Ianus: an adaptive FPGA computer

Dedicated machines designed for specific computational algorithms can outperform conventional computers by several orders of magnitude. In this note we describe Ianus, a new generation FPGA based machine and its basic features: hardware integration and wide reprogrammability. Our goal is to build a machine that can fully exploit the performance potential of new generation FPGA devices. We also plan a software platform which simplifies its programming, in order to extend its intended range of application to a wide class of interesting and computationally demanding problems. The decision to develop a dedicated processor is a complex one, involving careful assessment of its performance lead, during its expected lifetime, over traditional computers, taking into account their performance increase, as predicted by Moore’s law. We discuss this point in detail.

Estudo de sistema de absorção de 1,3-butadieno em NMP.

O propósito deste trabalho foi o desenvolvimento de um procedimento simulador de processo reproduzindo a etapa de destilação extrativa de uma unidade de extração de butadieno a partir de uma corrente de hidrocarbonetos na faixa de quatro átomos de carbono, através da adição do solvente n-metil-2- pirrolidona (NMP). Os resultados obtidos foram comparados e validados com dados de processo obtidos por uma unidade industrial de extração de butadieno. O aprofundamento nos conceitos do processo de separação através de uma ferramenta em simulador de processo capaz de predizer condições de operação permitiu avaliações de aumento de capacidade. A capacidade dos elementos internos dos equipamentos envolvidos na separação pode ser avaliada e a identificação do ponto inicial de engargalamento da unidade foi possível. O procedimento proposto também permite reduzir incertezas para identificação de novos pontos de engargalamento a partir de uma nova configuração dos elementos internos identificados como ineficientes com a elevação de carga processada.

Segmentación automática de texturas en imágenes agrícolas

El control de malas hierbas en grandes extensiones de terreno resulta costoso y a veces contaminante desde el punto de vista medioambiental. El avance en los últimos años de los sistemas de control y automatización en agricultura ha favorecido la aparición del concepto de Agricultura de Precisión (AP), para intervenir o actuar sobre el cultivo, en el momento adecuado y en el lugar preciso. La presente tesis se ha desarrollado en el marco de dos proyectos de investigación a nivel nacional y uno europeo. Este último dentro del VII programa Marco de la Unión Europea, cuyo principal objetivo era implementar técnicas de AP de forma más eficiente mediante flotas de robots. En todos ellos, que han involucrado robots, éstos están equipados con sus correspondientes sistemas de Visión Artificial con el fin de identificar la existencia de determinadas texturas de interés con fines de tratamientos específicos o navegación segura de los vehículos, evitando obstáculos u otros elementos existentes en el campo de trabajo. Para la consecución de los objetivos mencionados resulta necesario el análisis de las imágenes procedentes de los campos de cultivo. Estas imágenes están constituidas por diferentes elementos que en su conjunto contienen diferentes tipos de estructuras, tales como: a) plantas verdes alineadas en forma de surcos o dispersas según se trate de cultivo o malas hierbas; b) suelo que constituye el sustrato; c) cielo u otros componentes añadidos. Todos ellos constituyen lo que desde el punto de vista del tratamiento de imágenes se conoce como texturas...

Finite size effects in the specific heat of glass-formers

We report clear finite size effects in the specific heat and in the relaxation times of a model glass former at temperatures considerably smaller than the Mode Coupling transition. A crucial ingredient to reach this result is a new Monte Carlo algorithm which allows us to reduce the relaxation time by two order of magnitudes. These effects signal the existence of a large correlation length in static quantities.

Critical behavior of su(1|1) supersymmetric spin chains with long-range interactions

We introduce a general class of su(1|1) supersymmetric spin chains with long-range interactions which includes as particular cases the su(1|1) Inozemtsev (elliptic) and Haldane-Shastry chains, as well as the XX model. We show that this class of models can be fermionized with the help of the algebraic properties of the su(1|1) permutation operator and take advantage of this fact to analyze their quantum criticality when a chemical potential term is present in the Hamiltonian. We first study the low-energy excitations and the low-temperature behavior of the free energy, which coincides with that of a (1+1)-dimensional conformal field theory (CFT) with central charge c=1 when the chemical potential lies in the critical interval (0,E(π)), E(p) being the dispersion relation. We also analyze the von Neumann and Rényi ground state entanglement entropies, showing that they exhibit the logarithmic scaling with the size of the block of spins characteristic of a one-boson (1+1)-dimensional CFT. Our results thus show that the models under study are quantum critical when the chemical potential belongs to the critical interval, with central charge c=1. From the analysis of the fermion density at zero temperature, we also conclude that there is a quantum phase transition at both ends of the critical interval. This is further confirmed by the behavior of the fermion density at finite temperature, which is studied analytically (at low temperature), as well as numerically for the su(1|1) elliptic chain.

