents self-adaptive techniques for IoT, with the aim of making the IoT resilient against node failures from the network topology control point of view. The fuzzy-logic and proportional-integral-derivative (PID) control techniques are leveraged to improve the network connectivity of the IoT in response to node failures, meanwhile taking into consideration that energy consumption must be preserved as much as possible. The control algorithm itself is designed to be distributed, because the centralized approaches are usually not feasible in large scale IoT deployments. The thesis involves various aspects concerning network connectivity, including: creation and analysis of mathematical models describing the network, proposing self-adaptive control systems in response to node failures, control system parameter optimization, implementation using the software engineering approach, and evaluation in a real application. This thesis also justifies the relations between the "node degree" (the number of neighbor(s) of a node) and network connectivity through mathematic analysis, and proves the effectiveness of various types of controllers that can adjust power transmission of the IoT nodes in response to node failures. The controllers also take into consideration the energy consumption as part of the control goals. The evaluation is performed and comparison is made with other representative algorithms. The simulation results show that the proposals in this thesis can tolerate more random node failures and save more energy when compared with those representative algorithms. Additionally, the simulations demonstrate that the use of the bio-inspired algorithms allows optimizing the parameters of the controller. With respect to the implementation in a real system, the programming model called OSGi (Open Service Gateway Initiative) is integrated with the proposals in order to create a self-adaptive middleware, especially reconfiguring the software components at runtime when failures occur. The outcomes of this thesis contribute to theoretic research and practical applications of resilient topology control for large and distributed networks. The presented controller designs and optimization algorithms can be viewed as novel trials of the control and optimization techniques for the coming era of the IoT. The contributions of this thesis can be summarized as follows: (1) Mathematically, the fault-tolerant probability of a large-scale stochastic network is analyzed. It is studied how the probability of network connectivity depends on the communication range of the nodes, and what is the minimum number of neighbors to be added for network re-connection. (2) A fuzzy-logic control system is proposed, which obtains the desired node degree and in turn maintains the network connectivity when it is subject to node failures. There are different types of fuzzy-logic controllers evaluated by simulations, and the results demonstrate the improvement of fault-tolerant capability as compared to some other representative algorithms. (3) A simpler but more applicable approach, the two-loop control system is further investigated, and its control parameters are optimized by using some heuristic algorithms such as Cross Entropy (CE), Particle Swarm Optimization (PSO), and Differential Evolution (DE). (4) Most of the designs are evaluated by means of simulations, but part of the proposals are implemented and tested in a real-world application by combining the self-adaptive software technique and the control algorithms which are presented in this thesis.

Análisis de sistemas dinámicos y complejos en la Liga Profesional de Balonmano de España = Complex and dynamical systems analysis in Spanish Professional Handball League

