Tesis Doctorals en Xarxa
Not a member yet
46997 research outputs found
Sort by
Controversias competenciales entre el Estado y las comunidades autónomas en materia de medios de comunicación social: el caso de Cataluña (1982-2019)
Get PDFEn el règim sorgit a Espanya amb la Constitució de 1978 i la consegüent organització territorial, és dissenyat un repartiment de competències entre els òrgans centrals de l'Estat i les comunitats autònomes. A la pràctica, aquesta distribució ha comportat frecs entre les dues administracions, quan o bé l'Estat o bé les comunitats autònomes han percebut una invasió del seu àmbit competencial.
Aquesta tesi, situada a mig camí entre el dret i l'estudi de les polítiques de mitjans, aborda les controvèrsies competencials, hagudes en un període de quasi quaranta anys, entre l'Estat i les comunitats autònomes en matèria de mitjans de comunicació social, que s'hagin substanciat davant del Tribunal Constitucional mitjançant els procediments del conflicte de competència o del recurs d'inconstitucionalitat, i que hagin estat resoltes mitjançant sentència. La matèria de mitjans de comunicació social abasta els tradicionals —premsa, ràdio i televisió—, encara que algunes sentències tindran com a objecte el cinema, en la mesura que l'al·legada invasió competencial es fonamenti en el mateix article constitucional que regeix per als mitjans de comunicació social (l’article 149.1.27 de la Constitució); fins i tot hi figuraran aquells aspectes de les telecomunicacions que els afectin, com ara la planificació de l'espectre radioelèctric, la gestió dels múltiplex de televisió digital terrestre i les estacions radioelèctriques o de radiocomunicacions, que permeten la difusió correcta dels senyals de ràdio i televisió a més d'altres serveis.
Després d'un primer capítol en què es descriu el repartiment competencial establert a la Constitució i als estatuts d'autonomia, es procedeix a identificar i sistematitzar totes les sentències relatives a controvèrsies competencials en la matèria de mitjans de comunicació social per oferir, seguidament, un mapa i valoració de conjunt a tot el país, enfocant-nos en els subjectes litigants, les matèries i el sentit. A continuació, s'ha examinat en profunditat el contingut de les que afecten Catalunya, en ser la comunitat amb més controvèrsies.
A més, un altre factor pel qual s'ha escollit abordar de manera especial les sentències que concerneixen Catalunya ha estat poder endinsar-nos en un aspecte de les polítiques de comunicació catalanes que a penes havia estat abordat acadèmicament fins ara. Catalunya va ser una de les primeres comunitats a posar en marxa els seus propis mitjans audiovisuals autonòmics, que han estat i són els que compten amb l'oferta de continguts més àmplia i el pressupost més gran en el conjunt de l'Estat. Ha impulsat el primer regulador independent de l'Estat (el Consell de l'Audiovisual de Catalunya el 2000) i ha implementat el sistema més quantiós d'ajuts als mitjans. Al costat d'Andalusia, és la comunitat que compta amb un nombre més gran de televisions municipals en funcionament. Sense oblidar que els successius governs de la Generalitat de Catalunya han atorgat un paper nuclear a les polítiques de comunicació des dels anys vuitanta del segle passat, com a eina per crear un espai comunicatiu propi orientat, alhora, a la construcció d'una identitat nacional.
Segons alguns autors, les controvèrsies competencials posarien de manifest un dels eixos de les polítiques de comunicació esmentades, ja que a través d'elles els governs autonòmics han buscat augmentar les seves competències portant al límit el disseny constitucional i fins i tot desafiant-lo obertament.
