INANOE Repositorio (Inst- Nacional de Astrofísica, Óptica y Electrónica
Not a member yet
2571 research outputs found
Sort by
Reconfigurable system for chaotic time series prediction
Get PDFChaotic behavior exists in a large number of biological and natural phenomena, and nowadays engineers focus their efforts on developing hardware and software techniques to predict chaotic time series, this is because it has recently been demonstrated that several human illnesses have chaotic behavior, and predicting them would help to improve the quality of life of people. However, reviewing the existing literatura on this topic, it can be seen that only a few techniques can be successfully applied in the long-term prediction of chaotic time series because sensitivity dependence on initial conditions makes that a small difference in the input can lead to overwhelming differences in the output. The objective of this research is to predict chaotic time series, specifically, time series with different values of the maximum Lyapunov exponent (MLE) obtained from a chaotic oscillator. To make this prediction in a long-horizon, the application of a technique for predicting chaotic behavior with a minimum error is proposed, as well as the necessary parameters to develop an optimal prediction system, and in addition the different ways of implementing the prediction technique with electronic devices, such as field-programmable gate arrays (FPGA), are explored. In this thesis a comparison of three chaotic time series prediction techniques is presented: arti_cial neural networks (ANNs), support vector machine (SVM) and adaptive neuro-fuzzy inference system (ANFIS). The three techniques are compared concerning the prediction of different chaotic series with different MLE values, and the normalized mean squared error (NRMSE) is measured. The prediction with horizons of 6 and 12 steps ahead is done to show the advantage of the ANNs. In this manner, three ANN topologies are applied: multilayer perceptron (MLP), recurrent network with exogenous inputs (NARX), and echo state network (ESN). The implementation in FPGA of these topologies is detailed and they are applied in the prediction of series with different MLE values.El comportamiento caótico existe en una gran cantidad de fenómenos biológicos y naturales, hoy en día los ingenieros centran sus esfuerzos en desarrollar técnicas de hardware y software para la predicción de series de tiempo caóticas, esto es debido a que recientemente se ha demostrado que diversos padecimientos del ser humano tienen comportamiento caótico, y predecirlos coadyuvaría a mejorar la calidad de vida de las personas. Sin embargo, al revisar la literatura existente en éste tema, se puede apreciar que solo unas pocas técnicas pueden aplicarse con éxito en la predicción a largo plazo de series de tiempo caóticas, ya que la dependencia de la sensibilidad de las condiciones iniciales hace que una pequeña diferencia en la entrada pueda llevar a abrumadoras diferencias en la salida. El objetivo de esta investigación es predecir series de tiempo caóticas, específicamente, series de tiempo con diferentes valores del máximo exponente de Lyapunov (MLE, por sus siglas en inglés) obtenidas a partir de un oscilador caótico. Para realizar ésta predicción en un horizonte largo, se busca la aplicación de una técnica que sea capaz de predecir el comportamiento caótico con un error mínimo así como los parámetros necesarios para encontrar un sistema de predicción óptimo, además de explorar las distintas formas de implementación de la técnica de predicción con dispositivos electrónicos, como los arreglos de compuertas programables en campo (FPGA, por sus siglas en inglés) En esta tesis se presenta una comparación de tres técnicas de predicción de series de tiempo caóticas: redes neuronales artificiales (ANN, por sus siglas en inglés), máquinas de soporte vectorial (SVM, por sus siglas en inglés), y sistemas neuro-difusos (ANFIS, por sus siglas en inglés). Las tres técnicas se comparan con respecto a la predicción de distintas series caóticas con distintos valores del MLE, y se mide el error cuadrático promedio normalizado (NRMSE, por sus siglas en inglés). Al realizar una predicción con horizontes de 6 y 12 pasos en adelante, se muestra la ventaja de las ANNs. Es por ello que en ésta tesis se aplican tres topologías: perceptrón multicapa (MLP, por sus siglas en inglés), red recurrente con entradas exógenas (NARX, por sus siglas en inglés), y red de estado de eco (ESN, por sus siglas en inglés). Se detalla la implementación en FPGA de éstas topologías y se aplican en la predicción de series con distintos valores del MLE
Propagación de luz no clásica y clásica en circuitos fotónicos no hermíticos y no lineales