El propósito de esta tesis fue estudiar el rendimiento ofensivo de los equipos de balonmano de élite cuando se considera el balonmano como un sistema dinámico complejo no lineal. La perspectiva de análisis dinámica dependiente del tiempo fue adoptada para evaluar el rendimiento de los equipos durante el partido. La muestra general comprendió los 240 partidos jugados en la temporada 2011-2012 de la liga profesional masculina de balonmano de España (Liga ASOBAL). En el análisis posterior solo se consideraron los partidos ajustados (diferencia final de goles ≤ 5; n = 142). El estado del marcador, la localización del partido, el nivel de los oponentes y el periodo de juego fueron incorporados al análisis como variables situacionales. Tres estudios compusieron el núcleo de la tesis. En el primer estudio, analizamos la coordinación entre las series temporales que representan el proceso goleador a lo largo del partido de cada uno de los dos equipos que se enfrentan. Autocorrelaciones, correlaciones cruzadas, doble media móvil y transformada de Hilbert fueron usadas para el análisis. El proceso goleador de los equipos presentó una alta consistencia a lo largo de todos los partidos, así como fuertes modos de coordinación en fase en todos los contextos de juego. Las únicas diferencias se encontraron en relación al periodo de juego. La coordinación en los procesos goleadores de los equipos fue significativamente menor en el 1er y 2º periodo (0–10 min y 10–20 min), mostrando una clara coordinación creciente a medida que el partido avanzaba. Esto sugiere que son los 20 primeros minutos aquellos que rompen los partidos. En el segundo estudio, analizamos los efectos temporales (efecto inmediato, a corto y a medio plazo) de los tiempos muertos en el rendimiento goleador de los equipos. Modelos de regresión lineal múltiple fueron empleados para el análisis. Los resultados mostraron incrementos de 0.59, 1.40 y 1.85 goles para los periodos que comprenden la primera, tercera y quinta posesión de los equipos que pidieron el tiempo muerto. Inversamente, se encontraron efectos significativamente negativos para los equipos rivales, con decrementos de 0.50, 1.43 y 2.05 goles en los mismos periodos respectivamente. La influencia de las variables situacionales solo se registró en ciertos periodos de juego. Finalmente, en el tercer estudio, analizamos los efectos temporales de las exclusiones de los jugadores sobre el rendimiento goleador de los equipos, tanto para los equipos que sufren la exclusión (inferioridad numérica) como para los rivales (superioridad numérica). Se emplearon modelos de regresión lineal múltiple para el análisis. Los resultados mostraron efectos negativos significativos en el número de goles marcados por los equipos con un jugador menos, con decrementos de 0.25, 0.40, 0.61, 0.62 y 0.57 goles para los periodos que comprenden el primer, segundo, tercer, cuarto y quinto minutos previos y posteriores a la exclusión. Para los rivales, los resultados mostraron efectos positivos significativos, con incrementos de la misma magnitud en los mismos periodos. Esta tendencia no se vio afectada por el estado del marcador, localización del partido, nivel de los oponentes o periodo de juego. Los incrementos goleadores fueron menores de lo que se podría esperar de una superioridad numérica de 2 minutos. Diferentes teorías psicológicas como la paralización ante situaciones de presión donde se espera un gran rendimiento pueden ayudar a explicar este hecho. Los últimos capítulos de la tesis enumeran las conclusiones principales y presentan diferentes aplicaciones prácticas que surgen de los tres estudios. Por último, se presentan las limitaciones y futuras líneas de investigación. ABSTRACT The purpose of this thesis was to investigate the offensive performance of elite handball teams when considering handball as a complex non-linear dynamical system. The time-dependent dynamic approach was adopted to assess teams’ performance during the game. The overall sample comprised the 240 games played in the season 2011-2012 of men’s Spanish Professional Handball League (ASOBAL League). In the subsequent analyses, only close games (final goal-difference ≤ 5; n = 142) were considered. Match status, game location, quality of opposition, and game period situational variables were incorporated into the analysis. Three studies composed the core of the thesis. In the first study, we analyzed the game-scoring coordination between the time series representing the scoring processes of the two opposing teams throughout the game. Autocorrelation, cross-correlation, double moving average, and Hilbert transform were used for analysis. The scoring processes of the teams presented a high consistency across all the games as well as strong in-phase modes of coordination in all the game contexts. The only differences were found when controlling for the game period. The coordination in the scoring processes of the teams was significantly lower for the 1st and 2nd period (0–10 min and 10–20 min), showing a clear increasing coordination behavior as the game progressed. This suggests that the first 20 minutes are those that break the game-scoring. In the second study, we analyzed the temporal effects (immediate effect, short-term effect, and medium-term effect) of team timeouts on teams’ scoring performance. Multiple linear regression models were used for the analysis. The results showed increments of 0.59, 1.40 and 1.85 goals for the periods within the first, third and fifth timeout ball possessions for the teams that requested the timeout. Conversely, significant negative effects on goals scored were found for the opponent teams, with decrements of 0.59, 1.43 and 2.04 goals for the same periods, respectively. The influence of situational variables on the scoring performance was only registered in certain game periods. Finally, in the third study, we analyzed the players’ exclusions temporal effects on teams’ scoring performance, for the teams that suffer the exclusion (numerical inferiority) and for the opponents (numerical superiority). Multiple linear regression models were used for the analysis. The results showed significant negative effects on the number of goals scored for the teams with one less player, with decrements of 0.25, 0.40, 0.61, 0.62, and 0.57 goals for the periods within the previous and post one, two, three, four and five minutes of play. For the opponent teams, the results showed positive effects, with increments of the same magnitude in the same game periods. This trend was not affected by match status, game location, quality of opposition, or game period. The scoring increments were smaller than might be expected from a 2-minute numerical playing superiority. Psychological theories such as choking under pressure situations where good performance is expected could contribute to explain this finding. The final chapters of the thesis enumerate the main conclusions and underline the main practical applications that arise from the three studies. Lastly, limitations and future research directions are described.

