Design and control of multi-finger haptic devices for dexterous manipulation

En la interacción con el entorno que nos rodea durante nuestra vida diaria (utilizar un cepillo de dientes, abrir puertas, utilizar el teléfono móvil, etc.) y en situaciones profesionales (intervenciones médicas, procesos de producción, etc.), típicamente realizamos manipulaciones avanzadas que incluyen la utilización de los dedos de ambas manos. De esta forma el desarrollo de métodos de interacción háptica multi-dedo dan lugar a interfaces hombre-máquina más naturales y realistas. No obstante, la mayoría de interfaces hápticas disponibles en el mercado están basadas en interacciones con un solo punto de contacto; esto puede ser suficiente para la exploración o palpación del entorno pero no permite la realización de tareas más avanzadas como agarres. En esta tesis, se investiga el diseño mecánico, control y aplicaciones de dispositivos hápticos modulares con capacidad de reflexión de fuerzas en los dedos índice, corazón y pulgar del usuario. El diseño mecánico de la interfaz diseñada, ha sido optimizado con funciones multi-objetivo para conseguir una baja inercia, un amplio espacio de trabajo, alta manipulabilidad y reflexión de fuerzas superiores a 3 N en el espacio de trabajo. El ancho de banda y la rigidez del dispositivo se han evaluado mediante simulación y experimentación real. Una de las áreas más importantes en el diseño de estos dispositivos es el efector final, ya que es la parte que está en contacto con el usuario. Durante este trabajo se ha diseñado un dedal de bajo peso, adaptable a diferentes usuarios que, mediante la incorporación de sensores de contacto, permite estimar fuerzas normales y tangenciales durante la interacción con entornos reales y virtuales. Para el diseño de la arquitectura de control, se estudiaron los principales requisitos para estos dispositivos. Entre estos, cabe destacar la adquisición, procesado e intercambio a través de internet de numerosas señales de control e instrumentación; la computación de equaciones matemáticas incluyendo la cinemática directa e inversa, jacobiana, algoritmos de detección de agarres, etc. Todos estos componentes deben calcularse en tiempo real garantizando una frecuencia mínima de 1 KHz. Además, se describen sistemas para manipulación de precisión virtual y remota; así como el diseño de un método denominado "desacoplo cinemático iterativo" para computar la cinemática inversa de robots y la comparación con otros métodos actuales. Para entender la importancia de la interacción multimodal, se ha llevado a cabo un estudio para comprobar qué estímulos sensoriales se correlacionan con tiempos de respuesta más rápidos y de mayor precisión. Estos experimentos se desarrollaron en colaboración con neurocientíficos del instituto Technion Israel Institute of Technology. Comparando los tiempos de respuesta en la interacción unimodal (auditiva, visual y háptica) con combinaciones bimodales y trimodales de los mismos, se demuestra que el movimiento sincronizado de los dedos para generar respuestas de agarre se basa principalmente en la percepción háptica. La ventaja en el tiempo de procesamiento de los estímulos hápticos, sugiere que los entornos virtuales que incluyen esta componente sensorial generan mejores contingencias motoras y mejoran la credibilidad de los eventos. Se concluye que, los sistemas que incluyen percepción háptica dotan a los usuarios de más tiempo en las etapas cognitivas para rellenar información de forma creativa y formar una experiencia más rica. Una aplicación interesante de los dispositivos hápticos es el diseño de nuevos simuladores que permitan entrenar habilidades manuales en el sector médico. En colaboración con fisioterapeutas de Griffith University en Australia, se desarrolló un simulador que permite realizar ejercicios de rehabilitación de la mano. Las propiedades de rigidez no lineales de la articulación metacarpofalange del dedo índice se estimaron mediante la utilización del efector final diseñado. Estos parámetros, se han implementado en un escenario que simula el comportamiento de la mano humana y que permite la interacción háptica a través de esta interfaz. Las aplicaciones potenciales de este simulador están relacionadas con entrenamiento y educación de estudiantes de fisioterapia. En esta tesis, se han desarrollado nuevos métodos que permiten el control simultáneo de robots y manos robóticas en la interacción con entornos reales. El espacio de trabajo alcanzable por el dispositivo háptico, se extiende mediante el cambio de modo de control automático entre posición y velocidad. Además, estos métodos permiten reconocer el gesto del usuario durante las primeras etapas de aproximación al objeto para su agarre. Mediante experimentos de manipulación avanzada de objetos con un manipulador y diferentes manos robóticas, se muestra que el tiempo en realizar una tarea se reduce y que el sistema permite la realización de la tarea con precisión. Este trabajo, es el resultado de una colaboración con investigadores de Harvard BioRobotics Laboratory. ABSTRACT When we interact with the environment in our daily life (using a toothbrush, opening doors, using cell-phones, etc.), or in professional situations (medical interventions, manufacturing processes, etc.) we typically perform dexterous manipulations that involve multiple fingers and palm for both hands. Therefore, multi-Finger haptic methods can provide a realistic and natural human-machine interface to enhance immersion when interacting with simulated or remote environments. Most commercial devices allow haptic interaction with only one contact point, which may be sufficient for some exploration or palpation tasks but are not enough to perform advanced object manipulations such as grasping. In this thesis, I investigate the mechanical design, control and applications of a modular haptic device that can provide force feedback to the index, thumb and middle fingers of the user. The designed mechanical device is optimized with a multi-objective design function to achieve a low inertia, a large workspace, manipulability, and force-feedback of up to 3 N within the workspace; the bandwidth and rigidity for the device is assessed through simulation and real experimentation. One of the most important areas when designing haptic devices is the end-effector, since it is in contact with the user. In this thesis the design and evaluation of a thimble-like, lightweight, user-adaptable, and cost-effective device that incorporates four contact force sensors is described. This design allows estimation of the forces applied by a user during manipulation of virtual and real objects. The design of a real-time, modular control architecture for multi-finger haptic interaction is described. Requirements for control of multi-finger haptic devices are explored. Moreover, a large number of signals have to be acquired, processed, sent over the network and mathematical computations such as device direct and inverse kinematics, jacobian, grasp detection algorithms, etc. have to be calculated in Real Time to assure the required high fidelity for the haptic interaction. The Hardware control architecture has different modules and consists of an FPGA for the low-level controller and a RT controller for managing all the complex calculations (jacobian, kinematics, etc.); this provides a compact and scalable solution for the required high computation capabilities assuring a correct frequency rate for the control loop of 1 kHz. A set-up for dexterous virtual and real manipulation is described. Moreover, a new algorithm named the iterative kinematic decoupling method was implemented to solve the inverse kinematics of a robotic manipulator. In order to understand the importance of multi-modal interaction including haptics, a subject study was carried out to look for sensory stimuli that correlate with fast response time and enhanced accuracy. This experiment was carried out in collaboration with neuro-scientists from Technion Israel Institute of Technology. By comparing the grasping response times in unimodal (auditory, visual, and haptic) events with the response times in events with bimodal and trimodal combinations. It is concluded that in grasping tasks the synchronized motion of the fingers to generate the grasping response relies on haptic cues. This processing-speed advantage of haptic cues suggests that multimodalhaptic virtual environments are superior in generating motor contingencies, enhancing the plausibility of events. Applications that include haptics provide users with more time at the cognitive stages to fill in missing information creatively and form a richer experience. A major application of haptic devices is the design of new simulators to train manual skills for the medical sector. In collaboration with physical therapists from Griffith University in Australia, we developed a simulator to allow hand rehabilitation manipulations. First, the non-linear stiffness properties of the metacarpophalangeal joint of the index finger were estimated by using the designed end-effector; these parameters are implemented in a scenario that simulates the behavior of the human hand and that allows haptic interaction through the designed haptic device. The potential application of this work is related to educational and medical training purposes. In this thesis, new methods to simultaneously control the position and orientation of a robotic manipulator and the grasp of a robotic hand when interacting with large real environments are studied. The reachable workspace is extended by automatically switching between rate and position control modes. Moreover, the human hand gesture is recognized by reading the relative movements of the index, thumb and middle fingers of the user during the early stages of the approximation-to-the-object phase and then mapped to the robotic hand actuators. These methods are validated to perform dexterous manipulation of objects with a robotic manipulator, and different robotic hands. This work is the result of a research collaboration with researchers from the Harvard BioRobotics Laboratory. The developed experiments show that the overall task time is reduced and that the developed methods allow for full dexterity and correct completion of dexterous manipulations.