Get PDFThe aim of this research work is to design PT -symmetric optical devices that resemble the dynamics of quantum systems. Thus, we study propagation of non-classical and classical light through a linear two-waveguide coupler (dimer) under the regime of symmetry paritytime, where we consider gain and loss in balance. We propose new viable configurations for use in unidirectional couplers, polarization circulators, optical switches, among others. We describe different experimentally feasible configurations, varying the active and passive medium, for the quantum linear PT -symmetric dimer. We obtained spontaneous and stimulated generation of photons, due to the active medium with presence of the vacuum state and by the state of individual photons, respectively. We also consider entanglement states to study the correlation of photons by a quantity similar to Mandel Q-parameter that provides us the probability of having coincidence in the detection of photons. We show that the propagation of vacuum and single photons states might provide directional coupler devices controllable by the propagation distance in the PT -symmetric regime. In addition, we observe that photon bunching and anti-bunching can provide us a separable and spatially entangled states sources, depending on the con_guration. Finally, we describe the dynamics of a non-Hermitian nonlinear optical dimer with renormalized fields in the classical regime linearizing the system around its fixed points. We propose a two-waveguide coupler with saturable nonlinearity model as an optical simulator to the semi-classical non-Hermitian Bose-Hubbard model. We also present a twisted weakly-birefringent fiber amplifier model with saturable nonlinearity, where we analyze the polarization dynamics of spatially orthogonally polarized spatial modes.El presente trabajo de investigación tiene como objetivo diseñar dispositivos ópticos con simetría PT que asemejen la dinámica de sistemas cuánticos. Por lo cual, estudiamos la propagación de luz no clásica y clásica a través de un acoplador de dos guías de onda (dimer) lineal bajo el régimen de simetría paridad-tiempo, donde consideramos medios de ganancia y perdida en balance. Proponemos nuevas configuraciones viables para su uso en acopladores unidireccionales, circuladores de polarización, interruptores ópticos, entre otros. Se describen diferentes configuraciones experimentalmente factibles, variando los medios activos y pasivos, para el dimer PT simétrico cuántico lineal. Obtuvimos generación espontánea y estimulada de fotones debido al medio activo con presencia del estado vacío y por el estado de fotones individuales, respectivamente. También consideramos estados entrelazados para estudiar la correlación de fotones por medio de una cantidad similar al parámetro Q de Mandel que nos proporciona la probabilidad de tener coincidencia en la detección de fotones. Mostramos que la propagación del estado de vacío y fotones individuales proporcionan dispositivos de acoplamiento direccionales controlables por la distancia de propagación en el régimen PT simétrico. Además, observamos que el agrupamiento y anti-agrupamiento de fotones nos puede proporcionar una fuente de estados separables o espacialmente entrelazados, dependiendo de la configuración. Finalmente, describimos la dinámica de un dimer óptico no Hermítico y no lineal con campos renormalizados en el régimen clásico linealizando el sistema alrededor de sus putos fijos. Proponemos el modelo de un acoplador de dos guías de onda no lineal saturable como un simulador óptico semi-clásico no Hermitiano Bose-Hubbard. Asimismo, presentamos un modelo de amplificador de fibra torcida débilmente birrefringente con no linealidad saturable, donde analizamos la dinámica de polarización de modos espaciales de campo ortogonalmente polarizados
Evolución no lineal de campos de speckle
Get PDFDescribe a transformation of the probability density function associated to a nonlinear mapping. The analysis is made through a crypto-deterministic process characterized by the Liouville theorem. The physical effects associated are identify by the correlation function. Simulations of the transformation are shown. The nonlinear mapping generates vortices associated to the flow of the density function. The evolution of speckle fields is organized around “balance points” whose dynamical behavior corresponds to attractors and repulsors. An analogy between optical speckle fields and thermodynamic processes is established which is fundamental to correlation processes.Describir la transformación de la función de densidad de probabilidad asociada a un mapeo no lineal. El análisis se implementa a través de un proceso cripto-determinista caracterizada por el teorema de Liouville. Los efectos físicos asociados se identifican mediante la función de correlación. Se muestran simulaciones realizadas por dichas transformaciones. El mapeo no lineal genera vórtices asociados al flujo de la función de densidad. La evolución de campos de speckle se organiza alrededor de “puntos de equilibrio” cuyo comportamiento dinámico corresponde a atractores y repulsores. Se establece una analogía entre campos ópticos de speckle y procesos termodinámicos los cuales son evidentes en procesos de correlación
Autotext: autoML for text classification
Get PDFNon-experts in Machine Learning research have an increasing demand for easy-to-use methods to model solutions that use the large amounts of data available today, where such solutions are expected to perform at least as well as one build by a human with profound knowledge of ML and statistics. AutoML is the area that investigates the automation of Machine Learning. Some state-of-the-art methods for approaching this problem are already available, nonetheless none of them concentrate on the challenges of Natural Language Processing. This work comprises an extensive study in text classification where 81 different problems were approached with the most commonly used algorithms. Leveraging the obtained metadata from these experiments, a method that automatically builds pipelines for classifying text documents is proposed. This method contemplates the