A linearization-based system reliability method with application to geotechnical analysis

Los análisis de fiabilidad representan una herramienta adecuada para contemplar las incertidumbres inherentes que existen en los parámetros geotécnicos. En esta Tesis Doctoral se desarrolla una metodología basada en una linealización sencilla, que emplea aproximaciones de primer o segundo orden, para evaluar eficientemente la fiabilidad del sistema en los problemas geotécnicos. En primer lugar, se emplean diferentes métodos para analizar la fiabilidad de dos aspectos propios del diseño de los túneles: la estabilidad del frente y el comportamiento del sostenimiento. Se aplican varias metodologías de fiabilidad — el Método de Fiabilidad de Primer Orden (FORM), el Método de Fiabilidad de Segundo Orden (SORM) y el Muestreo por Importancia (IS). Los resultados muestran que los tipos de distribución y las estructuras de correlación consideradas para todas las variables aleatorias tienen una influencia significativa en los resultados de fiabilidad, lo cual remarca la importancia de una adecuada caracterización de las incertidumbres geotécnicas en las aplicaciones prácticas. Los resultados también muestran que tanto el FORM como el SORM pueden emplearse para estimar la fiabilidad del sostenimiento de un túnel y que el SORM puede mejorar el FORM con un esfuerzo computacional adicional aceptable. Posteriormente, se desarrolla una metodología de linealización para evaluar la fiabilidad del sistema en los problemas geotécnicos. Esta metodología solamente necesita la información proporcionada por el FORM: el vector de índices de fiabilidad de las funciones de estado límite (LSFs) que componen el sistema y su matriz de correlación. Se analizan dos problemas geotécnicos comunes —la estabilidad de un talud en un suelo estratificado y un túnel circular excavado en roca— para demostrar la sencillez, precisión y eficiencia del procedimiento propuesto. Asimismo, se reflejan las ventajas de la metodología de linealización con respecto a las herramientas computacionales alternativas. Igualmente se muestra que, en el caso de que resulte necesario, se puede emplear el SORM —que aproxima la verdadera LSF mejor que el FORM— para calcular estimaciones más precisas de la fiabilidad del sistema. Finalmente, se presenta una nueva metodología que emplea Algoritmos Genéticos para identificar, de manera precisa, las superficies de deslizamiento representativas (RSSs) de taludes en suelos estratificados, las cuales se emplean posteriormente para estimar la fiabilidad del sistema, empleando la metodología de linealización propuesta. Se adoptan tres taludes en suelos estratificados característicos para demostrar la eficiencia, precisión y robustez del procedimiento propuesto y se discuten las ventajas del mismo con respecto a otros métodos alternativos. Los resultados muestran que la metodología propuesta da estimaciones de fiabilidad que mejoran los resultados previamente publicados, enfatizando la importancia de hallar buenas RSSs —y, especialmente, adecuadas (desde un punto de vista probabilístico) superficies de deslizamiento críticas que podrían ser no-circulares— para obtener estimaciones acertadas de la fiabilidad de taludes en suelos. Reliability analyses provide an adequate tool to consider the inherent uncertainties that exist in geotechnical parameters. This dissertation develops a simple linearization-based approach, that uses first or second order approximations, to efficiently evaluate the system reliability of geotechnical problems. First, reliability methods are employed to analyze the reliability of two tunnel design aspects: face stability and performance of support systems. Several reliability approaches —the first order reliability method (FORM), the second order reliability method (SORM), the response surface method (RSM) and importance sampling (IS)— are employed, with results showing that the assumed distribution types and correlation structures for all random variables have a significant effect on the reliability results. This emphasizes the importance of an adequate characterization of geotechnical uncertainties for practical applications. Results also show that both FORM and SORM can be used to estimate the reliability of tunnel-support systems; and that SORM can outperform FORM with an acceptable additional computational effort. A linearization approach is then developed to evaluate the system reliability of series geotechnical problems. The approach only needs information provided by FORM: the vector of reliability indices of the limit state functions (LSFs) composing the system, and their correlation matrix. Two common geotechnical problems —the stability of a slope in layered soil and a circular tunnel in rock— are employed to demonstrate the simplicity, accuracy and efficiency of the suggested procedure. Advantages of the linearization approach with respect to alternative computational tools are discussed. It is also found that, if necessary, SORM —that approximates the true LSF better than FORM— can be employed to compute better estimations of the system’s reliability. Finally, a new approach using Genetic Algorithms (GAs) is presented to identify the fully specified representative slip surfaces (RSSs) of layered soil slopes, and such RSSs are then employed to estimate the system reliability of slopes, using our proposed linearization approach. Three typical benchmark-slopes with layered soils are adopted to demonstrate the efficiency, accuracy and robustness of the suggested procedure, and advantages of the proposed method with respect to alternative methods are discussed. Results show that the proposed approach provides reliability estimates that improve previously published results, emphasizing the importance of finding good RSSs —and, especially, good (probabilistic) critical slip surfaces that might be non-circular— to obtain good estimations of the reliability of soil slope systems.