Análisis genómico y funcional de los sistemas de Quorum Sensing en Rhizobium leguminosarum

Rhizobium leguminosarum (Rl) es una alfa-proteobacteria capaz de establecer una simbiosis diazotrófica con distintas leguminosas. A pesar de la importancia de esta simbiosis en el balance global del ciclo del nitrógeno, muy pocos genomas de rhizobios han sido secuenciados, que aporten nuevos conocimientos relacionados con las características genéticas que contribuyen a importantes procesos simbióticos. Únicamente tres secuencias completas de Rl han sido publicadas: Rl bv. viciae 3841 y dos genomas de Rl bv. trifolii (WSM1325 y WSM2304), ambos simbiontes de trébol. La secuencia genómica de Rlv UPM791 se ha determinado por medio de secuenciación 454. Este genoma tiene un tamaño aproximado de 7.8 Mb, organizado en un cromosoma y 5 replicones extracromosómicos, que incluyen un plásmido simbiótico de 405 kb. Este nuevo genoma se ha analizado en relación a las funciones simbióticas y adaptativas en comparación con los genomas completos de Rlv 3841 y Rl bv. trifolii WSM1325 y WSM2304. Mientras que los plásmidos pUPM791a y b se encuentran conservados, el plásmido simbiótico pUPM791c exhibe un grado de conservación muy bajo comparado con aquellos descritos en las otras cepas de Rl. Uno de los factores implicados en el establecimiento de la simbiosis es el sistema de comunicación intercelular conocido como Quorum Sensing (QS). El análisis del genoma de Rlv UPM791 ha permitido la identificación de dos sistemas tipo LuxRI mediados por señales de tipo N-acyl-homoserina lactonas (AHLs). El análisis mediante HPLC-MS ha permitido asociar las señales C6-HSL, C7-HSL y C8-HSL al sistema rhiRI, codificado en el plásmido simbiótico; mientras que el sistema cinRI, localizado en el cromosoma, produce 3OH-C14:1-HSL. Se ha identificado una tercera sintasa (TraI) codificada en el plásmido simbiótico, pero su regulador correspondiente se encuentra truncado debido a un salto de fase. Adicionalmente, se han encontrado tres reguladores de tipo LuxR-orphan que no presentan una sintasa LuxI asociada. El efecto potencial de las señales tipo AHL se ha estudiado mediante una estrategia de quorum quenching, la cual interfiere con los sistemas de QS de la bacteria. Esta estrategia está basada en la introducción del gen aiiA de Bacillus subtilis, que expresa constitutivamente una enzima lactonasa degradadora de AHLs. Para llevar a cabo el análisis en condiciones simbióticas, se ha desarrollado un sistema de doble marcaje que permite la identificación basado en los marcadores gusA y celB, que codifican para una enzima β–glucuronidasa y una β–galactosidasa termoestable, respectivamente. Los resultados obtenidos indican que Rlv UPM791 predomina sobre la cepa Rlv 3841 para la formación de nódulos en plantas de guisante. La baja estabilidad del plásmido que codifica para aiiA, no ha permitido obtener una conclusión definitiva sobre el efecto de la lactonasa AiiA en competitividad. Con el fin de analizar el significado y la regulación de la producción de moléculas señal tipo AHL, se han generado mutantes defectivos en cada uno de los dos sistemas de QS. Se ha llevado a cabo un análisis detallado sobre la producción de AHLs, formación de biofilm y simbiosis con plantas de guisante, veza y lenteja. El efecto de las deleciones de los genes rhiI y rhiR en Rlv UPM791 es más drástico en ausencia del plásmido pUPM791d. Mutaciones en cinI o cinRIS muestran tanto ausencia de señales, como producción exclusivamente de las de bajo peso molecular, respectivamente, producidas por el sistema rhiRI. Estas mutaciones mostraron un efecto importante en simbiosis. El sistema rhiRI se necesita para un comportamiento simbiótico normal. Además, mutantes cinRIS generaron nódulos blancos e ineficientes, mientras que el mutante cinI fue incapaz de producir nódulos en ninguna de las leguminosas utilizadas. Dicha mutación resultó en la inestabilización del plasmido simbiótico por un mecanismo dependiente de cinI que no ha sido aclarado. En general, los resultados obtenidos indican la existencia de un modelo de regulación dependiente de QS significativamente distinto a los que se han descrito previamente en otras cepas de R. leguminosarum, en las cuales no se había observado ningún fenotipo relevante en simbiosis. La regulación de la producción de AHLs Rlv UPM791 es un proceso complejo que implica genes situados en los plásmidos UPM791c y UPM791d, además de la señal 3-OH-C14:1-HSL. Finalmente, se ha identificado un transportador de tipo RND, homologo a mexAB-oprM de P. aeruginosa e implicado en la extrusión de AHLs de cadena larga. La mutación he dicho transportador no tuvo efectos apreciables sobre la simbiosis. ABSTRACT Rhizobium leguminosarum (Rl) is a soil alpha-proteobacterium that establishes a diazotrophic symbiosis with different legumes. Despite the importance of this symbiosis to the global nitrogen cycling balance, very few rhizobial genomes have been sequenced so far which provide new insights into the genetic features contributing to symbiotically relevant processes. Only three complete sequences of Rl strains have been published: Rl bv. viciae 3841, harboring six plasmids (7.75 Mb) and two Rl bv. trifolii (WSM1325 and WSM2304), both clover symbionts, harboring 5 and 4 plasmids, respectively (7.41 and 6.87 Mb). The genomic sequence of Rlv UPM791 was undertaken by means of 454 