INANOE Repositorio (Inst- Nacional de Astrofísica, Óptica y Electrónica
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Incremental learning and discrimination of imagined speech for EEG-based BCIs
Get PDFBrain-Computer Interfaces (BCIs) are systems able to transform the brain signals into commands to control a device. Different instruments are used to acquire brain signals, in this study electroencephalography (EEG) was employed to record the brain electrophysiological signals. In particular, the use of EEG is of great interest due to its simple operation and low cost. Former EEG-based BCIs used an external stimulus in which the brain activity related to such stimulus is known [Farwell and Donchin, 1988]. The present study is based on the use of an internal stimulus related to language, known as imagined speech, which is the action of imagining the diction of a word without emitting nor articulating any sound [Torres-García et al., 2016]. The use of imagined speech may provide a new communication channel for computers. Beyond aiding people with disabilities, this approach can change their interactions with electronic devices. An imagined speech based BCI requires the processing of brain signals to detect brain activity related to a specific word. Previous EEG-based BCIs have proposed methods for feature extraction and analysis. Some have attempted to represent EEGs as multidimensional data and have analyzed these representations in different ways [Ji et al., 2016, Zhao et al., 2009, Li and Zhang, 2010, Lee et al., 2007]. This study proposed a new method that integrates the dimensions of an EEG signal to find appropriate patterns for imagined speech discrimination. Therefore, a multiple variable (multivariate) representation will be proposed, as well as a deep learning architecture. These methods will be compared in subsequent experiments
Investigación y desarrollo teórico de un nuevo sensor electrofotónico
No full textEste trabajo comprende el estudio teórico de un nuevo fotodetector de silicio integrado para aplicaciones electrofotónicas donde fotones y electrones operen simultáneamente. El dispositivo propuesto ha sido llamado wavesensor y ha sido concebido como parte de la estructura básica de un circuito electrofotónico monolítico el cual está formado por un emisor de luz de silicio, una guía de onda y un detector de luz. Las características estructurales de este dispositivo son: Estructura tipo MIS, tener integrada una guía de onda de nitruro de silicio al área de fotodetección. El núcleo de esta es al mismo tiempo el dieléctrico de compuerta del detector y también juega un papel tanto fotónico como electrónico íntimamente relacionados. Las características más notables de su funcionamiento son el operar en el régimen de Punch-Through y tener ganancia electro-óptica para longitudes de onda en el rango visible. Esta ganancia es incrementada en sustratos de baja concentración de portadores y al disminuir la distancia de separación entre los contactos de fuente y drenaje. La estructura propuesta, los pasos de proceso de fabricación, los materiales y métodos son totalmente compatibles con la tecnología CMOS estándar en silicio. El estudio teórico de la física involucrada en el dispositivo y las simulaciones realizadas por computadora muestran que la fotocorriente en el drenaje es mayor que la esperada en un fotodiodo con eficiencia igual a 1. Esto demuestra que el dispositivo tiene ganancia electro-óptica para las longitudes de onda dentro del espectro visible y con potencia óptica en el orden de los nano watts. Entonces, con este nuevo dispositivo se abre una nueva área de investigación en sensores electrofotónicos para detectar señales lumínicas en el rango visibl
Synthesis, characterization and application of porous silicon decorated with TiO₂ in electronic devices and sensors