Generalized isotropic Lipkin-Meshkov-Glick models: ground state entanglement and quantum entropies

We introduce a new class of generalized isotropic Lipkin–Meshkov–Glick models with su(m+1) spin and long-range non-constant interactions, whose non-degenerate ground state is a Dicke state of su(m+1) type. We evaluate in closed form the reduced density matrix of a block of Lspins when the whole system is in its ground state, and study the corresponding von Neumann and Rényi entanglement entropies in the thermodynamic limit. We show that both of these entropies scale as a log L when L tends to infinity, where the coefficient a is equal to (m  −  k)/2 in the ground state phase with k vanishing magnon densities. In particular, our results show that none of these generalized Lipkin–Meshkov–Glick models are critical, since when L-->∞ their Rényi entropy R_q becomes independent of the parameter q. We have also computed the Tsallis entanglement entropy of the ground state of these generalized su(m+1) Lipkin–Meshkov–Glick models, finding that it can be made extensive by an appropriate choice of its parameter only when m-k≥3. Finally, in the su(3) case we construct in detail the phase diagram of the ground state in parameter space, showing that it is determined in a simple way by the weights of the fundamental representation of su(3). This is also true in the su(m+1) case; for instance, we prove that the region for which all the magnon densities are non-vanishing is an (m  +  1)-simplex in R^m whose vertices are the weights of the fundamental representation of su(m+1).

Pion-kaon scattering amplitude constrained with forward dispersion relations up to 1.6 GeV

In this work we provide simple and precise parametrizations of the existing πK scattering data from threshold up to 1.6 GeV, which are constrained to satisfy forward dispersion relations as well as three additional threshold sum rules. We also provide phenomenological values of the threshold parameters and of the resonance poles that appear in elastic scattering.

Phase Transitions in Disordered Systems: The Example of the Random-Field Ising Model in Four Dimensions

By performing a high-statistics simulation of the D = 4 random-field Ising model at zero temperature for different shapes of the random-field distribution, we show that the model is ruled by a single universality class. We compute to a high accuracy the complete set of critical exponents for this class, including the correction-to-scaling exponent. Our results indicate that in four dimensions (i) dimensional reduction as predicted by the perturbative renormalization group does not hold and (ii) three independent critical exponents are needed to describe the transition.

Arranjos de sensores orientados à missão para a geração automática de mapas temáticos em VANTs

O uso de veículos aéreos não tripulados (VANTs) tem se tornado cada vez mais comum, principalmente em aplicações de uso civil. No cenário militar, o uso de VANTs tem focado o cumprimento de missões específicas que podem ser divididas em duas grandes categorias: sensoriamento remoto e transporte de material de emprego militar. Este trabalho se concentra na categoria do sensoriamento remoto. O trabalho foca a definição de um modelo e uma arquitetura de referência para o desenvolvimento de sensores inteligentes orientados a missões específicas. O principal objetivo destas missões é a geração de mapas temáticos. Neste trabalho são investigados processos e mecanismos que possibilitem a geração desta categoria de mapas. Neste sentido, o conceito de MOSA (Mission Oriented Sensor Array) é proposto e modelado. Como estudos de caso dos conceitos apresentados são propostos dois sistemas de mapeamento automático de fontes sonoras, um para o caso civil e outro para o caso militar. Essas fontes podem ter origem no ruído gerado por grandes animais (inclusive humanos), por motores de combustão interna de veículos ou por atividade de artilharia (incluindo caçadores). Os MOSAs modelados para esta aplicação são baseados na integração de dados provenientes de um sensor de imageamento termal e uma rede de sensores acústicos em solo. A integração das informações de posicionamento providas pelos sensores utilizados, em uma base cartográfica única, é um dos aspectos importantes tratados neste trabalho. As principais contribuições do trabalho são a proposta de sistemas MOSA, incluindo conceitos, modelos, arquitetura e a implementação de referência representada pelo sistema de mapeamento automático de fontes sonoras.

Estudo da reação de epoxidação do óleo de soja em condição de remoção de calor máxima.