La delimitació temporal del nostre objecte d'estudi abasta el període comprès entre el 1982, any en què es publica la primera sentència dictada pel Tribunal Constitucional sobre mitjans de comunicació, i el 2019, any que marca el final de la XII legislatura. Hem comprovat que, des d'aquesta data fins al moment actual, només s’han publicat dues sentències més en matèria de telecomunicacions i de mitjans de comunicació social, encara que cap d’elles ha estat motivada per una invasió competencial.En el régimen surgido en España con la Constitución de 1978 y su consiguiente organización territorial, se diseña un reparto de competencias entre los órganos centrales del Estado y las comunidades autónomas. En la práctica, esta distribución ha comportado roces entre ambas administraciones, cuando o bien el Estado o bien las comunidades autónomas han percibido una invasión de su ámbito competencial.
Esta tesis, situada a medio camino entre el Derecho y el estudio de las Políticas de Medios, aborda las controversias competenciales entre el Estado y las comunidades autónomas en materia de medios de comunicación social, que se hayan sustanciado ante el Tribunal Constitucional mediante los procedimientos del conflicto de competencia o del recurso de inconstitucionalidad, y que hayan sido resueltas mediante sentencia. La materia de medios de comunicación social abarca los tradicionales —prensa, radio y televisión—, aunque algunas sentencias tendrán como objeto el cine, en la medida en que la alegada invasión competencial se fundamente en el mismo artículo constitucional que rige para los medios de comunicación social—; incluso figurarán aquellos aspectos de las telecomunicaciones que les afecten, como pueden ser la planificación del espectro radioeléctrico, la gestión de los múltiplex de televisión digital terrestre y las estaciones radioeléctricas o de radiocomunicaciones, que permiten la correcta difusión de las señales de radio y televisión además de otros servicios.
Tras un primer capítulo en el que se describe el reparto competencial establecido en la Constitución y los estatutos de autonomía, se procede a identificar y sistematizar todas las sentencias relativas a controversias competenciales en la materia de medios de comunicación social para ofrecer, seguidamente, un mapa y valoración de conjunto en todo el país, enfocándonos en los sujetos litigantes, las materias y el sentido de los fallos. A continuación, se ha examinado en profundidad el contenido de las que afectan a Cataluña, al ser la comunidad con mayor número de controversias.
Además, otro factor por el que se ha elegido abordar de manera especial las sentencias que conciernen a Cataluña ha sido el poder adentrarnos en un aspecto de las políticas de comunicación catalanas que apenas había sido abordado académicamente hasta el momento. Cataluña fue una de las primeras comunidades en poner en marcha sus propios medios audiovisuales autonómicos, que han sido y son los que cuentan con la oferta de contenidos más amplia y el mayor presupuesto en el conjunto del Estado. Ha impulsado el primer regulador independiente del Estado (el Consell de l’Audiovisual de Catalunya, en 2000) y ha implementado el sistema más cuantioso de ayudas a los medios. Junto a Andalucía, es la comunidad que cuenta con un mayor número de televisiones municipales en funcionamiento. Sin olvidar que los sucesivos gobiernos de la Generalidad de Cataluña han otorgado un papel nuclear a las políticas de comunicación desde los años ochenta del pasado siglo, como herramienta para crear un espacio comunicativo propio orientado, a su vez, a la construcción de una identidad nacional.
Según algunos autores, las controversias competenciales pondrían de manifiesto uno de los ejes de dichas políticas de comunicación, pues a través de ellas los gobiernos autonómicos han buscado aumentar sus competencias llevando al límite el diseño constitucional e incluso desafiándolo abiertamente.
La delimitación temporal de nuestro objeto de estudio abarca el período comprendido entre 1982, año en que se publica la primera sentencia dictada por el Tribunal Constitucional sobre medios de comunicación, y 2019, año que marca el final de la XII legislatura. Hemos comprobado que, desde esa fecha hasta el momento actual, solo se han publicado dos sentencias más en materia de telecomunicaciones y de medios de comunicación social, aunque ninguna de ellas fue motivada por una invasión competencial.To briefly explain the content of this tesis, we will begin by saying that in the regime that emerged in Spain with the Constitution of 1978 and its subsequent territorial organization, which remains in force, powers are divided between the central bodies of the State and the autonomous communities. In practice, this distribution has led to friction between the two administrations, when either the State or the autonomous communities have perceived an encroachment on their sphere of jurisdiction.