optimization of a classification model and its hyper-parameters as well as the selection of the representation vector for a text in a given set of unprocessed text documents. A characterization for tasks is introduced as part of this method, but the reach of this novel description is not limited to AutoML problems. Results in our experimentation show that the proposed AutoML method and the novel characterization outperform previous approaches for automating text classification and under certain circumstances obtain comparable results to state-of-theart models. Being one of the first works to explore AutoML in NLP, several further questions can be derived from this thesis with potential impact for both fields.Personas con poca experiencia en aprendizaje de máquina tienen una creciente demanda de métodos fáciles de usar para modelar soluciones que aprovechen la gran cantidad de datos disponible en la actualidad, se espera que dichas soluciones funcionen al menos tan bien como una construida por un humano con profundo conocimiento en aprendizaje de máquina y estadística. AutoML es el área que investiga la automatización del aprendizaje de máquina. En el estado del arte existen algunos métodos disponibles que abordan dicho problema, sin embargo, ninguno de ellos se concentra en los retos de Procesamiento de Lenguaje Natural.
Este trabajo comprende un extenso estudio en classificación de textos donde 81 problemas son aborados usando los algoritmos más comunmente usados. Aprovechando los meta-datos
obtenidos de estos experimentos, un método que construye automáticamente pipelines para clasificar documentos de texto es propuesto. Dicho método contempla la optimización de un modelo de clasificación así como la selección de una representación vectorial para los textos
dado un conjunto de documentos sin preprocesamiento alguno. Una nueva caracterización para las tareas de clasificación es introducida como parte del método, pero como se muestra en este documento, el alcance de dicha forma de descripción no está limitada al problema de AutoML. Los resultados obtenidos en nuestra experimentación muestran que el método de AutoML propuesto y la caracterización superan los resultados de enfoques anteriores para la automatización de tareas de clasificación de texto, y bajo ciertas circunstancias obtienen resultados comparables a modelos del estado del arte. Siendo uno de los primeros trabajos en explorar AutoML en NLP, varias preguntas pueden derivarse de esta tesis teniendo así impacto en ambas áreas
Análisis espectral de nanopartículas plasmónicas usando microscopía de campo obscuro
Get PDFIn this work, we present a dark field microscope for the study of gold nanoparticles (NPs). This microscopy method is based on a configuration of total internal reflection (TIR) that allows to obtain images of NPs excited by an evanescent field. Our system is based on an objetive of a large numerical aperture (NA), which collects light and sends it to a CMOS detector used as an eyepiece. We developed a light collection system, which allows scattered light to be collected by the gold NPs through a multimode optical fiber coupled to the dark field microscope. This light is finally transmitted and analyzed by a spectrometer. Two samples of gold nanoparticles were analyzed. A sample in solution, chemically synthesized by the Turkevich method and a sample made by a lithographic method which has gold nanostructures printed on glass. A lighting system based on total internal reflection was implemented, which uses two light emitting diodes (LED) and a slide used as a waveguide, an economical, novel and less difficult to use system. The results show that our dark field microscope is a method that distinguishes gold nanoparticles with diameters of 26 nm and 39 nm. It was also possible to simultaneously measure the spectrum scattered by said gold nanoparticles and the changes in their surrounding environment.En este trabajo presentamos un microscopio de campo obscuro para el estudio de nanopartículas (NPs) de oro. Este método de microscopia se basa en una configuración de reflexión total interna (TIR) que permite obtener imágenes de NPs excitadas por un campo evanescente. Nuestro sistema se basa en un objetivo de una apertura numérica (NA) grande, el cual colecta la luz y la envía a un detector CMOS utilizado como ocular. Se desarrolló un sistema de colección de luz, el cual colecta la luz esparcida por las NPs de oro mediante una fibra óptica multimodo acoplada al microscopio de camo obscuro. Esta luz posteriormente es enviada y analizada por un espectrómetro. Se analizaron muestras de nanopartículas de oro, una muestra en solución, sintetizada químicamente mediante el método de Turkevich y una muestra fabricada por litografía, la cual posee nanoestructuras de oro impresas sobre vidrio. Se implementó un sistema de iluminación basado en reflexión total interna, el cual utiliza dos diodos emisores de luz (LED) y un portaobjetos utilizado como guía de onda, un sistema económico, novedoso y técnicamente menos difícil de usar. Los resultados demuestran que nuestro microscopio de campo obscuro es capaz de distinguir nanopartículas de oro de diámetros de 26 nm y 39 nm, también fue posible medir simultáneamente el espectro esparcido por dichas nanopartículas de oro y los cambio en el medio circundante de ellas
Como crear una asociación civil para la prevención de la seguridad tecnológica y cibernética en el estado de puebla.