Óleo de soja epoxidado (OSE) é um produto químico há muito tempo utilizado como co-estabilizante e plastificante secundário do poli (cloreto de vinila) (PVC), ou seja, como um material que tem limitações na quantidade máxima que pode ser usada no composto de PVC. A sua aplicação como plastificante primário, ou seja, como o principal elemento plastificante no composto de PVC, e como base para outros plastificantes de fontes renováveis, tem aumentado nos últimos anos, principalmente devido a melhorias de desempenho e à redução do custo do OSE em comparação com plastificantes tradicionais. A reação de epoxidação do óleo de soja é bem conhecida e ocorre em duas fases líquidas, com reações em ambas as fases, e transferência de massa entre as fases. O processo industrial mais utilizado conta com formação in-situ do ácido perfórmico, através da adição gradativa do principal reagente, o peróxido de hidrogênio a uma mistura agitada de ácido fórmico e óleo de soja refinado. Industrialmente, o processo é realizado em batelada, controlando a adição do reagente peróxido de hidrogênio de forma que a geração de calor não ultrapasse a capacidade de resfriamento do sistema. O processo tem um ciclo que pode variar entre 8 e 12 horas para atingir a conversão desejada, fazendo com que a capacidade de produção seja dependente de investimentos relativamente pesados em reatores agitados mecanicamente, que apresentam diversos riscos de segurança. Estudos anteriores não exploram em profundidade algumas potenciais áreas de otimização e redução das limitações dos processos, como a intensificação da transferência de calor, que permite a redução do tempo total de reação. Este trabalho avalia experimentalmente e propõe uma modelagem para a reação de epoxidação do óleo de soja em condições de remoção de calor máxima, o que permite que os reagentes sejam adicionados em sua totalidade no início da reação, simplificando o processo. Um modelo foi ajustado aos dados experimentais. O coeficiente de troca térmica, cuja estimativa teórica pode incorrer em erros significativos, foi calculado a partir de dados empíricos e incluído na modelagem, acrescentando um fator de variabilidade importante em relação aos modelos anteriores. O estudo propõe uma base teórica para potenciais alternativas aos processos adotados atualmente, buscando entender as condições necessárias e viáveis em escala industrial para redução do ciclo da reação, podendo inclusive apoiar potenciais estudos de implementação de um reator contínuo, mais eficiente e seguro, para esse processo.

Redes de seguridad para cierre vertical de fachadas

Entre otros medios de protección colectiva, en los últimos años se vienen utilizando en España redes verticales de cierre de fachadas, a paño completo entre forjados en fase de estructura, y también para huecos menores como ventanas o puertas, en fases posteriores. Este tipo de protección no cuenta hasta el momento con ningún tipo de regulación oficial, si bien en el grupo de trabajo AEN/CTN81/SC2/GT7 se desarrolla actualmente el borrador de la norma Pr UNE 81651 a tal fin. Desde el Dtº. de Ing. de la Construcción de la Universidad de Alicante, varios miembros del grupo de trabajo han desarrollado, contando con la experiencia en otros sistemas de protección, algunos modelos numéricos con elementos finitos para valorar y cuantificar variables mecánicas asociadas al episodio de una eventual caída de una persona sobre este tipo de redes, caracterizado por una menor energía cinética que para otros tipos de ellas. En el artículo se exponen los resultados obtenidos para ambos tipos de paños, grandes y pequeños, donde se han valorado la separación de anclajes de la red, las aberturas generadas en su perímetro durante la retención, los esfuerzos en anclajes y elementos textiles, el factor de impacto que sufriría el accidentado y la repercusión de la disposición geométrica de la red, al cuadro o al rombo.

Docencia virtual y autoaprendizaje mediante un laboratorio virtual remoto de un sistema de bombeo en el Máster Universitario en Automática y Robótica

En este artículo se describe un laboratorio remoto empleado en el aprendizaje práctico de la asignatura "Sistemas de Control Automático", que se imparte en el Máster Universitario en Automática y Robótica de la Universidad de Alicante. La aplicación desarrollada permite a los estudiantes practicar a distancia diferentes conceptos teóricos utilizando un modelo hardware de un proceso industrial real consistente en un sistema de bombeo. En el artículo se describe las características más importantes de este laboratorio remoto, destacando su capacidad para realizar la evaluación automática del estudiante. La aplicación propone un conjunto de experiencias prácticas que los alumnos deben resolver haciendo uso del laboratorio remoto. Además, la aplicación ofrece una retroalimentación que guía al estudiante en los conceptos para mejorar en su aprendizaje. Esta información puede ser utilizada por los estudiantes para llevar a cabo un auto-aprendizaje. El documento concluye con un estudio que describe el impacto educativo acerca del uso de esta herramienta en el aprendizaje de los estudiantes.