This thesis, which is situated midway between Law and the study of Media Policies, addresses jurisdictional disputes between the State and the autonomous communities regarding the mass media, which have been substantiated before the Constitutional Court through two types of proceedings: the positive conflict of jurisdiction or the action of unconstitutionality, and which have been resolved by judgement. The subject matter of the mass media covers traditional media—press, radio, and television—although some judgements will focus on cinema, to the extent that the alleged invasion of jurisdiction is based on the same constitutional article that governs the media, i.e. the article 149.1.27 of the Constitution of 1978. It will also include aspects of telecommunications that affect them, such as radio spectrum planning, the management of digital terrestrial television multiplexes, and radio stations or radio communications stations, which allow the proper dissemination of radio and television signals in addition to other services. These aspects are covered, however, by the article 149.1.21 of the said Constitution.
The structure of the work is as follows. After an initial chapter describing the distribution of powers established in the Constitution and the statutes of autonomy, we proceed to identify and systematize all the court’s rulings relating to jurisdictional disputes on social media that were issued in the selected period. We then provide a map and comprehensive assessment in the entire country, focusing on the litigating parties, the subject matter, and the outcome of the rulings. The content of those rulings affecting Catalonia, as it is the region with the highest number of disputes, is then examined in depth.
Furthermore, another factor that led us to choose to address the rulings concerning Catalonia in a special way was the opportunity to delve into an aspect of Catalan communication policies that had barely been addressed academically until now. Catalonia was one of the first regions to launch its own autonomous audiovisual media, which have been and continue to have the broadest content offering and the largest budget in the entire country. It promoted the first independent state regulator (the Consell de l'Audiovisual de Catalunya, in 2000) and implemented the most extensive system of media subsidies. Along with Andalusia, it is the region with the largest number of municipal television stations in operation. It should not be forgotten that successive governments of the Generalitat of Catalonia have given a central role to communication policies since the 1980s, as a tool to create a unique communication space, oriented, in turn, toward the construction of a national identity.
According to some authors, jurisdictional disputes would reveal one of the axes of these communication policies, since through them the autonomous governments have sought to increase their powers by pushing the constitutional design to the limit and even openly challenging it.
The temporal delimitation of our object of study covers the period between 1982, the year in which the first ruling issued by the Constitutional Court on the media was published, and 2019, the year that marks the end of the 12th legislative term. Since then, we have only found two more rulings on telecommunications and social media matters, although neither of them was motivated by an invasion of jurisdiction.Universitat Autònoma de Barcelona. Programa de Doctorat en Comunicació Estratègica, Publicitat i Relacions Públique
Identidad y disidencia en las prácticas musicales híbridas. Mediación de las identidades no binarias en Samantha Hudson, Luna Ki y Putochinomaricón
Get PDFAquesta tesi doctoral explora les escenes musicals híbrides, específicament la PC music i l'hyperpop, com a espais de creació i expressió d'identitats no binàries en el context espanyol contemporani. A través de l'anàlisi de tres artistes queer espanyoles – Samantha Hudson, Luna Ki i Putochinomaricón – examino com els espais digitals i físics s'entrellacen per crear noves possibilitats d'exploració identitària que desafien les concepcions binàries del gènere. L'objectiu principal consisteix a analitzar les estratègies de representació i articulació d'identitats dissidents en les pràctiques musicals d'aquestis artistes en espais híbrids. La metodologia és multidisciplinària, combinant anàlisi musicològica, etnografia digital i un enfocament autoetnogràfic crític durant el període 2017-2025.