Get PDFIn this work, heterostructures of titanium dioxide with porous silicon were fabricated. The porous silicon was prepared by Metal-Assisted Chemical Etching (MACE), and TiO₂ was deposited using a straightforward method called solvothermal synthesis. It was possible to modulate the morphology and optical characteristics of TiO₂ by varying the concentration of the precursor, the kind of solvent, and adding up metal dopants. The morphology of the TiO₂ particles deposited on the walls of porous Si could be modulated from elongated particles to nanoflakes by varying the precursor concentration. On the other hand, their morphology is flake-like, semi-spherical, and sea urchin-like, for methanol, ethylene glycol, and acetone respectively, and it could change from cauliflower-like and nanocubes when going from Cu to In as dopants. The particle size also varies with the precursor concentration; the size is smaller for lower concentrations, producing that the bandgap and emission energy increase. Raman spectroscopy and x-ray diffraction patterns revealed the crystalline phase structure of TiO₂, which corresponds to anatase or rutile. The photoluminescence spectra showed broad-bands around 2.9 eV, which can be related to oxygen vacancies. Additionally, a blue shift was observed in the photoluminescence spectra depending on the synthesis conditions.En este trabajo se fabricaron heteroestructuras de dióxido de titanio con silicio poroso. El silicio poroso se preparó por grabado químico asistido por metal (MACE por sus siglas en inglés), para el depósito del dióxido de titanio se usó un método simple llamado síntesis solvotérmica. Fue posible modular la morfología y las características eléctricas del dióxido de titanio, variando la concentración del precursor, el tipo de solvente y agregando metales como dopantes. La morfología de las partículas de TiO₂ depositadas en las paredes del silicio poroso puede ser modulada de partículas alargadas a nanohojuelas variando la concentración del precursor. Por otra parte, usando metanol, etilenglicol y acetona se obtuvieron formas como hojuelas, semiesferas y erizos de mar respectivamente, y las nanoestructuras cambiaron de coliflores a nanocubos al introducir Cu o In como dopantes. El tamaño de las partículas también varía con la concentración del precursor; el tamaño es menor para bajas concentraciones, lo que hace que la energía de banda prohibida y la energía de emisión luminiscente se incremente. Espectroscopía Raman y difracción de rayos X revelaron la fase cristalina del TiO₂, lo que corresponde a una fase rutilo o anatasa. Los espectros de fotoluminiscencia mostraron bandas luminiscentes alrededor de 2.9 eV, lo que corresponde a vacancias de oxígeno
Caracterización del Grado de Diferenciación en Cortes Histológicos de Carcinoma Mamario
Get PDFBreast cancer is the most common type of cancer in women, according to the world health organization, representing 15% of deaths from cancer in women, its diagnosis is made by a pathologist who analyzes a small portion of the breast tissue under the microscope and performs what is known as "Histological evaluation", whose purpose is to determine the degree of cellular differentiation of the tissue, which is the key to knowing the degree of malignancy of the cancerous tissue. The gold standard for determining the degree of cell differentiation is the Scarff-Bloom-Richardson histological grading scheme [5, 6], which considers three morphological characteristics of the tissue: tubular formation, nuclear pleomorphism and mitotic count [4]. Nowadays, this evaluation is made subjectively by an expert pathologist, due to the lack of computational tools for quantitative analysis on breast tissue that assist the histological evaluation, therefore the determination of the degree of differentiation is subject to the possibility of error human. In this research work, a computational methodology is presented for the characterization of the degree of cell differentiation in digital images of histological sections of mammary carcinoma. The work carried out that is presented includes the characterization, identification and segmentation of the structures of the cell nucleus and formation of tubules, using analysis techniques, digital image processing and computer vision to carry out an automatic and objective measurement of its characteristics and subsequently establish the relationship of the same with the degree of cellular differentiation with K Nearest Neighbor classification reaching and accuracy of 84% ± 3% in the classification of the 3 grades using nuclear pleomorfism under the scarff-Bloom-Richardson scheme.El cáncer de mama es el tipo de cáncer más común en mujeres según la organización mundial de la salud representando el 15% de muertes por cáncer en mujeres, su diagnóstico es realizado por un médico patólogo mediante el análisis bajo el microscopio de una pequeña porción del tejido mamario conocido como. Evaluación histológica", cuyo fin es determinar el grado de diferenciación celular del tejido, que es clave para conocer el grado de malignidad del tejido canceroso. El estándar de oro