Desenvolupament computacional de la semblança molecular quàntica

La present Tesi Doctoral, titulada desenvolupament computacional de la semblança molecular quàntica, tracta, fonamentalment, els aspectes de càlcul de mesures de semblança basades en la comparació de funcions de densitat electrònica.El primer capítol, Semblança quàntica, és introductori. S'hi descriuen les funcions de densitat de probabilitat electrònica i llur significança en el marc de la mecànica quàntica. Se n'expliciten els aspectes essencials i les condicions matemàtiques a satisfer, cara a una millor comprensió dels models de densitat electrònica que es proposen. Hom presenta les densitats electròniques, mencionant els teoremes de Hohenberg i Kohn i esquematitzant la teoria de Bader, com magnituds fonamentals en la descripció de les molècules i en la comprensió de llurs propietats.En el capítol Models de densitats electròniques moleculars es presenten procediments computacionals originals per l'ajust de funcions densitat a models expandits en termes de gaussianes 1s centrades en els nuclis. Les restriccions físico-matemàtiques associades a les distribucions de probabilitat s'introdueixen de manera rigorosa, en el procediment anomenat Atomic Shell Approximation (ASA). Aquest procediment, implementat en el programa ASAC, parteix d'un espai funcional quasi complert, d'on se seleccionen variacionalment les funcions o capes de l'expansió, d'acord als requisits de no negativitat. La qualitat d'aquestes densitats i de les mesures de semblança derivades es verifica abastament. Aquest model ASA s'estén a representacions dinàmiques, físicament més acurades, en quant que afectades per les vibracions nuclears, cara a una exploració de l'efecte de l'esmorteïment dels pics nuclears en les mesures de semblança molecular. La comparació de les densitats dinàmiques respecte les estàtiques evidencia un reordenament en les densitats dinàmiques, d'acord al que constituiria una manifestació del Principi quàntic de Le Chatelier. El procediment ASA, explícitament consistent amb les condicions de N-representabilitat, s'aplica també a la determinació directe de densitats electròniques hidrogenoides, en un context de teoria del funcional de la densitat.El capítol Maximització global de la funció de semblança presenta algorismes originals per la determinació de la màxima sobreposició de les densitats electròniques moleculars. Les mesures de semblança molecular quàntica s'identifiquen amb el màxim solapament, de manera es mesuri la distància entre les molècules, independentment dels sistemes de referència on es defineixen les densitats electròniques. Partint de la solució global en el límit de densitats infinitament compactades en els nuclis, es proposen tres nivells de aproximació per l'exploració sistemàtica, no estocàstica, de la funció de semblança, possibilitant la identificació eficient del màxim global, així com també dels diferents màxims locals. Es proposa també una parametrització original de les integrals de recobriment a través d'ajustos a funcions lorentzianes, en quant que tècnica d'acceleració computacional. En la pràctica de les relacions estructura-activitat, aquests avenços possibiliten la implementació eficient de mesures de semblança quantitatives, i, paral·lelament, proporcionen una metodologia totalment automàtica d'alineació molecular. El capítol Semblances d'àtoms en molècules descriu un algorisme de comparació dels àtoms de Bader, o regions tridimensionals delimitades per superfícies de flux zero de la funció de densitat electrònica. El caràcter quantitatiu d'aquestes semblances possibilita la mesura rigorosa de la noció química de transferibilitat d'àtoms i grups funcionals. Les superfícies de flux zero i els algorismes d'integració usats han estat publicats recentment i constitueixen l'aproximació més acurada pel càlcul de les propietats atòmiques. Finalment, en el capítol Semblances en estructures cristal·lines hom proposa una definició original de semblança, específica per la comparació dels conceptes de suavitat o softness en la distribució de fonons associats a l'estructura cristal·lina. Aquests conceptes apareixen en estudis de superconductivitat a causa de la influència de les interaccions electró-fonó en les temperatures de transició a l'estat superconductor. En aplicar-se aquesta metodologia a l'anàlisi de sals de BEDT-TTF, s'evidencien correlacions estructurals entre sals superconductores i no superconductores, en consonància amb les hipòtesis apuntades a la literatura sobre la rellevància de determinades interaccions.Conclouen aquesta tesi un apèndix que conté el programa ASAC, implementació de l'algorisme ASA, i un capítol final amb referències bibliogràfiques.