L'anàlisi revela que les tecnologies de producció vocal funcionen com a mitjans que permeten crear un espai liminar on les identitats poden expressar-se més enllà dels marcs binaris tradicionals. Luna Ki utilitza la distorsió vocal per explorar territoris entre l'àmbit masculí i l'alienígena, Samantha Hudson oscil·la entre els codis hiperfemenins i els monstruosos, i Putochinomaricón navega entre l'espai físic i el virtual des de l'experiència racialitzada. Els tres casos demostren estratègies de resignificació de símbols culturals mainstream, recuperant elements de la cultura pop per reclamar referències històricament negades a les persones dissidents. La recerca documenta com aquestes pràctiques musicals transcendeixen l'artístic per convertir-se en formes d'activisme digital queer.
Aquesta tesi confirma que les escenes musicals híbrides contemporànies proporcionen a lis artistes queer espais d'experimentació on poden desenvolupar estratègies representacionals que transcendeixen les limitacions dels entorns físics normatius, permetent-lis articular identitats dissidents a través de la negociació entre l'àmbit físic i el digital, l'humà i el tecnològic, el personal i el polític. En el context espanyol, aquests espais emergeixen com a territoris de resistència on les veus queer generen comunitats afectives que transcendeixen limitacions geogràfiques i temporals per imaginar mons més habitables, demostrant que altres formes d'existència no només són imaginables, sinó que ja estan sent cantades cap a l'existència.Esta tesis doctoral explora las escenas musicales híbridas, específicamente la PC music y el hyperpop, como espacios de creación y expresión de identidades no binarias en el contexto español contemporáneo. A través del análisis de tres artistas queer españoles – Samantha Hudson, Luna Ki y Putochinomaricón – examino cómo los espacios digitales y físicos se entrelazan para crear nuevas posibilidades de exploración identitaria que desafían las concepciones binarias del género. El objetivo principal consiste en analizar las estrategias de representación y articulación de identidades disidentes en las prácticas musicales de estes artistas en espacios híbridos. La metodología es multidisciplinar, combinando análisis musicológico, etnografía digital y un enfoque autoetnográfico crítico durante el período 2017-2025.
El análisis revela que las tecnologías de producción vocal funcionan como medios que permiten crear un espacio liminal donde las identidades pueden expresarse más allá de los marcos binarios tradicionales. Luna Ki utiliza la distorsión vocal para explorar territorios entre lo masculino y lo alienígena, Samantha Hudson oscila entre la hiperfeminidad y lo monstruoso, y Putochinomaricón navega entre lo físico y lo virtual desde la experiencia racializada. Los tres casos demuestran estrategias de resignificación de símbolos culturales mainstream, recuperando elementos de la cultura pop para reclamar referencias históricamente negadas a las personas disidentes. La investigación documenta cómo estas prácticas musicales trascienden lo artístico para convertirse en formas de activismo digital queer.
Esta tesis confirma que las escenas musicales híbridas contemporáneas proporcionan a les artistas queer espacios de experimentación donde pueden desarrollar estrategias representacionales que trascienden las limitaciones de los entornos físicos normativos, permitiéndoles articular identidades disidentes a través de la negociación entre lo físico y lo digital, lo humano y lo tecnológico, lo personal y lo político. En el contexto español, estos espacios emergen como territorios de resistencia donde las voces queer generan comunidades afectivas que trascienden limitaciones geográficas y temporales para imaginar mundos más habitables, demostrando que otras formas de existencia no solo son imaginables, sino que ya están siendo cantadas hacia la existencia.This doctoral thesis explores hybrid music scenes, specifically PC music and hyperpop, as spaces for creating and expressing non-binary identities in contemporary Spanish context. Through analysis of three Spanish queer artists – Samantha Hudson, Luna Ki, and Putochinomaricón – I examine how digital and physical spaces intertwine to create new possibilities for identity exploration that challenge binary conceptions of gender. The main objective consists in analyzing representation strategies and articulation of dissident identities in these artists' musical practices within hybrid spaces. The methodology is multidisciplinary, combining musicological analysis, digital ethnography, and a critical autoethnographic approach during the period 2017-2025.