Thermoplastic Polymer Nanocomposites Based on Inorganic Fullerene-like Nanoparticles and Inorganic Nanotubes

Using inorganic fullerene-like (IF) nanoparticles and inorganic nanotubes (INT) in organic-inorganic hybrid composite, materials provide the potential for improving thermal, mechanical, and tribological properties of conventional composites. The processing of such high-performance hybrid thermoplastic polymer nanocomposites is achieved via melt-blending without the aid of any modifier or compatibilizing agent. The incorporation of small quantities (0.1-4 wt.%) of IF/INTs (tungsten disulfide, IF-WS2 or molybdenum disulfide, MoS2) generates notable performance enhancements through reinforcement effects and excellent lubricating ability in comparison with promising carbon nanotubes or other inorganic nanoscale fillers. It was shown that these IF/INT nanocomposites can provide an effective balance between performance, cost effectiveness, and processability, which is of significant importance for extending the practical applications of diverse hierarchical thermoplastic-based composites.

Análisis y prospectiva del sector Desarrollo Rural y Seguridad Alimentaria Nutricional desde el enfoque de la Cooperación Española Internacional al Desarrollo

Esta investigación nace de la necesidad de aunar el máximo conocimiento sobre el sector Desarrollo Rural, Seguridad Alimentaria y Nutrición en la Cooperación Española, tanto desde un punto de vista teórico como práctico, que facilite, por un lado, precisar los límites que abarca el sector, conceptuales y de aplicación, mejorando la eficiencia y eficacia de las intervenciones en él, y por otro, conformar una prospectiva del mismo. La tesis propone una metodología de investigación-acción, puesto que por la propia posición de trabajo de la investigadora en la AECID y en el sector, esta es, a la vez, objeto y actora de la realidad vivida y del cambio a futuro. Para el trabajo de campo se ha contado con un importante grupo de expertos en la materia, que han participado en talleres de reflexión y en la encuesta Delphi, así como con una serie de entrevistas en profundidad. El requisito de contar con un marco teórico en el que se sustente el sector es esencial y el capítulo IV contempla este, partiendo de los antecedentes y marco normativo de la política de cooperación española, substancialmente la Ley de Cooperación Internacional para el Desarrollo, pasando por los principales instrumentos de planificación de esta política: Planes Directores, Estrategias sectoriales y Plan de Actuación Sectorial de Desarrollo Rural y Lucha contra el Hambre. Se puntualiza la cooperación reembolsable en el sector, y se repasan las principales actuaciones que han tenido lugar en el contexto internacional con especial hincapié en la crisis provocada por la subida del precio de los alimentos y las medidas más significativas que se tomaron para combatirla, pasando a continuación al proceso post-2015, los Objetivos de Desarrollo Sostenible y la posición española en él. En el marco conceptual se revisan términos tales como Derecho Humano a la Alimentación, Seguridad Alimentaria y Nutrición, Seguridad alimentaria, Seguridad alimentaria nutricional, Soberanía alimentaria, Seguridad alimentaria como Bien Público Mundial, Desarrollo Rural, Desarrollo Rural Territorial, Enfoque Territorial y Resiliencia, concluyendo este apartado con la búsqueda de las interrelaciones entre Seguridad alimentaria, Derecho Humano a la Alimentación y Desarrollo Rural Territorial. El capítulo termina con un breve repaso de lo que hacen en esta materia las principales agencias de Cooperación Internacional de los donantes más importantes del CAD. En el Marco de Aplicación se acomete una comparación de la evolución de la AOD en el marco temporal de la investigación, del 2000 al 2013, concedida al sector por la Cooperación Española en función de los distintos subsectores y también una comparativa de la ayuda otorgada por los principales donantes del CAD para este mismo periodo. Posteriormente se examinan las intervenciones centrales de la Cooperación Española en Derecho Humano a la Alimentación con la sociedad civil, con la FAO y con el relator especial de NNUU para el Derecho a la Alimentación, Seguridad Alimentaria Nutricional, destacando el Fondo España-ODM y el Programa Especial de Seguridad Alimentaria (PESA)y Desarrollo Rural Territorial , sobre el proyecto EXPIDER I y II (Experiencias de desarrollo local rural en América Latina) , y el proyecto PIDERAL ( Proyecto de políticas innovadoras de desarrollo de los territorios rurales en América Latina ) y tres intervenciones con enfoque regional como son :La Iniciativa América Latina y Caribe sin Hambre (IALCSH), la Estrategia Centroamericana de Desarrollo Rural Territorial (ECADERT) y la intervención de la Cooperación Española apoyando la Política Agraria de la CEDEAO. La investigación empírica esencialmente con un enfoque cualitativo, se examina y detalla en el capítulo VI, reflejándose las principales conclusiones de la misma en el capítulo del mismo nombre, tras haber contrastado las hipótesis formuladas y posteriormente cotejar las aplicaciones prácticas de la tesis y proponer posibles nuevas líneas de investigación. ABSTRACT This research stems from the need to combine the best knowledge about the Rural Development, Food Security and Nutrition sectors in Spanish Cooperation, both from a theoretical and practical point of view, that enables, on the one hand, to specify the limits that the sector covers, both conceptual and of implementation, improving the efficiency and effectiveness of interventions in it, and on the other, shape the future thereof. The thesis proposes a methodology of research-action, which is the AECID researcher´s own position in the sector, being at the same time, both researcher and participant of the reality experienced and future change. The field work benefitted from the support of a major group of experts in the field, who participated in reflection workshops, the Delphi survey and a series of in-depth interviews. The requirement for a theoretical framework that sustains the sector is essential and Chapter IV provides for this, starting with the background and legal framework of the policy of Spanish cooperation, essentially the International Development Cooperation Law, through the main instruments of policy planning: Master Plans; sectorial strategies; the Sectorial Action Plan for Rural Development; Fight against hunger. Refundable cooperation in the sector is specified, and the key actions that have taken place in the international context with special emphasis on the crisis caused by rising food prices and the most significant measures taken to combat it are reviewed. Then continuing with the post-2015 process, the Sustainable Development Objectives and the Spanish position in them. Conceptional framework terms such as Human Right to Food, Food Security and Nutrition, Food Security, Nutritional Food Security, Food Sovereignty, Food Security as a global public good, Rural Development, Rural Regional Development, Regional Approach and Resilience are reviewed, ending this section with the search for the interrelationship between Food Security, Human Right to Food and Rural Regional Development. The chapter ends with a brief overview of what the main agencies for International Cooperation of the major DAC donors do in this area. In the implementation framework, a comparison is provided of the evolution of the ODA within the time frame of the investigation, from 2000 to 2013, granted to the sector by the Spanish Cooperation in terms of the various subsectors and also a comparison is made of the support provided by the DAC's major donors for the same period. Subsequently the core interventions of Spanish Cooperation in the Human Right to Food with civil society, with FAO and the UN Special Rapporteur on the Right to Food, Food Security Nutrition are examined, highlighting the Spain MDG Fund and the Special Programme for Food Security (PESA) and Regional Rural Development on the EXPIDER I and II project (Rural local development experiences in Latin America), and the PIDERAL project (Innovative policy development project of rural areas in Latin America) and three regionally focused interventions such as: the Latin America and Caribbean without Hunger (HFLACI) Initiative, the Central American Strategy for Rural Development (ECADERT) and the intervention of the Spanish Cooperation to support the ECOWAS Agricultural Policy. Empirical research, essentially with a qualitative approach, is examined and detailed in Chapter VI, reflecting the main conclusions of the investigation in the chapter of the same name, after having contrasted the ideas put forward, and then later compares the practical applications of the thesis and proposes possible new lines of research.