Molecular quantum similarity in QSAR: applications in computer-aided molecular design

La present tesi està centrada en l'ús de la Teoria de Semblança Quàntica per a calcular descriptors moleculars. Aquests descriptors s'utilitzen com a paràmetres estructurals per a derivar correlacions entre l'estructura i la funció o activitat experimental per a un conjunt de compostos. Els estudis de Relacions Quantitatives Estructura-Activitat són d'especial interès per al disseny racional de molècules assistit per ordinador i, en particular, per al disseny de fàrmacs. Aquesta memòria consta de quatre parts diferenciades. En els dos primers blocs es revisen els fonaments de la teoria de semblança quàntica, així com l'aproximació topològica basada en la teoria de grafs. Ambdues teories es fan servir per a calcular els descriptors moleculars. En el segon bloc, s'ha de remarcar la programació i implementació de programari per a calcular els anomenats índexs topològics de semblança quàntica. La tercera secció detalla les bases de les Relacions Quantitatives Estructura-Activitat i, finalment, el darrer apartat recull els resultats d'aplicació obtinguts per a diferents sistemes biològics.

A proposal of a behavior-based control architecture with reinforcement learning for an autonomous underwater robot

Aquesta tesi proposa l'ús d'un seguit de tècniques pel control a alt nivell d'un robot autònom i també per l'aprenentatge automàtic de comportaments. L'objectiu principal de la tesis fou el de dotar d'intel·ligència als robots autònoms que han d'acomplir unes missions determinades en entorns desconeguts i no estructurats. Una de les premisses tingudes en compte en tots els passos d'aquesta tesis va ser la selecció d'aquelles tècniques que poguessin ésser aplicades en temps real, i demostrar-ne el seu funcionament amb experiments reals. El camp d'aplicació de tots els experiments es la robòtica submarina. En una primera part, la tesis es centra en el disseny d'una arquitectura de control que ha de permetre l'assoliment d'una missió prèviament definida. En particular, la tesis proposa l'ús de les arquitectures de control basades en comportaments per a l'assoliment de cada una de les tasques que composen la totalitat de la missió. Una arquitectura d'aquest tipus està formada per un conjunt independent de comportaments, els quals representen diferents intencions del robot (ex.: "anar a una posició", "evitar obstacles",...). Es presenta una recerca bibliogràfica sobre aquest camp i alhora es mostren els resultats d'aplicar quatre de les arquitectures basades en comportaments més representatives a una tasca concreta. De l'anàlisi dels resultats se'n deriva que un dels factors que més influeixen en el rendiment d'aquestes arquitectures, és la metodologia emprada per coordinar les respostes dels comportaments. Per una banda, la coordinació competitiva és aquella en que només un dels comportaments controla el robot. Per altra banda, en la coordinació cooperativa el control del robot és realitza a partir d'una fusió de totes les respostes dels comportaments actius. La tesis, proposa un esquema híbrid d'arquitectura capaç de beneficiar-se dels principals avantatges d'ambdues metodologies. En una segona part, la tesis proposa la utilització de l'aprenentatge per reforç per aprendre l'estructura interna dels comportaments. Aquest tipus d'aprenentatge és adequat per entorns desconeguts i el procés d'aprenentatge es realitza al mateix temps que el robot està explorant l'entorn. La tesis presenta també un estat de l'art d'aquest camp, en el que es detallen els principals problemes que apareixen en utilitzar els algoritmes d'aprenentatge per reforç en aplicacions reals, com la robòtica. El problema de la generalització és un dels que més influeix i consisteix en permetre l'ús de variables continues sense augmentar substancialment el temps de convergència. Després de descriure breument les principals metodologies per generalitzar, la tesis proposa l'ús d'una xarxa neural combinada amb l'algoritme d'aprenentatge per reforç Q_learning. Aquesta combinació proporciona una gran capacitat de generalització i una molt bona disposició per aprendre en tasques de robòtica amb exigències de temps real. No obstant, les xarxes neurals són aproximadors de funcions no-locals, el que significa que en treballar amb un conjunt de dades no homogeni es produeix una interferència: aprendre en un subconjunt de l'espai significa desaprendre en la resta de l'espai. El problema de la interferència afecta de manera directa en robòtica, ja que l'exploració de l'espai es realitza sempre localment. L'algoritme proposat en la tesi té en compte aquest problema i manté una base de dades representativa de totes les zones explorades. Així doncs, totes les mostres de la base de dades s'utilitzen per actualitzar la xarxa neural, i per tant, l'aprenentatge és homogeni. Finalment, la tesi presenta els resultats obtinguts amb la arquitectura de control basada en comportaments i l'algoritme d'aprenentatge per reforç. Els experiments es realitzen amb el robot URIS, desenvolupat a la Universitat de Girona, i el comportament après és el seguiment d'un objecte mitjançant visió per computador. La tesi detalla tots els dispositius desenvolupats pels experiments així com les característiques del propi robot submarí. Els resultats obtinguts demostren la idoneïtat de les propostes en permetre l'aprenentatge del comportament en temps real. En un segon apartat de resultats es demostra la capacitat de generalització de l'algoritme d'aprenentatge mitjançant el "benchmark" del "cotxe i la muntanya". Els resultats obtinguts en aquest problema milloren els resultats d'altres metodologies, demostrant la millor capacitat de generalització de les xarxes neurals.

