Institutional Repository CICESE (Centro de Investigación Científica y de Educación Superior de Ensenada)
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Analysis of the abundance of sea lions (Zalophus californianus), body condition, characterization of the anal microbiota, and detection of zoonotic agents in the Region of the Large Islands
No full textEmpleando el registro de conteos de abundancia de Z. californianusrealizados por el personal del APFF IGC BC (CONANP) se analizó la tendencia de la abundancia por estadio ontogénico, y con base a losdatos morfométricos de crías de la misma especie se obtuvo el índice de condición corporal para un periodo de 12 años, y se examinó si la TSM podría ser un factor coadyuvante con el índice mencionado; además se obtuvieron muestra de mucosa anal de este mismo estadio para determinar mediante secuenciación masiva las especies bacterianas que conformaron la microbiota para el año 2018, mediante herramientas bioinformáticas se asignaron las secuencias genéticas aisladas con secuencias de referencia genómicas; una vez obtenidas dichas secuencias se realizó la predicción metabólica funcional para la detección de las rutas metabólicas teóricas asociadas a dicha microbiota, además se realizó una búsqueda de secuencias congruentes con especies bacterianas zoonóticas que estuvieron presentes en dichas muestra. Los estudios realizados en esta tesis se llevaron a cabo con la finalidad de aportar información puntual en 6 loberas de la región central del golfo de California y que pueda ser de apoyo para los organismos de conservación y salud ecosistémica para esclarecer la tendencia decreciente de la población de lobos marinos en la región de las grandes Islas cercanas a la costa de Baja California. Los resultados encontrados mostraron que estas loberas muestran también una tendencia negativa en abundancia, pero solo para ciertos estadios ontogénicos y que entre loberas existen diferencias de comportamiento tanto en abundancia como con respecto a la tendencia de índice de desarrollo corporal en crías, además la mayoría de las loberas no mostraron una relación lineal entre el ICC y la TSM, a excepción de la lobera Rasito, lo que podría ser explicado por las variaciones oceanográficas de las diferentes regiones del GC. Con respecto a la composición de la microbiota detectada se observó que a nivel de phylum existe predominio de Proteobacteria y que consecuentemente la familia Enterobacteriaceae, es también la más abundante para la mayoría de las loberas. La diversidad bacteriana entre loberas fue estadísticamente diferente, como lo evidenció la prueba T de Hutcheson para el índice de Shannon. También se detectaron secuencias congruentes con agentes zoon ...The work produced in this thesis was carried out to provide specific information in 6 colonies of the central region of the gulf of California that can be of support for conservation and ecosystem health organizations to clarify the decreasing trend of the population of sea lions in the Midriff region near the coast of Baja California. The abundance trend by ontogenetic stage was analyzed with the record of abundance counts of Z. californianus carried out by the APFF IGC BC (CONANP) staff, and based on the morphometric data of offspring of the same species, the body condition index was obtained for 12 years. The relationship between the SST and the body condition index was examined. In addition, massive sequencing of anal mucosa samples of offspring sampled in 2018 was obtained to determine the bacterial species that are integrated into the microbiota. The isolated genetic sequences were assigned with genomic reference sequences using bioinformatics tools. The theoretical metabolic pathways associated with the microbiota was estimated. In addition, a search was carried out for sequences consistent with zoonotic bacterial species that were present in a sample. The results showed that the sea lion colonies show a negative trend in abundance for certain ontogenetic stages, and there are behavioral differences between colonies. A difference in the body development index trend was observed in most populations. The rookeries did not show a linear relationship between the ICC and the SST, except for the Rasito rookery, which the oceanographic variations of the different regions of the GC could explain. Regarding the composition of the detected microbiota, it was observed that at the phylum level, there is a predominance of Proteobacteria and that, consequently, the Enterobacteriaceae family is also the most abundant for most sea lion colonies. The bacterial diversity between colonies was statistically different, as evidenced by Hutcheson's T test for the Shannon index. Congruent sequences with zoonotic agents relevant to the health of the species under study, such as Otariodibacter sp., and sequences of bacteria considered to be from other animal species, such as Ornithobacterium sp., were also detected. Regarding zoonotic bacteria, sequences consistent with pathogens of interest in public health were detected, of which the detection of sequences consistent with B. anthracis stands out, although it was only in a single colony and with a very low frequency of ..