Analysis reveals that vocal production technologies function as means that enable the creation of a liminal space where identities can be expressed beyond traditional binary frameworks. Luna Ki uses vocal distortion to explore territories between the masculine and the alien, Samantha Hudson oscillates between hyperfemininity and the monstrous, and Putochinomaricón navigates between the physical and the virtual from racialized experience. All three cases demonstrate strategies for resignifying mainstream cultural symbols, recovering elements of pop culture to reclaim references historically denied to dissident people. The research documents how these musical practices transcend the artistic to become forms of digital queer activism.
This thesis confirms that contemporary hybrid music scenes provide queer artists with experimental spaces where they can develop representational strategies that transcend the limitations of normative physical environments, allowing them to articulate dissident identities through negotiation between the physical and the digital, the human and the technological, the personal and the political. In the Spanish context, these spaces emerge as resistance territories where queer voices generate affective communities that transcend geographical and temporal limitations to imagine more habitable worlds, demonstrating that other forms of existence are not only imaginable, but are already being sung into existence.Universitat Autònoma de Barcelona. Programa de Doctorat en Història de l'Art i Musicologi
Investigating the impact of a selected Ionic Liquid as anti-crystallization additive in H2O/LiBr working mixture for single-effect absorption systems for space cooling and heating
Get PDFLa refrigeració per absorció ofereix una alternativa sostenible, impulsada per energia tèrmica i que utilitza refrigerants
naturals com l’aigua. La mescla més comuna és H O/LiBr, però el seu ús és limitat a causa de la cristal·lització del LiBr
a altes concentracions i baixes temperatures. Aquesta limitació restringeix el rendiment, especialment en sistemes
refredats per aire i en bombes de calor. Els líquids iònics (ILs) s’investiguen com a additius per mitigar la
cristal·lització. D’entre diversos candidats, es va seleccionar [DMIM][Cl] amb una fracció màssica del 6%, basant-se en
la solubilitat i la pressió de vapor. La nova mescla va mostrar una millora de l’interval operatiu i una reducció del ràtio
de circulació de la solució.L’avaluació experimental en un prototip de refrigerador bi-adiabàtic de 2kW demostra que
l’addició del IL millora l’interval operatiu evitant la cristal·lització, sense afectar el COP ni la capacitat de refrigeració.
Per estudiar l’impacte del IL seleccionat en la mescla de treball H O/LiBr sobre la mullabilitat i el rendiment del transfer
de calor i massa, s’utilitza un absorbidor convencional de pel·lícula descendente en tub horitzontal, en condicions
tèrmiques de refrigeració per aire i per aigua. La nova mescla de treball no mostra efectes adversos en els processos
de transfer de calor i massa, obtenint un rendiment similar.La millora en el transfer de calor i massa en l’absorbidor,
com en l’absorbidor de placa vertical, facilita un disseny més compacte, augmentant així l’atractiu de la tecnologia
d’absorció.La refrigeración por absorción ofrece una alternativa sostenible, impulsada por energía térmica y utilizando
refrigerantes naturales como el agua. La mezcla más común es H O/LiBr, pero su uso está limitado debido a la
cristalización del LiBr a altas concentraciones y bajas temperaturas. Esta limitación restringe el rendimiento,
especialmente en sistemas enfriados por aire y en bombas de calor. Los líquidos iónicos (ILs) se investigan como
aditivos para mitigar la cristalización. Entre varios candidatos, se seleccionó [DMIM][Cl] con una fracción en masa del
6%, basándose en su solubilidad y presión de vapor. La nueva mezcla mostró una mejora en el rango operativo y una
reducción en la relación de circulación de la solución.La evaluación experimental en un prototipo de enfriador biadiabático
de 2kW demuestra que la adición del IL mejora el rango operativo al evitar la cristalización, sin afectar el
COP ni la capacidad de refrigeración. Para estudiar el impacto del IL seleccionado en la mezcla de trabajo H O/LiBr
sobre la mojabilidad y el rendimiento en la transferencia de calor y masa, se utilizó un absorbedor convencional de
película descendente con tubo horizontal, bajo condiciones térmicas de enfriamiento por aire y por agua. La nueva
mezcla de trabajo no mostró efectos adversos en los procesos de transferencia de calor y masa, obteniendo un
rendimiento similar.La mejora de la transferencia de calor y masa en el absorbedor, como en el absorbedor de placas
verticales, permite un diseño más compacto, aumentando así el atractivo de la tecnología de absorciónAbsorption refrigeration offers a sustainable alternative, driven by thermal energy and using natural refrigerants like
water. The most common mixture is H O/LiBr, but its use is limited due to the crystallization of LiBr at high
concentrations and low temperatures. This restricts performance, especially in air-cooled systems and heat pumps.