Quality cost in bus operations based on activity-based costing

The study of service quality and its implication for transport contracts has several approaches in research and practical applications, where the main emphasis is the consideration of quality from the user's point of view, thus obtaining a customer satisfaction index as a measurement of the overall quality with no further implications for service providers. The main aim of this paper is to estimate the real economic impact of improving quality attributes for a bus operator. An application of the activity-based costing methodology is developed for a bus contract in Madrid, using quality data from surveys together with economic and performance information, and focusing on headway as a quality variable. Results show the consistency and practicality of this methodology, overcoming simplifications from traditional procedures. This method is a powerful tool in quality-based contracting as well as for effective investment in transport quality under poverty funding constraints

Caracterización y análisis del coste de mejora de la calidad de servicio en transporte urbano en autobús, basado en la metodología ABC (activity based costing)

El estudio de la calidad de servicio en transporte público ha tenido distintos enfoques, tanto en la investigación como en sus aplicaciones prácticas, tales como el desarrollo del método SERVQUAL, los proyectos QUATTRO y EQUIP de la Comisión Europea, el Transit Capacity and Quality of Service Manual y finalmente el estándar EN 13816, siendo la consideración principal la calidad desde el punto de vista del usuario, es decir, la calidad percibida, cuyo objetivo en la práctica trata de obtener un Índice de Satisfacción del Cliente como medida de la calidad global. Esta aproximación deja de lado aspectos tanto sobre calidad suministrada como sobre los suministradores del servicio, las administraciones y los operadores, particularmente en cuanto a las implicaciones económicas. El objetivo principal de la presente tesis es la estimación del impacto económico real de la mejora de atributos de calidad para un operador de autobús urbano. En el capítulo 2, se lleva a cabo un análisis del estado del arte sobre el estudio de la calidad, tanto de los métodos de estudio, como de su aplicación al campo de transporte público, y, específicamente, del estudio de costes. En los capítulos 3 y 4 se propone la aplicación de la metodología ABC (Activity Based Costing) para el caso de un contrato de servicio de transporte público en autobús en la Comunidad de Madrid, concretamente la conexión de Tres Cantos. Para ello se utilizan datos de encuestas de calidad esperada y percibida por los usuarios, junto con información económica y de actividad, así como entrevistas a personal de la empresa, conformando todo ello una metodología compacta de investigación y análisis. Los resultados de las encuestas y los análisis posteriores identificaron la frecuencia de servicio, la puntualidad de los autobuses y la seguridad de la conducción como las tres variables mas importantes desde el punto de vista del usuario, y ha sido en referencia a estas tres variables sobre las que se ha desarrollado la aplicación del método ABC contenida en el capítulo 5. Los resultados descritos en el capítulo 6 muestran la consistencia y la aplicabilidad de esta metodología, superando las simplificaciones de los procedimientos tradicionales contables. En cuanto a los resultados obtenidos, se ha comprobado que una aproximación tradicional basada en costes por kilometro puede llegar a sobrevalorar los costes asociados a mejoras de calidad hasta tres veces los costes calculados según el método ABC. Finalmente en el capítulo 7 se recogen las principales conclusiones y se apuntan algunas líneas futuras de investigación basadas en mejoras sobre la aplicación y transferibilidad de los resultados. The study of service quality and its implication for transport contracts has several approaches in research and practical applications, such as the development of the SERVQUAL method, the UE QUATTRO and EQUIP research projects, the Transit Capacity and Quality of Service Manual and finally the EN 13816 standard. In all cases the main stream is the consideration of quality from the user’s point of view, thus obtaining a Customer Satisfaction Index as a measurement of the overall service quality. This approach ignores quality consequences for transport providers, authorities and operators, particularly economic implications. The main target of this thesis is to estimate the real economic impact of improving quality attributes for a bus operator. Chapter 2 includes a thorough analysis of the state of the art of general methodologies on service quality, their applications for public transport, and particularly for quality costing. In chapters 3 and 4, the Activity Based Costing (ABC) methodology is proposed for a suburban bus contract in Madrid, Tres Cantos. Perceived and expected quality surveys are used together with economic and performance information, as well as interviews with key staff from the operator. The whole set of surveys, interviews and ABC methodology puts together a comprehensive approach for analysis and research. Surveys and subsequent analysis shows service headway, punctuality and safety as the three most important service attributes from the user’s point of view. The proposed methodology has been applied to these three variables, as described in chapter 5. Results obtained in chapter 6 show the consistency and practicality of this methodology, overcoming simplifications from traditional accounting procedures. According to the latter, a calculation of costs based on mileage can overvalue quality improvements up to three times the results following ABC methodology. Finally, in chapter 7, the main conclusions are highlighted and some future research is suggested in terms of application improvements as well as results transferability.

Estudio del rendimiento bajo presión en los tiros libres en baloncesto, y su influencia sobre el porcentaje de acierto durante el último minuto de juego