Modeling and control of mechanisms and robots with servo actuators
No full textEn esta tesis se presenta el modelado y control de robots manipuladores con servo accionamientos de posición. Para esto se consideran los ampliamente utilizados servo actuadores de posición compuestos de un motor con escobillas de corriente directa con imán permanente, embebido con un control proporcional analógico interno dominante. Se demuestra que el modelo de robots manipuladores provistos con servo actuadores de posición preservan la misma estructura matemática que el modelo dinámico tradicional de robots manipuladores equipados con actuadores de par ideales sin memoria (sistema de n ecuaciones diferenciales ordinarias no lineales de segundo orden), así como también algunas propiedades importantes para el diseño y análisis de sistemas de control como lo son la definición positiva de la matriz de inercia resultante y la propiedad de antisimétrica. Se formulan problemas de control para mecanismos y robots con servo accionamientos, de manera específica, se aborda la regulación realimentada en coordenadas articulares y campo de velocidad, considerando como caso de estudio el modelo de un robot manipulador de dos grados de libertad con servo accionamientos de posición. Se presenta además, el planteamiento de un método de conversión para cualquier sistema de control de par diseñado para robots con accionamientos de par, para ser directamente implementados y probados experimentalmente en robots con servo accionamientos de posición, con el propósito de generar mayor rentabilidad del uso de robots con servo actuadores de posición de bajo costo. Los resultados obtenidos en este trabajo de investigación tiene como finalidad realizar a portes en un campo, hasta el día de hoy, escasamente explorado como lo es el modelado y control de mecanismos y robots equipados con servo accionamientos de posición.This thesis presents the modeling and control of position servo actuated robot manipulators. To this end, a standard popular position servo actuators built around permanent magnet direct current brushed motors, embedded with inner analog proportional dominant feedback control is considered. It is shown that the model of robot manipulators provided of position servo actuators preserves the same mathematical structure than the traditional dynamic model of robot manipulators, equipped with ideal memoryless torque actuators (system of n second order nonlinear ordinary differential equations, it also preserves important properties useful for control design like positive definiteness of the resulting inertia matrix as well as the so-called ‘skew-symmetric property’. Control problems are formulated for mechanisms and robots with position servo actuators, specifically regulation in joint space and velocity field are addressed considering as a case of study, the model of a 2 degrees of freedom robot manipulator with position servo actuators. It also presents the proposal of a conversion method of any torque requesting control system designed for torque-driven robots to be directly applied and experimental tested in position servo actuated robots, this method has the purpose of making more profitable the use of robots with low cost position servo actuators. The results obtained from this research work intent to contribute in a sparsely explored field, to the present day, which is the modeling and control of mechanisms and robots with position servo actuators
Assimilation of different nitrogen sources by the microalgae Isochrysis galbana
No full textLa microalga marina Isochrysis galbana se caracteriza por su alto contenido de proteínas y lípidos, además, tiene la capacidad de sintetizar y almacenar ácidos grasos poliinsaturados como el DHA, EPA y ARA, todos ellos de gran valor nutrimental y económico. Es muy utilizada en la acuicultura como alimento vivo para estadios larvales de moluscos bivalvos, abulones, camarones y de algunas especies de peces, así mismo se utiliza para el enriquecimiento de zooplancton, como los nauplios de Artemia; además, su uso se extiende a industrias como la alimenticia, farmacéutica, cosmecéutica y de energía. Actualmente existen ciertas limitaciones tecno-económicas, como el elevado costo de los medios de cultivo que no permiten explotar en su totalidad el alto potencial de las microalgas, sin embargo, en diversas investigaciones se ha abordado el uso de fertilizantes agrícolas como una alternativa a los medios de cultivo grado reactivo. En este estudio se realizó un cultivo estático a nivel semimasivo (15 L) con el objetivo de evaluar el efecto de distintas fuentes de nitrógeno en el crecimiento y la composición