Un nuevo enfoque didáctico para acercar la Electroquímica al alumnado a través de experiencias cotidianas

La electroquímica es una parte importante de la química, incluida en la mayoría de los temarios de diversas ciencias experimentales. Las reacciones químicas con transferencia de electrones aparecen en numerosas situaciones de la vida cotidiana y constituyen un aspecto muy importante en las reacciones biológicas. A pesar de su importancia, la electroquímica suele ser percibida por los estudiantes con dificultad pues incluye conceptos algo abstractos, como el de potencial eléctrico, que combinados con los propios conceptos de química, tienden a desconcertar al alumno. El objetivo del presente trabajo de investigación docente es la elaboración de un portafolio de ejemplos en los que aparece la electroquímica en el ámbito cotidiano. El uso de baterías y acumuladores es ampliamente conocido. Sin embargo, es menos conocido el papel de la electroquímica en síntesis de gran importancia industrial como la del cloro, el aluminio o el nylon. La electroquímica aparece también entre los principios de funcionamiento de diversos biosensores, como los sistemas de control de alcoholemia o glucosa en sangre. Los ejemplos seleccionados servirán para introducir diversos aspectos de la electroquímica, pretendiendo despertar el interés por esta parte de la ciencia.

Desarrollo de un robot modular para la enseñanza en el Máster en Automática y Robótica

Este trabajo presenta el diseño, construcción y programación de un robot modular para el desarrollo tanto de competencias genéricas como específicas, en las enseñanzas de electrónica, control y programación del Master de Automática y Robótica de la Escuela Politécnica Superior de la Universidad de Alicante. En este trabajo se exponen los diferentes módulos propuestos, así como los objetivos de aprendizaje para cada uno de ellos. Uno de los factores más importantes a destacar en el presente estudio es el posible desarrollo de la creatividad y el aprendizaje autónomo. Para ello, se desarrollará especialmente un módulo de comunicación por bluetooth que servirá para monitorizar, cambiar y adaptar on-line diversos parámetros de control y potencia del robot. Además, dicha herramienta se ha introducido como parte de la metodología en las asignaturas del Máster de Electromecánica y Sistemas de Control Automático. En esta memoria se mostrarán los distintos resultados obtenidos durante y en la finalización de este trabajo.

O papel das histórias com matemática na motivação dos alunos na resolução de tarefas matemáticas

Com este trabalho pretendo compreender o papel das histórias com matemática na motivação dos alunos durante a resolução de tarefas matemáticas, partindo das seguintes questões de investigação: a) Qual a relação que os alunos estabelecem com tarefas matemáticas construídas a partir de modelos matemáticos presentes em histórias? b) Que tipo de conhecimentos matemáticos surgem quando os alunos resolvem tarefas construídas a partir de um modelo matemático presente numa história? c) Como se desenvolve a comunicação matemática dos alunos quando se utilizam tarefas construídas a partir de modelos existentes em histórias? O trabalho foi realizado com uma turma de 2º e 3º anos de escolaridade, que têm desenvolvido com a professora cooperante, ao longo do tempo, um excelente trabalho na disciplina de matemática. Para o desenvolvimento deste estudo optei por utilizar uma metodologia de investigação qualitativa, como investigadora participante. Saliento, ainda, que a recolha de dados ocorreu ao longo do estágio da Unidade Curricular: Prática de Ensino Supervisionado. Durante um total de onze aulas, a análise de dados baseou-se em registos de vídeo, produções individuais dos alunos, produções dos alunos em grande grupo, e ainda na observação das interações geradas durante a análise e discussão das estratégias apresentadas pelos alunos, durante a realização das tarefas. As tarefas matemáticas apresentadas aos alunos, para o desenvolvimento deste estudo, surgiram de modelos matemáticos presentes no conto “Ainda não estão contentes?”, inserido no livro Conto Contigo, de António Torrado. Durante a realização das tarefas foi possível desenvolver conceitos que se inserem nos temas matemáticos de Números e Operações e Medida. Os resultados deste trabalho, poderão ser desenvolvidos no futuro, partindo de outros estudos e utilizando diferentes modelos matemáticos, outras histórias, outros contextos educativos, de modo a que seja possível provar que a matemática não tem de ser vista como uma disciplina difícil e angustiante para os alunos, porque existe sempre a hipótese de através de histórias, envolver os alunos nas suas aprendizagens, motivando-os para realizar tarefas matemáticas e desenvolver conhecimento matemático.