sequencing. Illumina and Sanger reads were used to improve the assembly, leading to 17 final contigs. This genome has an estimated size of 7.8 Mb organized in one chromosome and five extrachromosomal replicons, including a 405 kb symbiotic plasmid. Four of these plasmids are already closed, whereas there are still gaps in the smallest one (pUPM791d) due to the presence of insertion elements and repeated sequences, which difficult the assembly. The annotation has been carried out thanks to the Manatee pipeline. This new genome has been analyzed as regarding symbiotic and adaptive functions in comparison to the Rlv 3841 complete genome, and to those from Rl bv. trifolii strains WSM1325 and WSM2304. While plasmids pUPM791a and b are conserved, the symbiotic plasmid pUPM791c exhibited the lowest degree of conservation as compared to those from the other Rl strains. One of the factors involved in the symbiotic process is the intercellular communication system known as Quorum Sensing (QS). This mechanism allows bacteria to carry out diverse biological processes in a coordinate way through the production and detection of extracellular signals that regulate the transcription of different target genes. Analysis of the Rlv UPM791 genome allowed the identification of two LuxRI-like systems mediated by N-acyl-homoserine lactones (AHLs). HPLC-MS analysis allowed the adscription of C6-HSL, C7-HSL and C8-HSL signals to the rhiRI system, encoded in the symbiotic plasmid, whereas the cinRI system, located in the chromosome, produces 3OH-C14:1-HSL, previously described as “bacteriocin small”. A third synthase (TraI) is encoded also in the symbiotic plasmid, but its cognate regulator TraR is not functional due to a fameshift mutation. Three additional LuxR orphans were also found which no associated LuxI-type synthase. The potential effect of AHLs has been studied by means of a quorum quenching approach to interfere with the QS systems of the bacteria. This approach is based upon the introduction into the strains Rl UPM791 and Rl 3841 of the Bacillus subtilis gene aiiA expressing constitutively an AHL-degrading lactonase enzyme which led to virtual absence of AHL even when AiiA-expressing cells were a fraction of the total population. No significant effect of AiiA-mediated AHL removal on competitiveness for growth in solid surface was observed. For analysis under symbiotic conditions we have set up a two-label system to identify nodules produced by two different strains in pea roots, based on the markers gusA and celB, encoding a β–glucuronidase and a thermostable β–galactosidase enzymes, respectively. The results obtained show that Rlv UPM791 outcompetes Rlv 3841 for nodule formation in pea plants, and that the presence of the AiiA plasmid does not significantly affect the relative competitiveness of the two Rlv strains. However, the low stability of the pME6863 plasmid, encoding aiiA, did not lead to a clear conclusion about the AiiA lactonase effect on competitiveness. In order to further analyze the significance and regulation of the production of AHL signal molecules, mutants deficient in each of the two QS systems were constructed. A detailed analysis of the effect of these mutations on AHL production, biofilm formation and symbiosis with pea, vetch and lentil plants has been carried out. The effect of deletions on Rlv UPM791 rhiI and rhiR genes is more pronounced in the absence of plasmid pUPM791d, as no signal is detected in UPM791.1, lacking this plasmid. Mutations in cinI or cinRIS show either no signals, or only the small ones produced by the rhiRI system, suggesting that cinR might be regulating the rhiRI system. These mutations had a strong effect on symbiosis. Analysis of rhi mutants revealed that rhiRI system is required for normal symbiotic performance, as a drastic reduction of symbiotic fitness is observed when rhiI is deleted, and rhiR is essential for nitrogen fixation in the absence of plasmid pUPM791d. Furthermore, cinRIS mutants resulted in white and inefficient nodules, whereas cinI mutant was unable to form nodules on any legume tested. The latter mutation is associated to the instabilization of the symbiotic plasmid through a mechanism still uncovered. Overall, the results obtained indicate the existence of a model of QS-dependent regulation significantly different to that previously described in other R. leguminosarum strains, where no relevant symbiotic phenotype had been observed. The regulation of AHL production in Rlv UPM791 is a complex process involving the symbiotic plasmid (pUPM791c) and the smallest plasmid (pUPM791d), with a key role for the 3-OH-C14:1-HSL signal. Finally, we made a search for potential AHL transporters in Rlv UPM791 genome. These signals diffuse freely across membranes, but in the case of the long-chain AHLs an active efflux system might be required, as it has been described for C12-HSL in the case of Pseudomonas aeruginosa. We have identified a putative AHL transporter of the RND family homologous to P. aeruginosa mexAB-oprM. A mutant strain deficient in this transporter has been generated, and TLC analysis shows absence of 3OH-C14:1-HSL in its supernatant. This deficiency was complemented by the reintroduction of an intact copy of the genes via plasmid transfer. The mutation in mexAB genes had no significant effects on the symbiotic performance of R. leguminosarum bv. viciae.