Integració 3D de detectors de píxels híbrids

La miniaturització de la industria microelectrònica és un fet del tot inqüestionables i la tecnologia CMOS no n'és una excepció. En conseqüència la comunitat científica s'ha plantejat dos grans reptes: En primer lloc portar la tecnologia CMOS el més lluny possible ('Beyond CMOS') tot desenvolupant sistemes d'altes prestacions com microprocessadors, micro - nanosistemes o bé sistemes de píxels. I en segon lloc encetar una nova generació electrònica basada en tecnologies totalment diferents dins l'àmbit de les Nanotecnologies. Tots aquests avanços exigeixen una recerca i innovació constant en la resta d'àrees complementaries com són les d'encapsulat. L'encapsulat ha de satisfer bàsicament tres funcions: Interfície elèctrica del sistema amb l'exterior, Proporcionar un suport mecànic al sistema i Proporcionar un camí de dissipació de calor. Per tant, si tenim en compte que la majoria d'aquests dispositius d'altes prestacions demanden un alt nombre d'entrades i sortides, els mòduls multixip (MCMs) i la tecnologia flip chip es presenten com una solució molt interessant per aquests tipus de dispositiu. L'objectiu d'aquesta tesi és la de desenvolupar una tecnologia de mòduls multixip basada en interconnexions flip chip per a la integració de detectors de píxels híbrids, que inclou: 1) El desenvolupament d'una tecnologia de bumping basada en bumps de soldadura Sn/Ag eutèctics dipositats per electrodeposició amb un pitch de 50µm, i 2) El desenvolupament d'una tecnologia de vies d'or en silici que permet interconnectar i apilar xips verticalment (3D packaging) amb un pitch de 100µm. Finalment aquesta alta capacitat d'interconnexió dels encapsulats flip chip ha permès que sistemes de píxels tradicionalment monolítics puguin evolucionar cap a sistemes híbrids més compactes i complexes, i que en aquesta tesi s'ha vist reflectit transferint la tecnologia desenvolupada al camp de la física d'altes energies, en concret implantant el sistema de bump bonding d'un mamògraf digital. Addicionalment s'ha implantat també un dispositiu detector híbrid modular per a la reconstrucció d'imatges 3D en temps real, que ha donat lloc a una patent.

Els precedents de la Catedral de Santa Maria de Girona. De la plaça religiosa del fòrum romà al conjunt arquitectònic de la seu romànica (ss. I aC - XIV dC)

S'estudia els precedents de l'actual edifici de la Catedral de Girona prenent com a guia bàsica les restes físiques detectades en el sector, combinant-les amb nombroses notícies procedents de la documentació escrita i la consideració de paral·lels. Un apartat historiogràfic posa de relleu les diferents opinions sobre la història de la Catedral i dels seus edificis d'ençà del segle XVII. El conjunt d'època romana consistia en la plaça religiosa del fòrum de la ciutat. Com que els segles de l'Antiguitat Tardana i Alta Edat Mitjana no deixaren rastre físic identificable, el següent conjunt arquitectònic estudiat és el de la catedral del segle XI (iniciada vers 1010), detallada en cadascuna de les seves parts així com en els seus aspectes generals (implantació, tècnica constructiva, decoració). Finalment, l'estudi del conjunt claustral (configuració i funcions) permet aclarir determinats aspectes de la història institucional del capítol de la Catedral.