proximal de I. galbana. Para ello, se utilizaron tres medios de cultivo con distintas formas de nitrógeno, dos de ellos con base en fertilizantes agrícolas: el fertilizante granulado Plantafol™ (T20), que contiene nitratos, amonio y urea; y el fertilizante liquido Bayfolan Forte™ (BF), que contiene amonio y nitratos; adicionalmente, se utilizó como control el medio convencional “f/2”, que contiene nitratos. Se comparó su efecto en la producción de biomasa y composición proximal, así mismo, se evalúo la asimilación de las distintas fuentes de nitrógeno en un cultivo estático a nivel semimasivo (15 L). No se encontraron diferencias significativas (p > 0.05) en la producción de biomasa durante la fase de crecimiento exponencial, ni en el contenido de proteínas, lípidos y carbohidratos entre los medios de cultivo. El amonio fue la fuente de nitrógeno preferida por I. galbana, en segundo lugar, se encuentran los nitratos y por ultimo los nitritos.The marine microalgae Isochrysis galbana is characterized by its high content of proteins and lipids, in addition, it has the capacity to synthesize and store polyunsaturated fatty acids such as DHA, EPA and ARA, all of them of great nutritional and economic value. It is widely used in aquaculture as live food for larval stages of bivalve mollusk, abalone, shrimp, and some species of fish, also it is used for the enrichment of zooplankton, such as artemia nauplii; in addition, its use extends to industries such as food, pharmaceutical, cosmeceutical and energy. Currently there are certain techno-economic limitations, such as the high cost of culture media that do not allow full use of microalgae, however, in various investigations the use of agricultural fertilizers has been addressed as an alternative to reagent grade culture media. In this study, a static culture was carried out at a semimassive level (15 L) with the objective of evaluate the effect of different sources of nitrogen on the growth and proximal composition of I. galbana. In order to achieve that objective, three culture media with different nitrogen species were used, two of them based on agricultural fertilizers: the granular fertilizer Plantafol (T20), that contains nitrates, ammonium and urea; and the liquid fertilizer Bayfolan Forte (BF), that contains ammonium and nitrates. In addition, the conventional medium “f/2”, that contains nitrates, was used as control. Its effect on the production of biomass and proximal composition was compared, in addition, the assimilation of the different sources of nitrogen in a static culture at semimassive level was evaluated. No significant differences (p > 0.05) where found in the biomass production during the exponential growth phase and proximal composition between the culture media. Ammonium was the preferred nitrogen source of I. galbana, followed by nitrates and nitrites
Study of the formation of metal oxide nanoparticles on graphene nanowalls
No full textEn este trabajo se presenta el estudio experimental para la síntesis de nanopartículas (NPs) de óxidos de manganeso (Mn) sobre nanoparedes de grafeno mediante procesamiento láser, y se analiza su potencial aplicación para dispositivos de almacenamiento de energía, denominados supercapacitores. La fabricación de los electrodos híbridos se llevó a cabo utilizando un láser pulsado de femtosegundos (207 fs), con una rango de fluencias integradas de 181.8 - 727.2 J/cm2 a una frecuencia de repetición de 500 kHz. El procesamiento de los materiales se evaluó mediante dos procesos distintos, el primero a partir de la irradiación láser de un precursor organometálico, y el segundo, mediante la irradiación de nanopartículas de manganeso sintetizadas previamente por ablación láser de sólidos en líquidos. El estudio de los electrodos híbridos se llevó a cabo mediante técnicas de caracterización como: Microscopía Electrónico de Transmisión de alta resolución (morfología y fase cristalina), micro-Raman (composición y defectos estructurales) y espectroscopía de energía dispersiva (composición química). Por otra parte, se evaluó el comportamiento de los electrodos híbridos mediantes técnicas electroquímicas como: voltamperometría cíclica y carga-descarga galvanostática. Los resultados experimentales mostraron que es posible sintetizar y adherir NPs de óxidos de Mn de manera más estable en los electrodos, mediante la irradiación láser del precursor organometálico, logrando la adhesión de NPs con diámetros iguales o inferiores a 10 nm, con la presencia de óxidos de manganeso tales como: Mn3O4, Mn2O3 y MnO2, este último reportado en la literatura como la fase cristalina que contribuye mayormente al almacenamiento