El minuto final de un partido ajustado de baloncesto es un momento crítico que está sujeto a multitud de factores que influyen en su desarrollo. Así, el porcentaje de acierto en los tiros libres durante ese periodo de tiempo va a determinar, en muchas ocasiones, el resultado final del partido. La disminución de rendimiento (drop) en esta faceta de juego en condiciones de presión, puede estar relacionada con múltiples variables propias del contexto deportivo estudiado, como por ejemplo: los segundos restantes de posesión, la situación en el marcador (ir ganando, empatando o perdiendo), la localización del partido (jugar en casa o fuera), la fase de competición (fase regular o eliminatorias) o el nivel del equipo (mejores/peores equipos). Además, las características del jugador que realiza los lanzamientos tienen una gran importancia respecto a su edad y años de experiencia para afrontar los momentos críticos, así como el puesto de juego que ocupa en el equipo. En este sentido, la combinación de factores del contexto y del jugador, permiten interactuar en el rendimiento del lanzador en los momentos finales de partido durante sus lanzamientos de tiro libre. El presente trabajo de tesis doctoral tiene como objetivo encontrar aquellas variables más relacionadas con la disminución de rendimiento del jugador en los tiros libres durante el último minuto de juego, y la última serie de tiros libres en los partidos ajustados de baloncesto. Para alcanzar el objetivo del estudio se analizaron 124 partidos ajustados (diferencias iguales o inferiores a 2 puntos) de todas las competiciones (fase regular, playoff y copa del Rey) de la liga ACB durante las temporadas 2011-2012 a 2014-2015. Para el registro de variables se analizó el porcentaje de acierto en los tiros libres del lanzador en la liga regular, partido completo, último minuto y última serie. De este modo se trató de analizar qué variables del contexto y del jugador permitían explicar el rendimiento en los tiros libres durante el último minuto, y la última serie de tiros libres del partido. Por otro lado, se trató de conocer el grado de asociación entre el descenso del rendimiento (drop) en los momentos finales de partido, y las variables estudiadas del jugador: puesto de juego, edad, y años de experiencia profesional; mientras que las variables situacionales consideradas fueron: fase de competición, localización, clasificación, tiempo restante, y diferencia parcial en el marcador. Para el análisis de los datos se realizaron dos modelos estadísticos: 1º) un modelo de regresión lineal múltiple para conocer el efecto de las variables independientes en el porcentaje de aciertos del lanzador en el último minuto, y en la última serie de tiros libres del partido; y 2º) un análisis de regresión logística binomial para analizar la relación existente entre la probabilidad de tener un drop (disminución del rendimiento) y las características del lanzador, y las variables situacionales. Los resultados del modelo de regresión lineal múltiple mostraron efectos negativos significativos en el porcentaje de acierto en los tiros libres durante el último minuto, cuando los lanzadores son los pívots (-19,45%). Por otro lado, los resultados durante la última serie mostraron el efecto negativo significativo sobre la posición de pívot (- 19,30%) y la diferencia parcial en el marcador (-3,33%, para cada punto de diferencia en el marcador) en el porcentaje de acierto en los tiros libres. Las variables independientes edad, experiencia profesional, clasificación en la liga regular, fase de competición, localización, y tiempo restante, no revelaron efectos significativos en los modelos de regresión lineal. Los resultados de la regresión logística binomial revelaron que las variables experiencia profesional entre 13 y 18 años (OR = 4,63), jugar de alero (OR = 23,01), y jugar de base (OR = 10,68) están relacionadas con una baja probabilidad de disminuir el rendimiento durante el último minuto del partido; mientras que ir ganando, aumenta esta probabilidad (OR = 0,06). Además, los resultados de la última serie mostraron una menor disminución del rendimiento del jugador cuando tiene entre 13 y 18 años de experiencia (OR = 4,28), y juega de alero (OR = 8,06) o base (OR = 6,34). Por el contrario, las variables situacionales relacionadas con esa disminución del rendimiento del jugador son las fases eliminatorias (OR = 0,22) e ir ganando (OR = 0,04). Los resultados principales del estudio mostraron que existe una disminución del rendimiento del jugador en su porcentaje de acierto en los tiros libres durante el último minuto y en la última serie de lanzamientos del partido, y que está relacionada significativamente con la edad, experiencia profesional, puesto de juego del jugador, y diferencia parcial en el marcador. Encontrando relación también con la fase de competición, durante la última serie de tiros libres del partido. Esta información supone una valiosa información para el entrenador, y su aplicación en el ámbito competitivo real. En este sentido, la creación de simulaciones en el apartado de aplicaciones prácticas, permite predecir el porcentaje de acierto en los tiros libres de un jugador durante los momentos de mayor presión del partido, en base a su perfil de rendimiento. Lo que puede servir para realizar una toma de decisiones más idónea, con el objetivo de lograr el mejor