para la determinación del grado de diferenciación celular es el esquema de graduación histológica Scarff-Bloom-Richardson [5, 6], el cual considera tres características morfológicas del tejido: formación tubular, pleomorfismo nuclear y conteo mitótico [4]. Hoy en día, esta evaluación se hace de manera subjetiva por un patólogo experto, debido a la falta de herramientas computacionales de análisis cuantitativo sobre tejido mamario que asistan la evaluación histológica, por ello la determinación del grado de diferenciación está sujeta a la posibilidad del error humano. En este trabajo de investigación se presenta una metodología computacional para la caracterización del grado de diferenciación celular en imágenes digitales de cortes histológicos de carcinoma mamario. El trabajo realizado que se presenta comprende la caracterización, identificación y segmentación de las estructuras del núcleo celular y formación de túbulos, utilizando técnicas de análisis, procesamiento digital de imágenes y visión computacional para realizar una medición automática y objetiva de sus características y posteriormente establecer la relación de las mismas con el grado de diferenciación celular utilizando clasificación de K vecinos más cercanos, alcanzando una precisión del 84% en la clasificación de los 3 grados de diferenciación celular utilizando pleomorfismo nuclear bajo el esquema Scarff-Bloom-Richardson
Trapping and 3D manipulation of vapor microbubbles: an experimental and theoretical analysis of the Marangoni effect
No full textThe trapping and manipulation of bubbles have been studied by several researchers from a distinct points of view due to the potential applications in numerous fields. The most common techniques to achieve the trapping and manipulation lie in thermal, optics, and acoustics phenomena. However, these techniques require a complex experimental setup and exhibit a lack of spatial accuracy. Moreover, the techniques are incapable to trap and manipulate bubbles bigger than 50 μm in diameter. In this thesis, we show both theoretical and experimental results concerning the 3D quasi-steady-state trapping and manipulation mechanism of ethanol vapor microbubbles up to 300 μm of diameter immersed in pure ethanol via optothermal effects employing low optical power, i.e., the laser radiation is absorbed by both a thin film and light bulk absorption in liquids. Thus, heating the liquid up to its boiling point and beyond, inducing a temperature gradient in the liquid. Drag, buoyancy, optical, and Marangoni forces are the main forces present due to both optothermal and hydrodynamics effects. The controlled generation of the ethanol vapor microbubbles lies on photothermally mechanism produced by the light absorption from silver nanoparticles, previously photodeposited on the core of one distal end of an optical fiber. The other distal end of the optical fiber is coupled to laser radiation, either CW laser or pulsed laser, at low power or low energy, respectively. The 3D trapping and manipulation of the photothermally-induced ethanol vapor microbubbles, immersed in a glass cell filled with pure ethanol, occurred by employing the same optical fiber configuration. Both the trapping and the manipulation of vapor microbubbles are driven by switching on and off the laser radiation, i.e., spatially switching the origin of the optothermal effects. Moreover, the vapor microbubbles can be trapped and manipulated within an optical fiber array (we explored an experimental setup composed of three fibers coupled to a three CW laser) emitting at different wavelengths at low power. The heart of the optothermal 3D trapping and manipulation of vapor microbubbles lies in the Marangoni effect.El confinamiento y manipulación de burbujas ha sido estudiada por varios investigadores desde distintos puntos de vista debido a las posibles aplicaciones en numerosos campos. Las técnicas más comunes para lograr el confinamiento y la manipulación radican en los fenómenos térmicos, ópticos y acústicos. Sin embargo, estas técnicas requieren una configuración experimental compleja y muestran una falta de precisión espacial. Además, las técnicas son incapaces de confinar y manipular burbujas de más de 50 μm de diámetro. En esta tesis, mostramos resultados tanto teóricos como experimentales sobre el mecanismo de confinamiento y manipulación 3D en estado-casi-estacionario de microburbujas de vapor de etanol de hasta 300 μm de diámetro sumergidas en etanol puro a través