Diseño e implementación de robot prototipo para la inspección de tuberías en pozos petroleros (bombas de cavidad progresiva y bombas electro sumergibles)

En este trabajo se presenta el desarrollo de un robot basado en la estructura tensegrity con el fin de realizar tareas de inspección y mantenimiento en tuberías petroleras. Debido a la naturaleza de la aplicación, el robot debe ser capaz de desplazarse verticalmente por el exterior de una dicha tubería. Este tipo de estructura mecánica se caracteriza por su bajo peso y su alta capacidad de adaptación a los diferentes diámetros. La aplicación requiere que el dispositivo desarrollado se desplace a alta velocidad por las tuberías utilizadas en la extracción del petróleo. Cabe destacar que en dichas instalaciones se cuenta con Bombas Electro Sumergibles (BES) y Bombas de Cavidad Progresiva (BCP), ambas muy sensibles a las condiciones adversas del entorno. Consecuentemente se prevé que el robot incorpore una red de sensores específicos para medir aquellas variables que puedan interferir en el funcionamiento normal de las bombas. En este artículo se describen detalladamente las hipótesis de diseño realizadas y la metodología utilizada para el desarrollo del primer prototipo. Finalmente se presentan los resultados obtenidos de dicho desarrollo a través de los cuales se ha podido validar la potencialidad de la aplicación.

Optimización de la densidad de energía en vigas de material compuesto (PRF) sometidas a flexión pura

Las necesidades energéticas actuales requieren el desarrollo de tecnologías eficaces y eficientes en producción, transporte y distribución de energía. Estas necesidades han impulsado nuevos desarrollos en el ámbito energético, entre los cuales se encuentran sistemas de almacenamiento de energía. El avance en ingeniería de materiales permite pensar en la posibilidad de almacenamiento mediante deformación elástica de vigas. Concretamente se parte de un concepto de mecanismo acumulador de energía basado en la deformación elástica de resortes espirales a torsión. Dichos resortes se pueden considerar como elementos vigas sometidos a flexión pura y grandes deflexiones. Esta Tesis de centra en el diseño y optimización de estos elementos con el fin de maximizar la densidad de energía que son capaces de absorber. El proceso de optimización comienza con la identificación del factor crítico del que depende dicho proceso, en este caso de trata de la densidad de energía. Dicho factor depende de la geometría de la sección resistente y del material empleado en su construcción. En los últimos años ha existido un gran desarrollo de los materiales compuestos de tipo polimérico reforzados con fibras (PRF). Estos materiales están sustituyendo gradualmente a otros materiales, como los metales, debido principalmente a su excelente relación entre propiedades mecánicas y peso. Por otro lado, analizando las posibles geometrías para la sección resistente, se observó que la más adecuada es una estructura tipo sándwich. Se implementa así un procedimiento de diseño de vigas sándwich sometidas a flexión pura, con las pieles fabricadas en materiales compuestos tipo PRF y un núcleo que debe garantizar el bajo peso de la estructura. Se desarrolla así un procedimiento sistemático que se puede particularizar dependiendo de los parámetros de entrada de la viga, y que tiene en cuenta y analiza la aparición de todos los posibles modos de fallo posibles. Así mismo se desarrollan una serie de mapas o ábacos de diseño que permiten seleccionar rápidamente las dimensiones preliminares de la viga. Finalmente se llevan a cabo ensayos que permiten, por un lado, validar el concepto del mecanismo acumulador de energía a través del ensayo de un muelle con sección monolítica, y por otro validar los distintos diseños de vigas sándwich propuestos y mostrar el incremento de la densidad de energía con respecto a la alternativa monolítica. Como líneas futuras de investigación se plantean la investigación en nuevos materiales, como la utilización de nanotubos de carbono, y la optimización del mecanismo de absorción de energía; optimizando el mecanismo de absorción a flexión pura e implementando sistemas que permitan acumular energía mediante la deformación elástica debida a esfuerzos de tracción-compresión. ABSTRACT Energy supply requires the development of effective and efficient technologies for the production, transport and distribution of energy. In recent years, many energy storage systems have been developed. Advances in the field of materials engineering has allowed the development of new concepts as the energy storage by elastic deformation of beams. Particularly, in this Thesis an energy storage device based on the elastic deformation of torsional springs has been studied. These springs can be considered as beam elements subjected to pure bending loads and large deflections. This Thesis is focused on the design and optimization of these beam elements in order to maximize its density of stored energy. The optimization process starts with the identification of the critical factors for the elastic energy storage: the density. This factor depends on the geometry of the cross section of the beam and the materials from which it is made. In the last 20 years, major advances in the field of composite materials have been made, particularly in the field of fiber reinforced polymers (FRP). This type of material is substituting gradually metallic materials to their excellent weight-mechanical properties ratio. In the other side, several possible geometries are analyzed for its use in the cross section of the beam; it was concluded that the best option, for maximum energy density, is using a sandwich beam. A design procedure for sandwich beams with skins made up with FRP composites and a light weight core is developed. This procedure can be particularized for different input parameters and it analyzes all the possible failure modes. Abacus and failure mode maps have been developed in order to simplify the design process. Finally several tested was made. Firstly, a prototype of the energy storage system which uses a monolithic composite beam was tested in order to validate the concept of the energy storage by elastic deformation. After that sandwich beam samples are built and tested, validating the design and showing the increase of energy density with respect to the monolithic beam. As futures research lines the following are proposed: research in new materials, as carbon nanotubes; and the optimization of the energy storage mechanism, that means optimizing the pure bending storage mechanism and developing new ones based on traction-compression mechanisms.