de energía en el supercapacitor. Por otro lado, se encontró que el electrodo híbrido e irradiado con una fluencia integrada de 727.7 J/cm2 mostró un aumento de capacitancia de alrededor de 7 veces respecto al electrodo de nanoparedes de grafeno (sin nanopartículas). Cabe señalar que este tipo de investigación es innovadora debido a la introducción de láseres de pulsos ultracortos en el área de fabricación de electrodos para el almacenamiento de energía.In this thesis, we present an experimental study of the synthesis of oxide manganese nanoparticles on graphene nanowalls processed by laser and their integration as energy storage devices (supercapacitors). Femtosecond laser pulses (270 fs) were used to fabricate the hybrid electrodes, with an integrated fluence range of 181.8 - 727.2 J/cm2 and a repetition rate of 500 kHz. We evaluated the adhered nanoparticles in two different ways: the first consisted of irradiated an organometallic precursor, and the other involved the irradiation of oxide manganese nanoparticles previously synthesized by the laser ablation of solids in liquids technique. Hybrid electrodes characterization was performed by High Resolution Transmission Electron Microscopy (morphology and crystalline phase), Raman Spectroscopy (defects and structural change), and Energy Dispersive Spectroscopy (chemical composition). Additionally, electrochemical techniques such as cyclic voltammetry and galvanostatic charge-discharge were used to assess the energy storage performance of the devices. According to the results, laser irradiation of the organometallic manganese precursor allowed for more efficient growth of oxide manganese nanoparticles on electrodes. The nanoparticles nucleated have an average diameter equal to or less than 10 nm, and we identify the formation of a great variety of manganese oxide phases, such as: Mn3O4, Mn2O3 and MnO2, the last phase is attractive for energy storage devices. Furthermore, we found that the hybrid electrode irradiated at a constant fluence of 727.7 J/cm2 showed a significant 7-fold increase in capacitance compared to the graphene nanowalls electrode (non nanoparticles). It should be noted that this kind of investigation is innovative due to the application of ultrashort pulse lasers to fabricate hybrid electrodes for energy storage devices
Analysis and control of thin films with variable refractive index synthesized by reactive sputtering
No full textEste trabajo se centra en el análisis, diseño y síntesis de filtros ópticos inhomogéneos sintetizados por la técnica de pulverización catódica reactiva. Estos filtros comúnmente se caracterizan estructuralmente por una variación gradual del índice de refracción en la dirección de crecimiento del filtro. Su fabricación requiere un alto grado de control durante el proceso de síntesis, debido a que el perfil de índice de refracción, en ocasiones, puede ser complejo. Un sistema de monitorización y retroalimentación adecuado permite incrementar la reproducibilidad y mejorar la respuesta espectral de estos filtros. El presente estudio se basa en la caracterización de un sistema de pulverización catódica reactiva mediante espectroscopia de emisión óptica (OES) asistida por elipsometría espectroscópica. La técnica de OES utiliza las líneas espectrales del plasma para correlacionarlas con las propiedades de las películas sintetizadas (índice de refracción y tasa de depósito), y la evolución del proceso de erosión bajo diferentes condiciones experimentales, tales como: potencia, presión de operación, distancia blanco-sustrato y relación de flujo de gases. Dentro de este trabajo, se demuestra la posibilidad de utilizar OES para monitorizar el índice de refracción de películas inhomogéneas, como una técnica alternativa, versátil y con la sensibilidad suficiente para seguir el proceso de fabricación in situ.This work focuses on the analysis, synthesis and design of inhomogeneous optical filters synthesized by the reactive sputtering technique. These filters are often structurally characterized by gradual refractive index variation along the thickness direction. Since the refractive index profile can sometimes be complex, their fabrication requires a high degree of control during the synthesis process. The reproducibility and spectral response of these filters is improved by an appropriate monitoring and feedback system. The present study is based on the characterization of a reactive sputtering system using optical emission spectroscopy (OES) assisted by spectroscopic ellipsometry. The OES technique uses the plasma spectral emission lines to correlate them with the synthesized thin film properties (refractive index and deposition rate), and the sputtering process evolution under different experimental conditions, such as discharge power, working pressure, target-substrate distance, and gas flow ratio. Throughout this work it is demonstrated the possibility of using OES to monitor the refractive index of inhomogeneous films as an alternative, versatile technique with sufficient sensitivity to follow the manufacturing process in situ