Get PDFEn este documento se busca cómo crear una asociación civil de forma legal en el estado de Puebla, con el objetivo de fomentar la cultura del conocimiento en materia de la Seguridad de la Información. En ella, se podrá encontrar el análisis para poderse constituir de manera legal en el estado de Puebla, siempre buscando el beneficio social. El código civil del estado de Puebla contiene diferentes formas de asociarse en lo individual o un conjunto de personas bajo el fin particular o general, su constitución y formalización. Se define la participación ciudadana y el derecho a asociarse libremente como individuos dentro de una sociedad y la forma de poder intervenir de manera positiva en ella. Se estudió la importancia de interacción como asociado a los diferentes gobiernos, (Federal, Estatal y Municipal), las diferentes conductas antisociales y antijuridicas que dan forma a los diferentes tipos de delitos, basados, dentro del orden federal, como del fuero común. Así mismo se detalla en ella la teoría del delito, los diferentes tipos como son los culposos y dolosos que nos ayudara a comprender la legalidad y el actuar de la sociedad, así como de lo que se encargar de resguardar, proteger y de perseguir estos delitos. La incidencia de ellos en la sociedad, la percepción que se cuenta socialmente de los delitos electrónicos, cibernéticos y sus leyes que persiguen tanto a los que la violan las leyes, como a las leyes que protegen y previenen estos tipos de delitos. Se estudian los diferentes tipos de delitos que se vinculan a los delitos cibernéticos, así como las diferentes estrategias de prevención de estos en el ámbito gubernamental y social. Se encuentra la descripción de las metodologías más importantes de ataque a nivel mundial y se justifica la necesidad de fomentar el conocimiento del cómo o porque operan para poder prevenirlos. Así mismo se realizó un estudio de las instituciones que realizan monitoreo o respuesta a incidentes de ciberseguridad, así como a las instituciones públicas y privadas que fomentan la prevención y el conocimiento de la seguridad informática. Se llevó a cabo una prueba piloto, que establece un pretest de conocimientos en la materia y después se realizó una capacitación y se comprobó en ambos test los resultados palpables que reflejan la alta incidencia delictiva de estos delitos, la falta de cultura de la autoprotección, arrojando datos interesantes que ayudarán a mejorar en la sociedad estos resultados
Microfluidic and optogenetic interrogation of a mechanoreceptor circuit in C. elegans
Get PDFC. elegans is an animal model widely used to investigate how neural circuits and genes generate behaviour in response to sensory cues. Inatraditional nose touch assay, C. elegans avoids mechanical stimuli delivered to the nose by moving backwards. Although traditional ways have provided a wealth of knowledge about mechanosensitive behaviours and the molecules mediating it, high-resolution imaging of neuronal activity and synaptic transmission during mechanical nociception remains a challenge. In this project, microfluidic devices were fabricated to partially immobilize individual animals for high-resolution imaging of neuronal activity while delivering a mechanical and chemical stimulus to the nose, to investigate the response of a mechanoreceptor neural pathway. Devices consist of a trapping channel, which allows observing neural responses at the same time a stimulus is delivered with a pneumatic actuated elastic membrane. To evaluate the device performance, it was necessary to measure the membrane displacement using different pressures and compared them with analytical predictions and computational modelling. Additional findings were that the potential intersection of pain and food signals inhibits behavioural responses and calcium activity in the animals, and the role of the serotonin as aneuromodulator in these processes
Optimización del proceso de fabricación de celdas solares de heterounión de silicio cristalino / silicio amorfo