Polymer interaction with macroscopic carbon nanotube fibres and fabrication of nanostructured composites

El ensamblado de nanotubos de carbono (CNT) como una fibra macroscópica en la cual están orientados preferentemente paralelos entre sí y al eje de la fibra, ha dado como resultado un nuevo tipo de fibra de altas prestaciones derivadas de la explotación eficiente de las propiedades axiales de los CNTs, y que tiene un gran número de aplicaciones potenciales. Fibras continuas de CNTs se produjeron en el Instituto IMDEA Materiales mediante el proceso de hilado directo durante la reacción de síntesis por deposición química de vapores. Uno de los objetivos de esta tesis es el estudio de la estructura de estas fibras mediante técnicas del estado del arte de difracción de rayos X de sincrotrón y la elaboración de un modelo estructural de dicho material. Mediciones texturales de adsorción de gases, análisis de micrografías de electrones y dispersión de rayos X de ángulo alto y bajo (WAXS/SAXS) indican que el material tiene una estructura mesoporosa con una distribución de tamaño de poros ancha derivada del amplio rango de separaciones entre manojos de CNTs, así como una superficie específica de 170m2/g. Los valores de dimensión fractal obtenidos mediante SAXS y análisis Barrett-Joyner-Halenda (BJH) de mediciones texturales coinciden en 2.4 y 2.5, respectivamente, resaltando el carácter de red de la estructura de dichas fibras. La estructura mesoporosa y tipo hilo de las fibra de CNT es accesible a la infiltración de moléculas externas (líquidos o polímeros). En este trabajo se estudian los cambios en la estructura multiescala de las fibras de CNTs al interactuar con líquidos y polímeros. Los efectos de la densificación en la estructura de fibras secas de CNT son estudiados mediante WAXS/SAXS. El tratamiento de densificación junta los manojos de la fibra (los poros disminuyen de tamaño), resultando en un incremento de la densidad de la fibra. Sin embargo, los dominios estructurales correspondientes a la transferencia de esfuerzo mecánica y carga eléctrica en los nanotubos no son afectados durante este proceso de densificación; como consecuencia no se produce un efecto sustancial en las propiedades mecánicas y eléctricas. Mediciones de SAXS and fibra de CNT antes y después de infiltración de líquidos confirman la penetración de una gran cantidad de líquidos que llena los poros internos de la fibra pero no se intercalan entre capas de nanotubos adyacentes. La infiltración de cadenas poliméricas de bajo peso molecular tiende a expandir los manojos en la fibra e incrementar el ángulo de apertura de los poros. Los resultados de SAXS indican que la estructura interna de la fibra en términos de la organización de las capas de tubos y su orientación no es afectada cuando las muestras consisten en fibras infiltradas con polímeros de alto peso molecular. La cristalización de varios polímeros semicristalinos es acelerada por la presencia de fibras de CNTs alineados y produce el crecimiento de una capa transcristalina normal a la superficie de la fibra. Esto es observado directamente mediante microscopía óptica polarizada, y detectado mediante calorimetría DSC. Las lamelas en la capa transcristalina tienen orientación de la cadena polimérica paralela a la fibra y por lo tanto a los nanotubos, de acuerdo con los patrones de WAXS. Esta orientación preferencial se sugiere como parte de la fuerza impulsora en la nucleación. La nucleación del dominio cristalino polimérico en la superficie de los CNT no es epitaxial. Ocurre sin haber correspondencia entre las estructuras cristalinas del polímero y los nanotubos. Estas observaciones contribuyen a la compresión del fenómeno de nucleación en CNTs y otros nanocarbonos, y sientan las bases para el desarrollo de composites poliméricos de gran escala basados en fibra larga de CNTs alineados. ABSTRACT The assembly of carbon nanotubes into a macroscopic fibre material where they are preferentially aligned parallel to each other and to the fibre axis has resulted in a new class of high-performance fibres, which efficiently exploits the axial properties of the building blocks and has numerous applications. Long, continuous CNT fibres were produced in IMDEA Materials Institute by direct fibre spinning from a chemical vapour deposition reaction. These fibres have a complex hierarchical structure covering multiple length scales. One objective of this thesis is to reveal this structure by means of state-of-the-art techniques such as synchrotron X-ray diffraction, and to build a model to link the fibre structural elements. Texture and gas absorption measurements, using electron microscopy, wide angle and small angle X-ray scattering (WAXS/SAXS), and pore size distribution analysis by Barrett-Joyner-Halenda (BJH), indicate that the material has a mesoporous structure with a wide pore size distribution arising from the range of fibre bundle separation, and a high surface area _170m2/g. Fractal dimension values of 2.4_2.5 obtained from the SAXS and BJH measurements highlight the network structure of the fibre. Mesoporous and yarn-like structure of CNT fibres make them accessible to the infiltration of foreign molecules (liquid or polymer). This work studies multiscale structural changes when CNT fibres interact with liquids and polymers. The effects of densification on the structure of dry CNT fibres were measured by WAXS/SAXS. The densification treatment brings the fibre bundles closer (pores become smaller), leading to an increase in fibre density. However, structural domains made of the load and charge carrying nanotubes are not affected; consequently, it has no substantial effect on mechanical and electrical properties. SAXS measurements on the CNT fibres before and after liquid infiltration imply that most liquids are able to fill the internal pores but not to intercalate between nanotubes. Successful infiltration of low molecular weight polymer chains tends to expand the fibre bundles and increases the pore-opening angle. SAXS results indicate that the inner structure of the fibre, in terms of the nanotube layer arrangement and the fibre alignment, are not largely affected when infiltrated with polymers of relatively high molecular weight. The crystallisation of a variety of semicrystalline polymers is accelerated by the presence of aligned fibres of CNTs and results in the growth of a transcrystalline layer perpendicular to the fibre surface. This can be observed directly under polarised optical microscope, and detected by the exothermic peaks during differential scanning calorimetry. The discussion on the driving forces for the enhanced nucleation points out the preferential chain orientation of polymer lamella with the chain axis parallel to the fibre and thus to the nanotubes, which is confirmed by two-dimensional WAXS patterns. A non-epitaxial polymer crystal growth habit at the CNT-polymer interface is proposed, which is independent of lattice matching between the polymer and nanotubes. These findings contribute to the discussion on polymer nucleation on CNTs and other nanocarbons, and their implication for the development of large polymer composites based on long and aligned fibres of CNTs.

¿Siguen patrones de dieta mediterránea los universitarios españoles?