Interacción entre ondas internas de gravedad y movimientos balanceados en las Corrientes Limítrofes Orientales
No full textLos movimientos balanceados (MB) y las ondas internas de gravedad (OIG) representan la mayor parte de la energía cinética (EC) en el océano. Dentro de las Corrientes Limítrofes Orientales (CLO), la energía cinética de las OIG es aproximadamente del mismo orden de magnitud que la de los MB, especialmente en verano, por lo que su interacción energética se torna de interés. En esta tesis, presentamos primero la implementación de un filtro dinámico que separa ambos regímenes, aplicado a la salida de una simulación global realista de alta resolución (LLC4320) para los meses de verano e invierno (2012). La partición MB-OIG resultante nos permitió desarrollar expresiones matemáticas para la evolución de la EC total en el dominio de los MB, y para el intercambio de energía cinética entre MB y OIG promovido por el estrés que las OIG ejercen sobre el régimen de MB. Este intercambio, aunque aproximadamente un orden de magnitud más pequeño que la evolución de la EC total, se encontró que es estadísticamente significativo y puede analizarse sobre datos que resuelven las escalas de las IGW.Balanced motions (BM) and internal gravity waves (IGW) account for most of the kinetic energy (KE) in the ocean. Within the Eastern Boundary Currents (EBC), IGW kinetic energy is about the same order of magnitude as BM, particularly in summer, hence its energetic interaction with BM is of interest. In this thesis, we first outlined the implementation of a dynamical filter that separates both dynamical regimes, and applied it to the output of a high-resolution, realistic, global simulation (LLC4320) for the summer and winter months (2012). The resulting BM-IGW partition allowed us to develop a mathematical expression for the total KE budget in the BM domain, including the KE exchange between BM and IGW promoted by a effective stress that IGW exert on the BM regime. This exchange, although about an order of magnitude smaller than the total KE budget, was found to be statistically significant to be considered in data that resolve IGW scales
Influence of habitat complexity on the composition and structure of cryptobenthic fish assemblage in reefs of the Eastern Tropical Pacific
No full textLos peces arrecifales criptobentónicos (PACB) son un grupo muy diverso y abundante el cual se caracteriza por peces de tamaño corporal < 5 cm en su etapa adulta con fuerte asociación con el bentos. A pesar de su importancia ecológica, este grupo se ha estudiado muy poco, por lo que no se conoce a detalle la influencia de la tridimensionalidad y la complejidad del hábitat (CH) con la riqueza, abundancia y biomasa de PACB. Por lo tanto, el objetivo de este trabajo fue estimar la CH a partir del modelado fotogramétrico de la rugosidad 3D para evaluar su influencia en el ensamblaje de PACB en tres arrecifes rocoso-coralinos del Pacífico Tropical Oriental. Los resultados evidenciaron relaciones positivas y significativas entre variables de CH con las variables biológicas, lo que demostró la importancia de la tridimensionalidad del hábitat sobre el ensamblaje de PACB; sin embargo, estas relaciones fueron débiles y variables dependiendo de la escala, región de análisis o especies. La riqueza de especies, abundancia y biomasa de PACB se relacionó significativamente con los diferentes tipos de cobertura bentónica; sin embargo, contrario a lo que se esperaba, el porcentaje de cobertura coralina se correlacionó negativamente con la riqueza y abundancia de PACB. Inversamente, el porcentaje de cobertura rocosa se correlacionó positivamente con la riqueza, abundancia y biomasa; sin embargo, estos resultados variaron dependiendo la región de estudio. Se obtuvieron diferencias significativas de las variables biológicas entre los diferentes tipos de microhábitats con valores significativamente mayores en microhábitats constituidos por roca y corales masivos, mientras que los valores más bajos se observaron en corales ramificados. Se registraron diferencias entre regiones, aunque no se observó un patrón latitudinal claro en la riqueza, abundancia y biomasa. Los resultados de este estudio contribuyen de forma