de efectos optotérmicos que emplean baja potencia óptica, es decir, la radiación láser es absorbida tanto por una película delgada como por una absorción ligera a granel en líquidos. Por tanto, calentar el líquido hasta su punto de ebullición y más allá, induce un gradiente de temperatura en el líquido. Las fuerzas de arrastre, flotabilidad, ópticas y de Marangoni son las principales fuerzas presentes debido a los efectos optotérmicos e hidrodinámicos. La generación controlada de microburbujas de vapor de etanol se basa en un mecanismo optotérmico producido por la absorción de luz de nanopartículas de plata, previamente fotodepositadas en el núcleo de un extremo distal de una fibra óptica. El otro extremo distal de la fibra óptica está acoplado a la radiación láser, ya sea láser CW o láser pulsado, a baja potencia o baja energía, respectivamente. El atrapamiento y manipulación 3D de las microburbujas de vapor de etanol inducidas optotérmicamente, sumergidas en una celda de vidrio llena de etanol puro, se produjo empleando la misma configuración de fibra óptica. Tanto el confinamiento como la manipulación de las microburbujas de vapor son impulsados por el encendido y apagado de la radiación láser, es decir, cambiando espacialmente el origen de los efectos optotérmicos. Además, las microburbujas de vapor se pueden atrapar y manipular dentro de un arreglo de fibras ópticas (exploramos una configuración experimental compuesta por tres fibras) acopladas a tres láseres de onda continua CW que emiten en diferentes longitudes de onda a baja potencia. El corazón del atrapamiento y manipulación optotérmica en 3D de microburbujas de vapor radica en el efecto Marangoni
Redes memristivas para procesamiento de imágenes: un enfoque de tratamiento en Paralelo
Get PDFIn this thesis, the memristive grid is introduced as an analog massive parallel processor applied to image processing. A memristive fuse is the key component for the grid, which contains memristors that are modelled by a charge-controlled memristance function The parallel functioning of the grid is based on circuit topology, which yields a smart classification of the resulting differential equations (DEs) arising from the nodal analysis. The parallelizing scheme is linked to the degree of the node which expresses the number of memristance functions present in the node DE. As a direct result, a vectorizing scheme is applied to the set of variables and node equations of the whole grid. The manuscript introduces the memristive grid as the evolution of the resistive grid with the aim of establishing the topological aspects of the resistive grid and extrapolating them to the memristive grid. From the point of view of Graph Theory, we have resorted to the fact that a grid (a lattice) is the result of the cartesian product of 2 path-graphs, which allows us to establish the main properties of the resulting graph in a very transparent way, with emphasis on those properties connected to the parallelizing methodology. Along the development of this work, the memristive grid has been programmed in several implementations. The memristive grid with parallel processing has been used for several tasks of image processing, such as smoothing, defining and edge-detection, for gray-level images and color images. As an application of the capabilities of the grid, the morphological analysis of seeds is presented.En esta tesis de maestría se presenta a la red memristiva como un procesador analógico masivo con funcionamiento en paralelo aplicado al procesamiento de imágenes. Como elemento fundamental de la red se utiliza un fusible memristivo para el cual se emplea un memristor modelado por expresiones de memristancia controlada por carga. El funcionamiento en paralelo de la red está basado en la metodología de procesado que se deriva del análisis topológico del grafo de la red. Esto permite clasificar las ecuaciones diferenciales (ED) a resolver (ecuaciones de nodo) en función de los grados de los nodos con la finalidad de aplicar esquemas de paralelización ad hoc a la cantidad de funciones de memristancia que se hallan presentes en dichas EDs. Como resultado de esta clasificación, se asignan expresiones vectorizadas a las variables de la red memristiva involucradas en el análisis nodal. La red memristiva se presenta en el documento como resultado de la evolución de la red resistiva, lo cual permite estudiar los aspectos topológicos en la red resistiva y extrapolarlos a la red memristiva. Desde el