resultado. Del mismo modo, orienta el tipo de proceso de entrenamiento que se ha de seguir, en relación a los jugadores más tendentes al drop, con el objetivo de minimizar el efecto de la presión sobre su capacidad para rendir adecuadamente en la ejecución de los tiros libres, y lograr de esta manera un rendimiento más homogéneo en todos los jugadores del equipo en esta faceta del juego, durante el momento crítico del final de partido. ABSTRACT. The final minute of a close game in basketball is a critical moment which is subject to many factors that influence its development. Thus, the success rate in free-throws during that period will determine, in many cases, the outcome of the game. Decrease of performance (drop) in this facet of play under pressure conditions, may be related to studied own multiple sports context variables, such as the remaining seconds of possession, the situation in the score (to be winning, drawing, or losing) the location of the match (playing at home or away), the competition phase (regular season or playoffs) or team level (best/worst teams). In addition, the characteristics of the player are very important related to his age and years of experience to face the critical moments, as well as his playing position into team. In this sense, the combination of factors in context and player, allows interact about performance of shooter in the final moments of the game during his free-throw shooting. The aim of this present doctoral thesis was find the most related variables to player´s drop in free throws in the last minute of the game and the last row of free-throws in closed games of basketball. To achieve the objective of the study, 124 closed games (less or equal than 2 points difference) were analyzed in every copetition in ACB league (regular season, playoff and cup) from 2011-2012 to 2014-2015 seasons. To record the variables, the percentage of success of the shooter in regular season, full game, last minute, and last row were analyzed. This way, it is tried to analyze which player and context variables explain the free-throw performance in last minute and last row of the game. On the other hand, it is tried to determine the degree of association between decrease of performance (drop) of the player in the final moments, and studied player variables: playing position, age, and years of professional experience; while considered situational variables considered were: competition phase, location, classification, remaining time, and score-line. For data analysis were performed two statistical models: 1) A multiple linear regression model to determine the effect of the independent variables in the succsess percentage of shooter at the last minute, and in the last row of free-throws in the game; and 2) A binomial logistic regression analysis to analyze the relationship between the probability of a drop (lower performance) and the characteristics of the shooter and situational variables. The results of multiple linear regression model showed significant negative effects on the free-throw percentage during last minute, when shooters are centers (-19.45%). On the other hand, results in the last series showed the significant negative effect on the center position (-19.30%) and score-line (-3.33% for each point difference in the score) in the free-throw percentage. The independent variables age, professional experience, ranking in the regular season, competition phase, location, and remaining time, revealed no significant effects on linear regression models. The results of the binomial logistic regression showed that the variables professional experience between 13 and 18 years (OR = 4.63), playing forward (OR = 23.01) and playing guard (OR = 10.68) are related to reduce the probability to decrease the performance during the last minute of the game. While wining, increases it (OR = 0.06). Furthermore, the results of the last row showed a reduction in performance degradation when player is between 13 and 18 years of experience (OR = 4.28), and playing forward (OR = 8.06) or guard (OR = 6.34). By contrast, the variables related to the decrease in performance of the player are the knockout phases (OR = 0.22) and wining (OR = 0.04). The main results of the study showed that there is a decrease in performance of the player in the percentage of success in free-throws in the last minute and last row of the game, and it is significantly associated with age, professional experience, and player position. Finding relationship with the competition phase, during last row of free-throws of the game too. This information is a valuable information for the coach, for applying in real competitive environment. In this sense, create simulations in the section of practical applications allows to predict the success rate of free-throw of a player during the most pressing moments of the game, based on their performance profile. What can be used to take more appropriate decisions in order to achieve the best result. Similarly, guides the type of training process must be followed in relation to the most favorable players to drop, in order to minimize the effect of pressure on their ability to perform properly in the execution of the free-throws. And to achieve, in this way, a more consistent performance in all team players in this facet of the game, during the critical moment in the final of the game.