importante al conocimiento de los PACB y forman una línea base para entender los retos que enfrentará este grupo ante los cambios en la complejidad del hábitat en el futuro.Cryptobenthic reef fish (PACB) are a highly diverse and abundant group characterized by fish with an adult body size < 5 cm and a strong association with the benthos. Despite their ecological importance, this group has been poorly studied, and how these fish respond to the three-dimensional structure and habitat complexity (CH) of the benthic environment remains unknown. The objective of this study was to estimate CH through photogrammetric modeling of 3D rugosity and assess relationships with PACB assemblages in three rocky-coral reefs sites in the Eastern Tropical Pacific. Positive and significant relationships between CH and biological variables were found, demonstrating the importance of habitat three-dimensionality for PACB assemblages. However, these relationships were weak and variable and depended greatly on spatial scale and region. Species richness, abundance, and biomass of PACB were significantly correlated to diverse types of benthic cover, but contrary to expectations, coral cover was negatively correlated with PACB richness and abundance. Conversely, rocky substrate was positively correlated with richness, abundance, and biomass, although these results varied depending on the study region. Significant differences were found in biological variables among different microhabitats. Contrary to expectations, significantly higher values were observed in microhabitats composed of rock and massive corals, while the lowest values were observed in branched corals for all biological variables. Differences between regions were evident; however, no clear latitudinal pattern was observed in terms of richness, abundance, and biomass. The findings of this study contribute to the understanding of PACB and serve as a baseline for evaluating responses to future changes in CH
Systems control using machine learning
No full textEl aprendizaje por refuerzo es un paradigma del aprendizaje de máquina con un amplio desarrollo y una creciente demanda en aplicaciones que involucran toma de decisiones y control. Es un paradigma que permite el diseño de controladores que no dependen directamente del modelo que describe la dinámica del sistema. Esto es importante ya que en aplicaciones reales es frecuente que no se disponga de dichos modelos de manera precisa. Esta tesis tiene como objetivo implementar un controlador óptimo en tiempo discreto libre de modelo. La metodología elegida se basa en algoritmos de aprendizaje por refuerzo, enfocados en sistemas con espacios de estado y acción continuos a través de modelos discretos. Se utiliza el concepto de función de valor (Q-función y función V ) y la ecuación de Bellman para resolver el problema del regulador cuadrático lineal para un sistema mecánico masa-resorte-amortiguador, en casos donde se tiene conocimiento parcial y desconocimiento total del modelo. Para ambos casos las funciones de valor son definidas explícitamente por la estructura de un aproximador paramétrico, donde el vector de pesos del aproximador es sintonizado a través de un proceso iterativo de estimación de parámetros. Cuando se tiene conocimiento parcial de la dinámica se usa el método de aprendizaje por diferencias temporales en un entrenamiento episódico, que utiliza el esquema de mínimos cuadrados con mínimos cuadrados recursivos en la sintonización del crítico y descenso del gradiente en la sintonización del actor, el mejor resultado para este esquema es usando el algoritmo de iteración de valor para la solución de la ecuación de Bellman, con un resultado significativo en términos de precisión en comparación a los valores óptimos (función DLQR). Cuando se tiene desconocimiento de la dinámica se usa el algoritmo Q-learning en entrenamiento continuo, con el esquema de mínimos cuadrados con mínimos cuadrados recursivos y el esquema de mínimos cuadrados con descenso del gradiente. Ambos esquemas usan el algoritmo de iteración de política para la solución de la ecuación de Bellman, y se obtienen resultados de aproximadamente 0.001 en la medición del error cuadrático medio. Se realiza una prueba de adaptabilidad considerando variaciones que puedan suceder en los parámetros de la planta, siendo el esquema de mínimos cuadrados con mínimos cuadrados recursivos el que tiene los mejores resultados, reduciendo significativamente ...Reinforcement learning is a machine learning paradigm with extensive development and growing demand in decision-making and control applications. This technique allows the design of controllers that do not