No full textIn this Thesis a study for optimizing the fabrication process of Heterojunction with Intrinsic Thin-layer solar cell (HIT) was achieved. This study was developed at Instituto Nacional de Astrofísica, Optica y Electrónica (INAOE). Cells were fabricated in FZ n type silicon wafer. On the top side, intrinsic and doped layers of amorphous hydrogenated silicon (a-Si:H ) were deposited at 160oC. For this, a multichamber Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition (PECVD) was employed. Cleaning through Reactive Ion Etching (RIE), before the deposit of metal contacts; the study on the effect of passivation layers thickness intrinsic a-Si:H ; and the boron doping of the top layer empha-Si:H type pare the most important processes that were optimized. Due to the fabrication process optimization and the bibliographic review, the efficiency (Eff) and the fill factor (FF) of the 1cm2 cells were improved. In the previous work, maximum values of Eff = 10:5% and FF = 45% were achieved and by means of this work, Eff = 15:4% and FF = 55% were obtained.En esta tesis se realizó una investigación encaminada a la optimización del proceso de fabricación de celdas solares de heterounión con película intrínseca delgada (HIT) que se desarrolla en el Instituto Nacional de Astrofísica, Optica y Electrónica (INAOE). Las celdas fueron fabricadas en silicio cristalino FZ tipo n sobre las cuales se depositaron, a 160oC, películas de silicio amorfo hidrogenado (a-Si:H ) intrínseco y dopado utilizando un equipo de depósito quómico en fase vapor asistido por plasma (PECVD) multicámara del Laboratorio de Microelectrónica del INAOE. Los pasos más importantes que se optimizaron fueron: Limpieza con grabado iónico reactivo (RIE), previo al depósito de contactos metálicos; así como el estudio del efecto del espesor de las películas de a-Si:H intrínsecas pasivantes; y de dopado de la película superior de a-Si:H tipo p con boro. Tanto la optimización del proceso de fabricación y la investigación bibliográfica permitieron mejorar la eficiencia (Eff) y el factor de llenado (FF) de las celdas de 1cm2 fabricadas, anteriormente, en el INAOE. Estas alcanzaban valores máximos de Eff = 10:5% con FF = 45 %, y gracias a este trabajo de investigación se lograron incrementar la Eff a 15:4% y FF a 55 %
Sistemas de recepción / transmisión para internet de las cosas (IoT).
Get PDFWith the great expansion that wireless communication technologies have had in the human history, it is quite strange to find an example of a product where a wireless transceiver (TRX) cannot be implanted that can communicate information from or towards the internet, for example. From our own home, in our work and during our vacations. We are surrounded by electronic devices that can be interconnected to send and receive information instantly. But the challenge today is focused on the interconnection of these devices anytime, anywhere and without the need to be operated by humans. Towards this goal is the trend of the Internet of Things (IoT) that requires new solutions implemented in Silicon to support applications never imagined. Like precision agriculture, surveillance of infrastructure and smart cities of the future. With about 33 billion devices connected through a standard for IoT in the year 2020, it is necessary to solve some problems in current transceivers (TRX). Among the most important is the energy consumption since many of these devices are dependent on batteries and a technique now very important to reduce power consumption is the reduction of stages either by joining or eliminating stages that are not definitely necessary. In this paper we present an unconventional transceiver architecture (TRX) based on an LC tank oscillator that uses a passive inductor as an antenna (OFF-chip) to transmit and receive signals. Signals of frequencies as small as 30KHz to be transmitted and / or received wirelessly with robustness against interference thanks to an ASK OOK modulation through a very small band of the electromagnetic spectrum. Several times less bandwidth used compared to other communication technologies channels such as WiFi, Bluetooth and GSM. This transceiver (TRX) has been validated with post-layout simulations in the CADENCE tool and manufactured in a MMRF CMOS 180nm UMC technology.Con la gran expansión que han tenido las tecnologías de comunicación inalámbrica en la vida de todos los seres humanos en la actualidad es bastante extraño encontrar un ejemplo de un producto en donde no pueda ser implantado un transceptor (TRX) inalámbrico que pueda comunicar información desde o hacia la internet, por ejemplo. Desde nuestro propio hogar, en nuestro trabajo y durante nuestras vacaciones. Estamos rodeados de dispositivos electrónicos que pueden ser interconectados para enviar y recibir información instantáneamente. Pero el reto de la actualidad se centra en la interconexión de estos aparatos en cualquier momento en cualquier lugar y sin la necesidad de ser operados por un ser humano.