Objetivo: Determinar el patrón de consumo de alimentos del alumnado de la Universidad de Alicante (UA) mediante el grado de adecuación a la dieta mediterránea. Método: Estudio transversal descriptivo para estimar la ingesta individual a través de un cuestionario de frecuencia de consumo de alimentos (CFCA) en una muestra representativa de 380 universitarios. Variables a estudio: edad, sexo, área geográfica de procedencia, peso y talla autoreferidos. Así como los alimentos y frecuencias de consumo que componen el CFCA. Se determinó el porcentaje de adecuación teniendo en cuenta, consumo real sobre consumo recomendado por la guía dieta mediterránea tradicional: (100 x raciones consumidas/raciones recomendadas). Se establecieron 5 rangos de porcentaje adecuación: consumo óptimo (80%-119%), consumo aceptable (60%-79%), consumo deficiente (40%-59%), consumo muy deficiente (< 39%), consumo excesivo (> 120%). Se realizó contraste de diferencia de proporciones y la prueba t-Student con EPIDAT 3.1, y SPSS 15.0. Resultados: Prevalencia de sobrepeso-obesidad, es mayor en hombres (34,6%) que en mujeres (9,8%), p < 0,001. Mientras que las mujeres presentan mayor prevalencia de bajo peso (7,0%) que hombres (0,7%), p < 0,05. El consumo de cereales y derivados es muy deficiente (mujeres = 90,6; hombres = 94,9), y el consumo de carnes rojas (mujeres = 90,6; hombres = 92,7) y embutidos (mujeres = 95,9%, hombres = 96,3%) es excesivo. Ningún alumno cubre un “consumo óptimo” o un “consumo aceptable” de todos los grupos de alimentos (n = 12). Discusión: El nivel educativo y el acceso a la información no protegen a la población universitaria de factores socioambientales que influencian sus hábitos alimentarios. Deben reforzarse estrategias de salud pública dirigidas a este grupo de población.

Efecto de la democracia en la seguridad y soberanía alimentaria de los países iberoamericanos. Año 2012

Antecedentes/Objetivos: El impacto de la democracia en indicadores de mortalidad infantil, materna y en esperanza de vida ha sido demostrado. Objetivo: explorar la relación entre la democracia y la soberanía y seguridad alimentaria en Iberoamérica, considerando la riqueza de los países en 2012. Métodos: Estudio transversal ecológico, que utiliza el país como unidad de análisis sobre la relación entre el índice de libertad (como proxy de la democracia) y las variables de 1. Soberanía alimentaria: Bajo peso al nacer, desnutrición aguda y crónica infantil, % de población bajo la línea de pobreza; y 2. Seguridad alimentaria: prevalencia de subnutrición, acceso agua potable, suministro de proteínas promedio, y intensidad del déficit alimentario. Fuentes información: Estadísticas de Naciones Unidas, Banco Mundial, FAO, Freedom House. Todos los datos son referidos a 2012. Los países se estratificaron según su nivel de riqueza (Producto interior bruto-PIB) siguiendo la clasificación del Banco Mundial: baja, media, alta. También se clasificó la democracia en 3 categorías según Freedom House: países libres, medianamente libres y dictaduras. Se realizó un modelo de regresión lineal simple, y ajustado para controlar el efecto potencial de la riqueza del país. Resultados: El índice de libertad de los países estudiados, controlado por el PIB, se detecta asociado especialmente a la soberanía alimentaria. En concreto, se asocia a la desnutrición aguda infantil R2 = 49,8% (p = 0,02), desnutrición crónica infantil R2 = 51,4% (p = 0,04), y al % de población bajo la línea de pobreza R2 = 61,6% (p = 0,002). De los indicadores de seguridad alimentaria, solo el acceso al agua potable se detecta asociado R2 = 60,3% (p = 0,01), el consumo de proteínas promedio se asocia al índice de libertad, pero al controlar por el PIB se pierde la asociación. Conclusiones: La economía de los países Iberoamericanos pierde peso en la influencia sobre la seguridad y soberanía alimentaria al considerar su nivel de democracia. Este estudio muestra una fuerte asociación positiva de importantes condiciones como la desnutrición infantil y el acceso al agua potable con los derechos políticos y las libertades civiles, los cuales son políticamente modificables.

Estudios experimentales y teóricos de materiales y su optimización para uso como electrodos de baterías de ión-litio.

El presente proyecto se enmarca en el contexto del desarrollo de vectores de energía, particularmente aquellos destinados a almacenar la energía captada desde fuentes alternativas y sustentables, como son las energías eólica y solar, entre otras. Uno de los vectores de energía actualmente más importante lo constituyen las baterías de ión-Litio, las que por sus características de pequeño tamaño, alta densidad de energía y potencia, y larga ciclabilidad, son ampliamente utilizadas para alimentar todos los dispositivos electrónicos de pequeño tamaño (teléfonos móviles, notebooks, etc.). Este tipo de batería es, hasta el momento, la única que puede satisfacer la demanda de voltaje e intensidad de corriente, junto con bajo peso y volumen, del motor de un vehículo eléctrico, por lo que se espera un gran crecimiento de su demanda cuando comience la consolidación del mercado de este tipo de vehículos. Sin embargo, esto sólo será posible con importantes mejoras en los materiales activos que componen ambos electrodos, ánodo y cátodo, y/o con el desarrollo de nuevos materiales activos, que incrementen aun más la densidad de energía almacenada en dichas batería. En la Universidad Nacional de Córdoba hemos constituido un grupo de trabajo abocado a la investigación y desarrollo de materiales activos para ser utilizados como electrodos en este tipo de baterías, un área de investigación que concentra cada vez más la atención de científicos y tecnólogos en todo el mundo, particularmente, de países líderes del sector de electrónica y automotriz. Entre los objetivos del proyecto se pueden mencionar la intención de desarrollar capacidades científicas y técnicas en aspectos de investigación básica y tecnológica de sistemas electroquímicos de almacenamiento de energía, mediante la instalación de un laboratorio de síntesis, caracterización, investigación y ensayo de materiales activos para electrodos de baterías de ión-Litio. Específicamente, se llevará adelante la preparación y estudio electroquímico de materiales de ánodo en base a diferentes tipos de carbonos, de diferentes compuestos de titanatos de metales alcalinos, y de materiales de cátodo en base a diferentes tipos de compuestos de espinelas de fosfato de M-Litio, donde M puede ser Fe, Mn, Ni, Co o mezclas, y el ensayo posterior de celdas prototipo. La metodología de trabajo a aplicar es la del estado-del-arte a nivel mundial, que consiste en las etapas de síntesis, caracterización y estudio de funcionamiento de diferentes tipos de materiales activos para electrodos (ánodo o cátodo) de baterías de ión-Litio. Los procesos de síntesis comprenderán métodos por vía seca desde precursores adecuados (tratamientos térmicos) o por vía húmeda (hidrotermal, sol-gel). La caracterización física, química, estructural y morfológica abarcará la aplicación de técnicas de análisis de área específica y porosidad por método BET, microscopías SEM y TEM, análisis químico EDX, difracción de rayos X, espectroscopías XPS y Raman, y RMN, entre otras. Los estudios electroquímicos se llevarán a cabo utilizando técnicas potenciodinámicas, de multipulsos de potencial, galvanostáticas a diferentes densidades de corriente, espectroscopía de impedancia electroquímica y de ciclados de carga/descarga. Con la ejecución del proyecto se espera obtener materiales activos para electrodos de baterías de ión-Litio que cumplan con características tales como: alta capacidad de carga, adecuada densidad de potencia, alto grado de ciclabilidad, alto grado de seguridad, alta resistencia al envejecimiento, tanto estático como dinámico, y bajo costo del material. Teniendo en cuenta la inminente crisis en la producción mundial de combustibles fósiles líquidos, la necesidad de mudar la tecnología de vehículos actuales a la de vehículos eléctricos, y la disponibilidad nacional de recursos minerales de litio, la importancia del proyecto es directa para avanzar hacia un desarrollo tecnológico regional propio e independiente.