directly depend on the model describing the system dynamics. It is useful in real-world applications, where accurate models are often unavailable. The objective of this work is to implement a modelfree discrete-time optimal controller. Through discrete models, we implemented reinforcement learning algorithms focused on systems with continuous state and action spaces. The concepts of value-function, Q-function, V -function, and the Bellman equation are employed to solve the linear quadratic regulator problem for a mass-spring-damper system in a partially known and utterly unknown model. For both cases, the value functions are explicitly defined by a parametric approximator’s structure, where the weight vector is tuned through an iterative parameter estimation process. When partial knowledge of the dynamics is available, the temporal difference learning method is used under episodic training, utilizing the least squares with a recursive least squares scheme for tuning the critic and gradient descent for the actor´s tuning. The best result for this scheme is achieved using the value iteration algorithm for solving the Bellman equation, yielding significant improvements in approximating the optimal values (DLQR function). When the dynamics are entirely unknown, the Q-learning algorithm is employed in continuous training, employing the least squares with recursive least squares and the gradient descent schemes. Both schemes use the policy iteration algorithm to solve the Bellman equation, and the system’s response using the obtained values was compared to the one using the theoretical optimal values, yielding approximately zero mean squared error between them. An adaptability test is conducted considering variations that may occur in plant parameters, with the least squares with recursive least squares scheme yielding the best results, significantly reducing the number of iterations required for convergence to optimal values
Antenna arrays for Isoflux radiation in LEO satellites at various orbital altitudes
No full textEn los últimos años, las constelaciones de satélites en órbita baja han ganado popularidad como infraestructura para ofrecer el servicio de Internet satelital, y se espera que su presencia siga en aumento. Para minimizar la latencia en la transmisión de datos, estos satélites suelen situarse en el rango inferior y medio de la órbita baja terrestre. Comúnmente, los satélites de estas constelaciones emiten una radiación que consiste en un único haz que concentra la potencia en una sola dirección. Sin embargo, debido a la curvatura de la Tierra, las ondas electromagnéticas radiadas por el arreglo de antenas abordo del satélite viajan distancias diferentes. Las ondas que se desplazan en dirección del nadir del satélite hacen un recorrido más corto en comparación con las que se propagan en las direcciones más distantes a este. Este fenómeno ocasiona pérdidas de potencia en los bordes del área de cobertura. Para compensar estas pérdidas, se propone el uso de arreglos de antenas de radiación tipo Isoflux. Estos arreglos distribuyen la densidad de potencia de manera uniforme en el área de cobertura, aumentando la ganancia en direcciones donde el trayecto es más largo. Lograr este tipo de radiación para satélites en órbita baja se vuelve más desafiante. Debido a la proximidad del satélite a la Tierra, es necesario que la radiación se extienda sobre una gran parte del plano de elevación, requiriendo un haz Isoflux que sobrepasa los 100 grados. Esta tesis presenta 18 diseños de arreglos de antenas para satélites en las alturas orbitales de 340 km, 550 km y 1150 km. Para el diseño de estos arreglos, se emplean las geometrías lineales, planares y anillos concéntricos, tanto periódicas como aperiódicas. La distribución de excitaciones de amplitud y la separación entre elementos de antena se optimizan utilizando algoritmos genéticos. La presente tesis incluye un análisis comparativo de las prestaciones de radiación y cantidad de elementos de los diseños presentados, categorizados por altura orbital.In recent years, the utilization of low-Earth orbit satellite constellations as infrastructure for providing satellite Internet services has experienced substantial growth. The rise of this trend is likely to continue. These satellites are typically placed in the lower to mid-range of low-Earth orbit in order to reduce latency in data transmission. It is common for the antenna arrays on these satellites to emit a single radiation beam that concentrates power in a singular direction. Due to the curvature of the Earth, the electromagnetic waves radiated by the antenna array travel different distances. Waves