Ionic liquids (ILs) are investigated as additives to mitigate crystallization. Among several candidates, [DMIM][Cl] at 6%
mass fraction was selected based on solubility and vapor pressure. The new mixture showed enhanced operating
range and reduced solution circulation ratio. Experimental evaluation on a 2-kW bi-adiabatic chiller prototype depicts
that adding IL improves the operating range by preventing the crystallization, without affecting COP and cooling
capacity. To study the impact of the selected IL in H2O/LiBr working mixture on wettability and heat and mass transfer
performance, a conventional horizontal tube falling film absorber is used for air-cooling and water-cooling thermal
conditions. The new working mixture shows no adverse effects on the heat and mass transfer processes, hence
performed similarly. Improvement in heat and mass transfer in the absorber, as in vertical plate absorber, facilitates a
more compact design, thereby increasing the attractiveness of absorption technology. The new experimental setup
and a numerical model is developed to study the absorption process of vertical plate falling film absorber."Universitat Rovira i Virgili. Programa de doctorat en Enginyeria Termodinàmica de Fluids
Accelerating many-core, heterogeneous, and distributed architectures with hardware runtimes and programming models
Get PDF(English) Due to increasing concern about energy efficiency and the current trend to scale out HPC systems to many computing nodes, this thesis tries to tackle both problems with the help of hardware acceleration and programming models.
Regarding the first topic, FPGAs have been the target of study due to their high flexibility to adapt to any computing workload and due to their high energy efficiency.
We present extensions to the OmpSs@FPGA framework, which provides a high-level task-based programming interface to non-FPGA experts.
These extensions include compiler directives to automatically optimize FPGA code, a hardware task scheduling runtime with dependence analysis called POM, and a multi-FPGA MPI-like API and runtime, called OMPIF.
In addition, we present the Implicit Message Passing (IMP) model, which combines task-based and message-passing programming models, leveraging dependence information and a static data distribution.
IMP automatically communicates data between nodes when required by the data dependencies of a task.
Therefore, the user does not need to write any call to MPI or OMPIF in the code, as this is handled by IMP.
We evaluate this model on both FPGA and CPU clusters, with hardware acceleration for task scheduling and message passing using the POM and OMPIF runtimes.
For CPU clusters, we study several ways to incorporate POM into an SoC, first with an embedded FPGA, then we design it as an ASIC for a RISC-V core, and finally in an FPGA softcore also based on RISC-V.
In the last case, we use both POM and OMPIF to evaluate distributed applications with a cluster of FPGAs that emulate a CPU cluster.
We evaluate IMP and regular MPI+tasks programming with several benchmarks: Matrix Multiply, Spectra, N-body, Heat, and Cholesky.
With the mentioned contributions, we achieve several objectives.
First, we demonstrate that with OmpSs@FPGA we can achieve similar absolute performance to a CPU node for some benchmarks, like N-body, and outperform in energy efficiency to similar CPU and GPU architectures (in area and technology).