Factores de riesgo relacionados con complicaciones durante el embarazo en adolescentes de 15 a 19 años, Hospital Vicente Corral Moscoso, Cuenca, junio 2006-septiembre 2007

Se procedió a identificar a las pacientes adolescentes que ingresaron en trabajo de parto, que cumplían los criterios de inclusión obteniéndose su consentimiento y el de sus familiares, se realizó la toma de las muestras de sangre y orina; se procedió posteriormente a la toma de datos y su registro en la encuesta. Posteriormente se clasificó cada paciente de acuerdo a caso o control según corresponda, para finalmente realizar el análisis estadístico. RESULTADOS: Los factores de riesgo se encuentran presentes tanto en las pacientes que corresponden a casos (96) como en controles (87), mostrando relación estadísticamente significativa con la aparición de complicaciones durante el embarazo, el parto y en el recién nacido (OR: 3.58, IC: 1.12-11.41). En el análisis por grupos de factores de riesgo, encontramos una diferencia estadísticamente significativa en el grupo de factores de riesgo sociales (OR: 2.25. IC: 1.13-4.46). La complicación más frecuente fue infección de vías urinarias durante el embarazo (37) y la anemia identificada durante el trabajo de parto (46). El 21de recién nacidos presentaron bajo peso al nacer. CONCLUSIONES: identificamos la presencia de un mayor porcentaje de complicaciones en el grupo de adolescentes con factores de riesgo que conformaron el grupo de casos

Estudio comparativo entre el alumbramiento dirigido y el alumbramiento expectante. Hospital Vicente Corral Moscoso. Cuenca 2006

Se procedió a identificar a las pacientes adolescentes que ingresaron en trabajo de parto, que cumplían los criterios de inclusión obteniéndose su consentimiento y el de sus familiares, se realizó la toma de las muestras de sangre y orina; se procedió posteriormente a la toma de datos y su registro en la encuesta. Posteriormente se clasificó cada paciente de acuerdo a caso o control según corresponda, para finalmente realizar el análisis estadístico. RESULTADOS: Los factores de riesgo se encuentran presentes tanto en las pacientes que corresponden a casos (96) como en controles (87), mostrando relación estadísticamente significativa con la aparición de complicaciones durante el embarazo, el parto y en el recién nacido (OR: 3.58, IC: 1.12-11.41). En el análisis por grupos de factores de riesgo, encontramos una diferencia estadísticamente significativa en el grupo de factores de riesgo sociales (OR: 2.25. IC: 1.13-4.46). La complicación más frecuente fue infección de vías urinarias durante el embarazo (37) y la anemia identificada durante el trabajo de parto (46). El 21de recién nacidos presentaron bajo peso al nacer. CONCLUSIONES: identificamos la presencia de un mayor porcentaje de complicaciones en el grupo de adolescentes con factores de riesgo que conformaron el grupo de casos

Prevalencia del déficit de vitamina D en una población de embarazadas que se asisten en el Centro Hospitalario Pereira Rossell

Introducción: la falta de vitamina D (Vit D) en las embarazadas puede perjudicar la salud de la madre y del niño si no es diagnosticada y tratada adecuadamente. Su déficit está relacionado con diversas complicaciones obstétricas, como la preeclampsia y la diabetes gestacional y del recién nacido, bajo peso al nacer e hipocalcemia; pobre crecimiento posnatal, fragilidad ósea y aumento de la incidencia de enfermedades autoinmunes. Múltiples estudios muestran que la falta de Vit D ocurre con una extraordinaria frecuencia que oscila entre 18% y 84% dependiendo de la población estudiada, sin embargo no tenemos datos nacionales. Objetivo: conocer la prevalencia de deficiencia e insuficiencia de Vit D en una población de mujeres embarazadas de un hospital público de Montevideo, el Centro Hospitalario Pereira Rossell. Material y método: se realizaron cuestionarios especialmente confeccionados y extracciones de sangre en embarazadas del tercer trimestre para creatininemia, calcio total en sangre, albuminemia, PTH intacta y 25 (OH) Vit D, previa firma de consentimiento informado. Se consideró como deficiencia severa una concentración de Vit D < 10 ng/ml; deficiencia 10-20 ng/ml; insuficiente 20-30 ng/ml, y suficiente > 30 ng/ml. Resultados: de 71 muestras analizadas, 3 (4,3%) tuvieron niveles de suficiencia, 18 tuvieron insuficiencia (25,7%), 30 deficiencia (42,9%) y 19 severa deficiencia (27,1%). Conclusiones: tal como ocurre a nivel internacional el déficit de Vit D en la población estudiada se presenta con una frecuencia extraordinaria. Se requiere la pronta atención de este problema para evitar complicaciones en la embarazada y en el recién nacido.