La construcció de l'església de Sant Feliu de Girona al segle XIV. Els llibres d'obra

Aquesta tesi doctoral com diu el seu títol es centra en analitzar la construcció de l'església de Sant Feliu de Girona al segle XIV a través de l'anàlisi dels llibres d'obra conservats a l'Arxiu Diòcesa de Girona. Aquesta tesi doctoral esta dividida en quatre parts. En la primera part s'analitza la historiografia de l'església de Sant Feliu de Girona des del segle XVII fins a l'actualitat. Dins d'aquest apartat s'analitzen les notícies que aporten els diferents autors i es situa el context historiogràfic de cadascun dels segles. S'ha realitzat un estudi molt exhaustiu en les darreres publicacions del segle XX i inicis del segle XXI. Un cop analitzades aquestes fonts - secundàries -, dins d'aquesta primera part del treball s'ha passat a analitzar els llibres d'obra del segle XIV. S'analitzaràn els aspectes formals i els diferents escrivans encarregats de realitzar aquests llibres d'obra. Aquesta serà la documentació bàsica per realitzar aquesta tesi doctoral. En la segona part del treball es procedirà a analitzar la gestió i el finançament de l'Obra. Es tracta d'una anàlisi, bàsicament dels ingressos, per veure quines són les estratègies que es duen a terme per aconseguir el màxim de recursos per la construcció i per les necessitats "litúrgiques" de l'església de Sant Feliu de Girona. En aquest apartat s'ha analitzat l'Obra com a entitat amb les persones que formen part d'ella i el paper que correspon a cadascuna d'elles (l'obrer, l'escrivà, el mestre d'obres, el questor). També s'han analitzat els promotors i aquells ingressos que, pel seu volum, subministren el nombre més gran de diners a l'Obra ("annates", bacins, etc.). La tercera part ha consistit en l'elaboració de la cronologia constructiva de l'església de Sant Feliu de Girona partint de la informació obtinguda en els llibres d'obra corresponent a les despeses. S'han analitzat totes aquelles obres, tant pel que fa a la construcció de l'edifici com pel que fa a reparacions i manteniment, que tenen lloc entre l'any 1349 (data del primer llibre d'obra de despeses) i l'any 1391. En aquesta part no s'ha entrat a analitzar de forma exhaustiva les figures que fan possible la construcció de l'església al segle XIV ja que això pertany al contingut de la darrera part del nostre treball. La darrera part del treball correspon a l'execució de les obres. En aquesta part trobem quatre grans capítols: els mestres d'obra, la mà d'obra, els materials i els mitjans auxiliars. En cadascun d'aquests capítols s'ha incidit sobre el rol dels diferents treballadors durant la construcció del temple, els materials utilitzats i les seves característiques (pedra, fusta, aglomerants, etc.) i els mitjans auxiliars utilitzats per col.locar aquests materials en obra. S'han separat els mestres d'obres de la resta de treballadors ja que els primers juguen un rol diferenciat dels segons. S'ha intentat analitzar en ambdós casos els seus sous i les tasques de cadascun d'ells. Pel que fa als materials també s'ha procedit a analitzar d'on s'extreuen, com han arribat a peu d'obra i on s'emmagatzemen i manipulen o transformen abans d'ésser col.locats en obra. Dels mitjans auxiliars s'ha intentat analitzar les funcions per la qual es fan servir les eines (apareixen totes les de l'ofici de pedrer), els enginys (elevar pesos), les bastides (poder treballar en alçada) i el encofrats (garantir la resistència inicial dels elements constructius). Evidentment s'han establert unes conclusions de cadascuna de les parts i unes conclusions finals. La tesi també inclou els agraïments corresponents, el prefaci i la bibliografia.

Prácticas culturales para el manejo de la Sigatoka negra en bananos y plátanos

Black sigatoka (Mycosphaerella fijiensis) control consists in the continuous use of fungicide sprays and cultural practices. Cultural control reduces inoculum sources of the pathogen and favorable environmental conditions for its development, as well as it increases the vigor of the plants. In order to manage the disease it is necessary to know its behavior through the time, its relationship with the weather and the crop management. The most important cultural practice to reduce the inoculum source is the removal of the whole affected leaves or only the diseased portions of the leaves. The removed tissue is placed over the ground and the use of urea is feasible to accelerate its decomposition. An alternative practice is the "mini-composting" that consists in forming small heaps with the dead leaves and harvested plants for its quick degradation, which allows to reduce the pathogen inoculum and to incorporate nutrients and organic matters into the soil. The early pruning of the tips of the Young leaves before they show symptoms of the disease and the quick elimination of harvested plants reduce the inoculum. Also, the agronomic management of the crop helps to reduce the favorable conditions and to increase the vigor of the plants: this management considers plantation density, drainage systems, irrigation methods, control of weeds, chemical-biological fertilization, and nematode control.