Second, we also evaluate multi-FPGA applications on three different clusters: cloudFPGA, ESSPER, and MEEP, which have very distinct characteristics.
With IMP, we show that we can scale linearly the N-body, Heat, and Cholesky benchmarks to 64 FPGAs.
For CPUs, we are also able to scale linearly with the same benchmarks on an 8-core, 64-node cluster, with 512 cores in total.
With our hardware-software co-design, which combines the hardware acceleration of task scheduling and message passing with IMP, we show a solution to accelerate HPC workloads as transparently as possible to the programmer, thus boosting productivity.
This solution has been designed for heterogeneous systems based on FPGAs, but also based on CPUs.
The latter also benefit significantly from the runtime overhead reduction thanks to the hardware acceleration.(Català) A causa de la importància de l'eficiència energètica i la tendència a escalar sistemes HPC amb molts nodes, en aquesta tesi tractem ambdós temes amb l'ajuda d'acceleració hardware i models de programació.
Sobre el primer tema, les FPGA son objecte d'estudi a causa de la seva alta flexibilitat per adaptar-se a qualsevol càrrega de treball i a la seva alta eficiència energètica.
En aquesta tesi presentem extensions al framework d'OmpSs@FPGA, el qual proveeix un model de programació basat en tasques per programadors no experts en FPGA.
Aquestes extensions inclouen directives del compilador per optimitzar el codi FPGA automàticament, un runtime hardware per tasques amb anàlisi de dependències, anomenat POM, i una API basada en MPI per multi-FPGA amb el seu runtime associat, anomenat OMPIF.
Addicionalment, presentem el model anomenat Implicit Message Passing (IMP), el qual combina models de programació basats en tasques i intercambi de missatges, aprofitant les dependències i una distribució estàtica de les dades.
IMP comunica dades automàticament entre nodes quan les dependències d'una tasca ho requereixin.
Per tant, l'usuari no ha d'utilitzar MPI o OMPIF en el codi, ja que IMP s'encarrega de la comunicació.
Avaluem aquest model en clústers d'FPGA i CPU, amb acceleració hardware per scheduling de tasques i intercanvi de missatges fent servir els runtimes OMPIF i POM.
Per clústers de CPU, estudiem diferents maneres d'incorporar POM en un SoC, primer amb una FPGA encastada, després dissenyem POM com ASIC per un processador RISC-V, i finalment per un softcore FPGA també basar en RISC-V.
En l'últim cas, utilitzem POM i OMPIF per avaluar aplicacions distribuïdes amb un clúster de FPGA que emula un clúster de CPU.
Avaluem IMP i programació tradicional amb MPI i tasques en diversos benchmarks: Multiplicació de matrius, Spectra, N-body, Heat i Cholesky.
Amb les contribucions esmentades, complim diversos objectius.
Primer, demostrem que amb OmpSs@FPGA podem aconseguir rendiment absolut similar a una CPU en alguns bechmarks, com N-body, i superar en eficiència energètica a arquitectures CPU i GPU similars (en àrea i tecnologia).
Segon, també avaluem aplicacions multi-FPGA en tres clústers diferents: cloudFPGA, ESSPER, i MEEP, els quals tenen característiques molt distintives.
Amb IMP, demostrem que podem escalar linealment N-body, Heat, i CHhlesky amb 64 FPGA.
Per CPU, també podem escalar linealment amb els mateixos benchmarks en un clúster de 64 nodes i 8 nuclis, amb un total de 512 nuclis.
Amb el nostre codiseny hardware-software, el qual combina acceleració hardware per scheduling de tasques i intercanvi de missatges i IMP, proveïm una solució per accelerar aplicacions HPC transparentment al programador, impulsant productivitat.
Aquesta solució ha sigut dissenyada per sistemes heterogenis basats en FPGA i CPU.