Determinación de los valores de glucosa, magnesio y fósforo en el recién nacido, en sangre de cordón y a las 6 horas de nacido. H.V.C.M. 1994

Los niveles de glucosa , calcio, fósforo y magnesio, son los que más variación tienen en las primeras horas de vida en todos los recién nacidos, los mismos que son más pronunciados en los niños de bajo peso al nacer. Estos cambios son estudiados en 30 recién nacidos de peso adecuado y 30 recién nacidos de peso bajo, en el Hospital Vicente Corral Moscoso, en 1994, al nacimiento y a las seis horas de vida. Los niños con peso inferior a 2500 gramos fueron catalogados como niños de peso bajo al nacer, y los pesos superiores a este valor fueron adecuados. Todos los niños fueron a término, con Apgar >- 7, y sin patología ni malformaciones congénitas. Los niños que no cumplían con estas características fueron excluidos del estudio. Se estudiaron además la edad de la madre, enfermedades durante el embarazo, el uso de drogas intraparto, paridad y procedencia de la madre y sexo del recien nacido; variantes que no incidieron significativamente en los cambios metabólicos estudiados. La glucosa fue el elemento que más variación presentó a las seis horas con cifras importantes de hipoglicemia y porcentajes superiores a otros estudios. El calcio y el magnesio disminuyen sus niveles a las seis horas de vida, en porcentajes similares a la literatura, siendo estas disminuciones más frecuentes en el niño de peso bajo; sin que sean estadísticamente significativas. El fósforo fue el elemento estudiado más estable, posiblemente porque este mineral necesita más de seis horas para presentar que variaciones séricas

Perfil del neonato que nace en el Hospital Nacional Saldaña en el período de Enero a Diciembre de 2013

La vida prenatal se considera la etapa más sensible del desarrollo humano debido al alto nivel de división y diferenciación celular en el feto. El perfil del neonato, tiene valor pronóstico y sirve para el manejo clínico del recién nacido. El bajo peso de nacimiento constituye un factor conocido de riesgo de mortalidad y morbilidad en el recién nacido, los parámetros antopométricos tienen una significativa asociación con el riesgo de algunas enfermedades neonatales específicas, como asfixia, ictericia, hipoglicemia, hipomagnesemia, neumonía congénita, hipertensión pulmonar, sepsis, distres respiratorio, taquipnea transitoria y persistencia del ducto arterioso. El objetivo de la investigación fue determinar el perfil epidemiológico que presentan los neonatos nacidos en el Hospital Nacional Saldaña en el período de Enero a Diciembre de 2013, presentar sus datos estadísticamente, relacionándolos con los valores de referencias usados por el Ministerio de Salud, y brindar información relevante a considerar para estudios posteriores demostrando la importancia de los datos obtenidos. El tipo de estudio es descriptivo observacional. La población y muestra son los niños nacidos en el Hospital Nacional Saldaña en el período de Enero a Diciembre de 2013. Los datos se obtuvieron mediante la hoja de atención al recién nacido que el hospital llevó en este período y se procesaron estadísticamente por medio de tablas y gráficos. En los resultados se puede observar como dato relevante que a medida aumenta el número de controles prenatales, aumenta el peso del recién nacido. En conclusión se puede decir que es recomendable que cada centro hospitalario que recibe neonatos, cuente con una curva de referencia nacional, representativa de la población que atiende, dado que existen diferencias geográficas, étnicas y epidemiológicas que contribuyen a nuevos registros del recién nacido y que presentan riesgo de morbimortalidad.

Prevalencia de obesidad infantil y hábitos alimentarios en educación primaria

Introducción: En los países desarrollados la obesidad infantil se ha incrementado alarmantemente en los últimos años, convirtiéndose en un grave problema de salud pública. La obesidad es una enfermedad crónica de origen multifactorial que comienza durante la niñez y adolescencia. Se produce por un desequilibrio entre el consumo y el gasto energético. Como causas influyentes destacan: factores genéticos, biológicos, de comportamiento y culturales. Su tratamiento resulta muy complicado en esta etapa de crecimiento porque cualquier déficit nutricional puede repercutir negativamente en el desarrollo integral del niño. Objetivos: Clasificar a la población de estudio en función de su Indice de Masa Corporal (IMC), establecer la relación que existe entre obesidad infantil y el uso del servicio de comedor escolar y verificar que el menú del comedor escolar es adecuado en cuanto al contenido calórico y el porcentaje de principios inmediatos. Metodología: Se realizó un estudio observacional descriptivo transversal sobre obesidad en niños de 6 años. Para la recogida de datos, se utilizó una báscula para medir el peso y una cinta métrica para tallarlos, y con los datos de peso y estatura recogidos se calculó el IMC. Por otro lado, para poder comprobar el menú, el personal del comedor escolar nos facilitó un menú mensual. Resultados: Dentro de los porcentajes europeos, nuestra muestra reflejó niños con sobrepeso y obesidad y también un considerable porcentaje de niños con bajo peso. Conclusiones: Destacar el papel fundamental de la familia y cuidadores en los comedores escolares; fomentando hábitos saludables (ejercicio y dieta equilibrada) para poder prevenir patologías en la edad adulta secundarias a la obesidad, lo cual es una gran estrategia de seguridad para la salud pública y para la economía de los Sistemas Sanitarios.

Prevalencia del bocio e hipotiroidismo en la parroquía Cojitambo

Se estima que mil millones de personas se hallan expuestas al riesgo de padecer bocio por deficiencia de yodo y la mayoria de ellas viven el las regiones tropicales del tercer mundo ya hace treinta años se estimo que más de docientos millones de personas estuvieron afectadas del bocio y existen muy poca razón para creer en ese número sea diferente. En nuestro país al igual que en otras naciones del tercer mundo, el indice de afectación por bocio endémico todavía tiene connotación médica y social importante, como lo demuestra el INIMS, en sus estudios realizados en el año 1983 en las 10 provincias de la sierra con una prevalencia del 36.5% de bocio endémico es decir muy similar a la encontrada en el año 1960 a pesar del adelanto científico y técnologico de la sociedad la misma que es un problema real de la salud pública que no ha sido resuelto. El bocio endémico es mucho más que un simple problema estético ya que va asociado epidemiológicamente al cretinismo endémico con la sordumudez y el retardo mental así como tambien la elevación de la tasa de mortalida perinatal, bajo peso al nacer y retardo en el desarrollo.