punto de vista de teoría de Grafos, la red es un arreglo rectangular de elementos que es resultado del producto cartesiano de dos grafos-trayectoria, lo cual permite establecer las propiedades topológicas de la red de una manera transparente y en especial las propiedades que dan origen a la base de la metodología de procesamiento en paralelo. Es importante señalar que como resultado del desarrollo de la aplicación de procesamiento de imágenes, se generaron herramientas en diversas plataformas y variantes, dependiendo del estadio de desarrollo. La red memristiva con funcionamiento en paralelo es utilizada para el procesamiento de imágenes en tareas específicas de suavizado, resaltado y detección de bordes, tanto para imágenes en escala de gris como para imágenes en color. Finalmente, como aplicación del procesamiento de imágenes en paralelo, se presenta el cálculo de los parámetros morfológicos de semillas
Manual complementario de la evaporadora Balzers, Mod. BA510A, Cañón de electrones Mod. HVCEB-8 y procesos de fabricación de crisoles
Get PDFEn el ámbito de la óptica, el recubrimiento de superficies con películas delgadas consiste en cubrir la superficie de algún material óptico con algún material de recubrimiento específico, combinar diferentes materiales para producir uno nuevo y que esta nueva combinación pueda producir cambios al material modificando las propiedades ópticas y eléctricas del mismo. Esto se puede lograr alternando capas o mezclando materiales, con el fin de modificar las propiedades de dichos materiales usados como substrato o lente. Para esto, se tiene que controlar parámetros físicos y químicos como espesor, temperatura, nivel de vacío (presión atmosférica), entre otros factores que influyen para la fabricación de la película. Para lograr esto, se hace uso de una evaporadora la cual tiene los elementos adecuados para realizar dicha tarea. Por lo anterior, en este reporte técnico se describe el procedimiento de encendido, apagado y funcionamiento de los componentes de la evaporadora Balzers, modelo BA510A. También se describe el procedimiento de encendido, funcionamiento de los componentes y apagado del cañón de electrones, las ventajas y desventajas del uso de éste en el cañón. En seguida, se refieren los procedimientos para la fabricación de crisoles cuya función es principalmente calentar, fundir, quemar y calcinar sustancias. Finalmente se describe una breve conclusión de todos los procedimientos
Diseño y operación de un prototipo de espectrógrafo astronómico de transformada de Fourier en el rango óptico
No full textEn este trabajo se describe el diseño, integración y caracterización de un prototipo de espectrógrafo bidimensional de transformada de Fourier (IFTS) para uso astronómico en el rango óptico, a nivel laboratorio. Este trabajo se enmarca en la primera fase del proyecto “Desarrollo e integración de un IFTS para el Observatorio Astrofísico Guillermo Haro (OAGH)”, llevado a cabo por estudiantes, técnicos e investigadores del Instituto Nacional de Astrofísica, Óptica y Electrónica (INAOE, México). El diseño del prototipo IFTS consideró el desarrollo previo de un modelo optomecánico de reductor focal, un modelo óptico de cámara-colimador y un modelado de sensibilidad espectrofotométrica para el telescopio de 2.1 m del OAGH. Para el diseño del interferómetro se analizaron tres configuraciones ópticas de un interferómetro de Michelson, considerando diferentes trayectorias de la luz de ciencia y de metrología, tomando en cuenta las especificaciones técnicas dictadas por los requerimientos científicos del proyecto, en términos de campo de visión, longitud de onda operativa y calidad de imagen pancromática. La configuración final maximiza el contraste entre franjas interferométricas y la energía total que llega al detector, permitiendo realizar correcciones en la alineación del interferómetro de ciencia y calibraciones en longitud de onda de segundo orden. De forma paralela, se desarrollaron herramientas de análisis para estudiar el sistema a través de un simulador de interferogramas sintéticos, el cual permitió examinar –de forma teórica– la fluctuación de los interferogramas debido al desplazamiento del espejo móvil, las variaciones en longitud de onda y la inclinación de los espejos. El diseño final del arreglo interferométrico fue caracterizado para determinar los márgenes de error admisibles por fluctuaciones de temperatura, dilataciones térmicas y vibraciones. Se obtuvieron espectros bidimensionales