Ecologia do movimento e dinâmica espaço-temporal da onça-pintada (Panthera onca) no Pantanal sul do Brasil

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Rethinking Metabolic Measurements

Comenzará la charla con un clásico “Érase una vez”, utilizando el símil de una buena historia para redirigir nuestras ideas sobre las medidas y técnicas metabólicas. Nos guiará por esos caminos lleno de reactivos, sustratos y cofactores enzimáticos, de gran complejidad y montones de química orgánica hasta ver la luz en un mundo lleno de nuevas aplicaciones, interpretaciones y futuras mediciones oceanográficas. Intentará sembrar distintas ideas y enfoques con el objetivo de que en el futuro, nuestros diferentes cerebros científicos valoren el trabajo en equipo, juntos. Esto podría dar lugar al descubrimiento de nuevas e interesantes líneas de investigación combinando nuestras propias ideas y experiencias con las de los demás.

Elaborazione di Big Data: un’applicazione dello Speed Layer di Lambda Architecture

I Big Data hanno forgiato nuove tecnologie che migliorano la qualità della vita utilizzando la combinazione di rappresentazioni eterogenee di dati in varie discipline. Occorre, quindi, un sistema realtime in grado di computare i dati in tempo reale. Tale sistema viene denominato speed layer, come si evince dal nome si è pensato a garantire che i nuovi dati siano restituiti dalle query funcions con la rapidità in cui essi arrivano. Il lavoro di tesi verte sulla realizzazione di un’architettura che si rifaccia allo Speed Layer della Lambda Architecture e che sia in grado di ricevere dati metereologici pubblicati su una coda MQTT, elaborarli in tempo reale e memorizzarli in un database per renderli disponibili ai Data Scientist. L’ambiente di programmazione utilizzato è JAVA, il progetto è stato installato sulla piattaforma Hortonworks che si basa sul framework Hadoop e sul sistema di computazione Storm, che permette di lavorare con flussi di dati illimitati, effettuando l’elaborazione in tempo reale. A differenza dei tradizionali approcci di stream-processing con reti di code e workers, Storm è fault-tolerance e scalabile. Gli sforzi dedicati al suo sviluppo da parte della Apache Software Foundation, il crescente utilizzo in ambito di produzione di importanti aziende, il supporto da parte delle compagnie di cloud hosting sono segnali che questa tecnologia prenderà sempre più piede come soluzione per la gestione di computazioni distribuite orientate agli eventi. Per poter memorizzare e analizzare queste moli di dati, che da sempre hanno costituito una problematica non superabile con i database tradizionali, è stato utilizzato un database non relazionale: HBase.

Prácticas culturales para el manejo de la Sigatoka negra en bananos y plátanos

Black sigatoka (Mycosphaerella fijiensis) control consists in the continuous use of fungicide sprays and cultural practices. Cultural control reduces inoculum sources of the pathogen and favorable environmental conditions for its development, as well as it increases the vigor of the plants. In order to manage the disease it is necessary to know its behavior through the time, its relationship with the weather and the crop management. The most important cultural practice to reduce the inoculum source is the removal of the whole affected leaves or only the diseased portions of the leaves. The removed tissue is placed over the ground and the use of urea is feasible to accelerate its decomposition. An alternative practice is the "mini-composting" that consists in forming small heaps with the dead leaves and harvested plants for its quick degradation, which allows to reduce the pathogen inoculum and to incorporate nutrients and organic matters into the soil. The early pruning of the tips of the Young leaves before they show symptoms of the disease and the quick elimination of harvested plants reduce the inoculum. Also, the agronomic management of the crop helps to reduce the favorable conditions and to increase the vigor of the plants: this management considers plantation density, drainage systems, irrigation methods, control of weeds, chemical-biological fertilization, and nematode control.