Single molecule physics and chemistry

New experiments using scanning probe microcopies and advanced optical methods allow us to study molecules as individuals, not just as populations. The findings of these studies not only include the confirmation of results expected from studies of bulk matter, but also give substantially new information concerning the complexity of biomolecules or molecules in a structured environment. The technique lays the groundwork for achieving the control of an individual molecule’s motion. Ultimately, this work may lead to such practical applications as miniaturized sensors.

Precursores funcionalizantes de poros à base de alginato para obtenção de cerâmicas bioativas

A complexidade de desenvolver novas tecnologias para aplicações em reconstituição óssea se deve à necessidade de combinar várias propriedades químicas e físicas para que o material proporcione o desempenho almejado. Particularmente, em aplicações que visam osteogênese, os enxertos sintéticos devem ser bioativos, possuir porosidade com volume, geometria e interconectividade de poros controlados, além de ter boas propriedades mecânicas, dentro de limites relativamente rígidos. Por essa razão, o recobrimento de materiais bioinertes com cerâmicas bioativas se tornou o foco da presente pesquisa. O objetivo desse estudo foi desenvolver um novo método de produção de enxertos cerâmicos com macroporosidade funcionalizada, onde a formação e o revestimento dos poros são realizados em uma única etapa. Foi realizado o estudo de recobrimento com vidro bioativo e fosfato de cálcio. Para isso, agentes porogênicos na forma de grânulos (de 600 μm a 2 mm de diâmetro) foram sintetizados pelo método da gelificação de uma solução aquosa de alginato de sódio gotejada em solução de nitrato de cálcio (0,5 M), com incorporação de outros elementos para a formação de biovidro ou fosfato de cálcio. Esses grânulos foram conglomerados a um vidro ou alumina em pó, formando um compósito, que foi tratado termicamente para sinterização e formação de poros. No caso da matriz vítrea, a sinterização ocorreu com cristalização simultânea e concorrente. As cerâmicas resultantes foram caracterizadas por microscopia óptica e eletrônica de varredura, sendo possível observar a formação de macroporos aproximadamente esféricos (de 600 μm a 2 mm de diâmetro) revestidos internamente por uma camada de material com possível composição bioativa.