Hacia esta meta está encaminada la tendencia del internet de las cosas (IoT) que requiere de nuevas soluciones implementadas en Silicio para soportar aplicaciones nunca imaginadas. Como la agricultura de precisión, la vigilancia de infraestructura y las ciudades inteligentes del futuro.
Con cerca de 33 billones de aparatos conectados a través de algún standard para IoT en el año 2020 es necesario resolver algunos inconvenientes en los transceptores (TRX) actuales. De los más importantes es el uso de la energía ya que muchos de estos dispositivos son dependientes de baterías y una técnica ahora muy importante para reducir el consumo de potencia es la reducción de etapas que conforman los dispositivos ya sea uniendo o eliminando etapas que no son necesarias definitivamente.
En este trabajo se presenta una arquitectura de transceptor (TRX) no convencional basado en un oscilador tanque LC que usa un inductor pasivo como antena (OFF-chip) para la transmisión y recepción de señales. Señales de frecuencias tan pequeñas como 30KHz para ser transmitidas y/o recibidas inalámbricamente con robustez ante interferencias gracias a la modulación ASK OOK en una muy pequeña franja del espectro electromagnético. Varias veces menor a la usada por las tecnologías de comunicación inalámbrica como WiFi, Bluetooth, GSM y NB-IoT.
Con un consumo de solo 4.5mW y bajo un régimen de “duty-cycling” se logra llegar a un consumo de corriente promedio de 3.0525μA que logra asegurar que la batería usada (CR2032) logre una autonomía de 10 años sin recambio así convirtiéndose en una solución apropiada para varias aplicaciones de el IoT.
Este transceptor (TRX) ha sido validado con simulaciones post-layout en la herramienta CADENCE y fabricado en una tecnología MMRF CMOS de 180nm de UMC
Una nueva representación de jeroglíficos basada en su descomposición en partes primitivas
Get PDFAutomatic or semi-automatic hieroglyph retrieval has been a topic of multidisciplinary interest, where areas like computer vision, pattern recognition and humanities (archeology, anthropology, sociology, etc.) colaborate to facilitate and support the manual search of hieroglyphs from printed catalogs. For this task, hieroglyphs must be represented according their visual content. In the literature, the most sucessful hieroglyph representations for retrieval have been built following the BoVW (Bag of Visual Words) model. In this PhD. research, a new hieroglyph representation is proposed. This hieroglyph representation results from introducing some modi_cations into the stages of the BoVW model. Acccording to our experiments, the proposed hieroglyph representation allows obtaining better retrieval results than those results obtained by the most sucessful hieroglyph representations of the state of the art.La recuperación automática o semi-automática de jeroglíficos ha sido un tópico de interés multidisciplinario donde intervienen áreas como visión por computadora, reconocimiento de patrones y humanidades (e.g. arqueología, antropología, sociología, etc.), teniendo por objetivo facilitar y dar soporte a la búsqueda manual de jeroglíficos en catálogos impresos. Para esta tarea, los jeroglíficos deben ser representados computacionalmente de acuerdo a su contenido visual. En la literatura, las representaciones de jeroglíficos más exitosas para tareas de recuperación han sido construidas siguiendo el modelo BoVW (del inglés Bag of Visual Words). En esta tesis se propone una nueva representación de jeroglíficos, la cual resulta de introducir modificaciones en las etapas del modelo BoVW. Dicha representación permite, de acuerdo a nuestros experimentos, obtener mejores resultados en recuperación de jeroglíficos que las representaciones más exitosas del estado del arte