traveling in the satellite’s nadir direction cover a shorter distance compared to those propagating in more distant directions. This phenomenon causes power losses at the edges of the coverage area. To compensate for these losses, the use of Isoflux radiation antenna arrays is proposed. These arrays distribute the power density evenly across the coverage area, increasing gain in directions where the path is longer. Achieving such radiation characteristics becomes more difficult for low-Earth orbit satellites. Due to the satellite’s proximity to Earth, radiation needs to extend over a large portion of the elevation plane, requiring an Isoflux beam that exceeds 100 degrees. This thesis presents 18 antenna array designs for satellites at the orbital altitudes of 340 km, 550 km, and 1150 km. Linear, planar, and concentric ring geometries are employed, with both periodic and aperiodic antenna element distributions. The distribution of amplitude excitations and the spacing between antenna elements are optimized using genetic algorithms. This thesis includes a comparative analysis of the radiation performance and the number of elements of the presented designs, categorized by orbital altitude
Detection of non-verbal behavior in human-robot interaction
No full textLa comunicación no verbal desempeña un papel vital en la interacción humana. En el contexto de la interacción humano-robot (IHR), los robots sociales están diseñados principalmente para la comunicación verbal con los humanos, dejando a la comunicación no verbal como un área de investigación abierta. En este trabajo, se presenta una arquitectura flexible y abierta llamada Software Arquitechture for Nonverbal Interaction in Human-Robot Interaction (SANI-HRI) diseñada para facilitar las interacciones no verbales en IHR. Entre sus componentes se encuentra un Cuaderno Computacional P2P basado en navegador web, aprovechado para codificar, ejecutar y compartir programas reactivos. Pueden incluirse modelos de aprendizaje automático para el reconocimiento en tiempo real de gestos, poses y estados de ´animo, empleando protocolos como MQTT. Otro componente clave es un Broker para distribuir datos entre distintos dispositivos físicos, como robots, dispositivos vestibles y sensores ambientales, así como modelos de aprendizaje automático que comprendan diferentes tipos de datos. Se demuestra la utilidad de esta arquitectura mediante tres escenarios de interacción: (i) el primero que emplea la proxémica y la dirección de la mirada para iniciar un encuentro improvisado, (ii) un segundo que utiliza técnicas de visión por computadora para detectar y analizar expresiones faciales y corporales, así como el uso sensores biométricos para obtener datos de ritmo cardiaco durante una rutina de ejercicio, y (iii) un tercero que incorpora el reconocimiento de objetos y Modelos de Lenguaje Grandes para sugerir comidas a cocinar en función de los ingredientes disponibles. Estos escenarios ilustran cómo los componentes de la arquitectura pueden integrarse para abordar nuevos escenarios, en los que los robots necesitan inferir señales no verbales de los usuarios.Nonverbal communication plays a vital role in human interaction. In the context of Human-Robot Interaction (HRI), social robots are designed primarily for verbal-based communication with humans, making nonverbal communication an open research area. We present a flexible, open framework called Software Architecture for Nonverbal Interaction in Human-Robot Interaction (SANI-HRI) designed to facilitate nonverbal interactions in HRI. Among its components it has a P2P Browser-Based Computational Notebook, leveraged to code, run, and share reactive programs. Machine-learning models can be included for real-time recognition of gestures, poses, and moods, employing protocols such as MQTT. Another key component is a broker for distributing data among different physical devices like the robot, wearables, and environmental sensors and also machine learning models. We demonstrate this framework’s utility through three interaction scenarios: (i) the first one employing proxemics and gaze direction to initiate an impromptu encounter, (ii) a second that uses computer vision techniques to detect and analyze facial and body expressions, as well as the use of biometric sensors to obtain heart rate data during a workout routine, and (iii) a third one incorporating object recognition and a Large-Language Model to suggest meals to be cooked based on available ingredients. These scenarios illustrate how the framework’s components can be seamlessly integrated to address new scenarios, where robots need to infer nonverbal cues from users