calibrados en flujo y longitud de onda para fuentes monocromáticas y para luz blanca a través de filtros estrechos, obteniéndose resoluciones espectrales de uso astronómico en concordancia con la resolución espectral teórica. Finalmente, se realizaron simulaciones del prototipo IFTS acoplado al telescopio de 2.1 m del OAGH con la finalidad de analizar la degradación de los interferogramas en el detector debido a flexiones gravitacionales, permitiendo conocer los ángulos de apuntado en los que el instrumento sería científicamente útil.This work presents the design, integration and characterization of a laboratory-level Fourier transform imaging spectrograph (IFTS) for astronomical purpose in the optical wavelength range. This work is framed in the first phase of the project: “Development and integration of a IFTS for the Guillermo Haro Astrophysical Observatory (OAGH)”, carried out by students, technicians and researchers at the National Institute for Astrophysics, Optics and Electronics (INAOE, Mexico). The design of the IFTS prototype considered the previous development of an optomechanic model, a cameracollimator model, and the spectrophotometric sensitivity modeling for the OAGH 2.1 m telescope. Three optical configurations of a Michelson interferometer were considered for the design, considering different science and metrology light paths, considering the technical specifications given by the scientific requirements of the project, in terms of the field of view, operative wavelength range and panchromatic image quality. The final configuration maximizes the contrast between interferometric fringes and the total energy arriving to the detector, allowing to perform corrections to the science interferometer alignment and second order wavelength calibrations. Likewise, analysis tools were developed to study the system through a simulator of synthetic interferograms, which allow to examinefrom the theoretical point of view-the fluctuation of the interferograms due to the displacement of the scanning mirror, the variations in wavelength and the inclination of the mirrors. The final design of the interferometric set was characterized to derive the admissible errors due to temperature fluctuations, thermic dilations, and vibrations. Flux and wavelength calibrated spectra were obtained using a monochromatic illumination source and white light through narrow-band filters, obtaining spectral resolutions of astronomical use, in agreement with the theoretical spectral resolution. Finally, simulations of the IFTS prototype attached to the OAGH 2.1 m telescope were performed to analyze the degradation of the interferograms in the detector due to gravitational flexures, allowing to derive the pointing angles at which the instrument would be scientifically useful
Análisis de datos elecroencefalográficos de recuperación en pacientes con traumatismo craneoencefálico leve
Get PDFThe present research aims to analyze the relationship between the presence of post-concussion symptoms and the decrease in event-related potentials (ERPs). Literature has already described the relation between these factors but only in group analysis. Unlike these, this work pretends to study individual data to assess the usage of ERPs to detect cognitive impairment caused by post-concussion syndrome. This study used a data set composed of 72 participants belonging to 3 main groups: mild traumatic brain injury (mTBI)(n = 27), control (n = 22) and chronic mTBI (n = 23); to whom different symptom tests (PROMIS, FrSBe, NSI and BDI) and a event-related potential (ERP) test were applied, in two sessions (3-14 days and 3 months after mTBI). The first step in the data analysis was processing the EEG signals in order to identify P3a and P3b peaks. Then, the ERPs group distributions were compared with each other looking for statistically significant differences (p < 0.05). To study the individual results of group mTBI, different methods were applied: comparing results (two and three PROMIS symptoms) and machine learning classification models. In order to compare results, the control group was subjected to the same process. In addition, other postconcusive-syndrome-related factors were analyzed, such as the relationship between FrSBe, NSI and BDI with the ERP results. In the group analysis, no statistically significant differences between distributions were found, which is why a group analysis is discarded to confirm or deny cognitive impairment as a symptom of PCS or mTBI. In the study of individual results, the results did not showed higher accuracies than 74.1%, in addition, it was found that the methods got a high specificity (up to 0.882), which could be interpreted as that it is not complicated for the methodology to identify subjects without cognitive impairment, actually, the results vary significantly on groups that do show symptoms.La presente investigación tiene como objetivo analizar la relación entre la presencia de síntomas posconmocionales y la disminución de potenciales relacionados a eventos (ERPs). En la literatura ya ha sido descrita la relación entre estos factores pero sólo en análisis grupales. A diferencia de estos, el presente trabajo pretende analizar los datos por individuo, con la finalidad de valorar el uso de ERPs para la detección de la deficiencia cognitiva causada por un síndrome posconmocional. En esta investigación se trabajó con una base de datos de 72 participantes, pertenecientes a tres grupos: traumatismo craneoencefálico (TCE) leve (n = 27), control (n = 22) y crónico (n = 23); a quienes se les aplicó distintas pruebas de sintomatología (PROMIS, FrSBe, NSI y BDI), y tomado pruebas ERP en paradigma de 3 estímulos, en dos sesiones (3-14 días y 3 meses después del TCE leve) El primer paso para el análisis de estos datos fue procesar las señales electroencefalográficas (EEG) para identificar los picos de P3a y P3b. Una vez obtenidos estos datos, se analizaron las distribuciones de manera grupal en busca de diferencias significativas entre ellas (p < 0.05). Para estudiar los resultados del grupo TCE leve de manera individual, se aplicaron distintos métodos: comparación de resultados (con dos o tres síntomas de PROMIS) y clasificación por métodos de aprendizaje automático. Cómo comparativo, se aplicó el mismo proceso para el grupo crónico. Además, se analizaron otros factores relacionados con el SPC, como la relación de FrSBe, NSI y BDI con los resultados de los ERPs. En el análisis grupal no se encontraron diferencias estadísticamente significativas entre las distribuciones, por lo que se descarta que un análisis grupal pueda afirmar o negar con exactitud el deterioro cognitivo como síntoma de SPC o TCE leve. En el estudio individual, los métodos utilizados no presentaron exactitudes mayores a 74.1%, además, se encontró que los métodos presentaban alta especificidad (de hasta un 0.882), lo que se pudiese traducir en que a los métodos no les es complicado identificar a personas sin deficiencias cognitivas, más bien, los resultados son muy variados en los grupos que sí presentan síntomas
A Lightweight Cryptographic Scheme to Provide Confidentiality and Integrity in a UAVs Swarm Centralized Architecture
Get PDFUnmanned Aerial Vehicles (UAVs) swarm has changed the way to solve some tasks in different fields. Usingthis technology, people can do their tasks every day more efficiently with minimal manual effort. Some researchers propose that the control of the swarm could be centralized since in this approach the edgeUAVs only collect data, while all the computation happens in a central station. So that, if communication channels don’t have security services, then a third party can spy on these channels and get the information ransmitted. Also, it can modify the sensitive data, introduce incorrect data to the architecture, and causethe central station to take a wrong decision and compromise the mission. Some works have proposed touse Public-key cryptography primitives to provide confidentiality and integrity services in this architecture,but the inconvenience is that these primitives compute complex operations on devices with limited resources. Therefore, in this work, we propose a lightweight cryptographic scheme based on Symmetric cryptography primitives to provide these services in a UAVs swarm centralized architecture respecting device and network restrictions. To achieve this, we use AEGIS, which is an Authenticated Encryption lightweight algorithm that won the CAESAR contest in 2019 in the high-performance applications category.The use of this algorithm allows us to provide both services only using one cryptographic primitiveand have a better performance concerning other works which use public cryptography primitives. In addition,we propose key management between the devices with which we achieve mutual authentication by re-using AEGIS to encrypt secret parameters so that each entity will be able to establish the session key and send encrypted messages