Les CPU també es beneficien significativament de la reducció d'overhead del runtime per l'acceleració hardware.(Español) Debido a la importancia de la eficiencia energética y la tendencia a escalar sistemas HPC con muchos nodos, en esta tesis tratamos ambos temas con la ayuda de aceleración hardware y modelos de programación.
Sobre el primer tema, las FPGA son objeto de estudio debido a su alta flexibilidad para adaptarse a cualquier carga de trabajo y a su alta eficiencia energética.
En esta tesis presentamos extensiones al framework de OmpSs@FPGA, el cual provee un modelo de programación basado en tareas para programadores no expertos en FPGA.
Estas extensiones incluyen directivas del compilador para optimizar código FPGA automáticamente, un runtime hardware para tareas con análisis de dependencias llamado POM, y una API basada en MPI para multi-FPGA con su runtime asociado, llamado OMPIF.
Además, presentamos el modelo llamado Implicit Message Passing (IMP), el cual combina modelos de programación basados en tareas y en intercambio de mensajes, aprovechando las dependencias y una distribución estática de los datos.
IMP comunica datos automáticamente entre nodos cuando las dependencias de una tarea lo requieren.
Por lo tanto, el usuario no ha de escribir ninguna llamada a MPI u OMPIF en el código, ya que IMP se encarga de la comunicación.
Evaluamos este modelo en clústeres de FPGA y CPU, con aceleración hardware para scheduling de tareas e intercambio de mensajes usando los runtimes OMPIF y POM.
Para clústeres de CPU, estudiamos diferentes maneras de incorporar POM en un SoC, primero con una FPGA encastada, luego diseñamos POM como ASIC para un procesador RISC-V, y finalmente para un softcore FPGA también basado en RISC-V.
En el último caso, usamos POM y OMPIF para evaluar aplicaciones distribuidas con un clúster de FPGA que emulan un clúster de CPU.
Evaluamos IMP y programación tradicional con MPI y tareas en varios benchmarks: Multiplicación de matrices, Spectra, N-body, Heat y Cholesky.
Con las contribuciones mencionadas, cumplimos varios objetivos.
Primero, demostramos que con OmpSs@FPGA podemos conseguir rendimiento absoluto similar a una CPU en algunos benchmarks, como N-body, y superar en eficiencia energética a arquitecturas CPU y GPU similares (en área y tecnología).
Segundo, también evaluamos aplicaciones multi-FPGA en tres clústeres diferentes: cloudFPGA, ESSPER, y MEEP, los cuales tienen características muy distintas.
Con IMP, demostramos que podemos escalar linealmente el N-body, Heat, y Cholesky con 64 FPGA.
Para CPU, también podemos escalar linealmente con los mismos benchmarks en un clúster de 64 nodos y 8 núcleos, con un total de 512 núcleos.
Con nuestro de codiseño hardware-software, el cual combina aceleración hardware de scheduling de tareas e intercambio de mensajes e IMP, proveemos una solución para acelerar aplicaciones HPC transparentemente al programador, impulsando la productividad.
Esta solución ha sido diseñada para sistemas heterogéneos basados en FPGA y CPU.
Las CPU también se benefician significativamente de la reducción del overhead del runtime por la aceleración hardware.DOCTORAT EN ARQUITECTURA DE COMPUTADORS (Pla 2012
Régimen aplicable a los concursos públicos sobre las instalaciones náutico-deportivas en los puertos de interés general
Get PDF[spa] Existen en España 361 puertos e instalaciones náutico-deportivas, que gestionan más de 130.555 amarres, alojando así un número significativo de las más de 200.000 embarcaciones de recreo que navegan por nuestro país. Contribuye la náutica recreativa a que el sector marítimo sea estratégico y de vital importancia para la economía, cultura y sociedad de un estado que cuenta con cerca de 8.0003 kilómetros de costa. La realidad de la náutica deportiva es dispar en los diferentes territorios de España. Hay regiones en las que existe una mayor tradición de deportes náuticos, regiones en las que la oferta y demanda de puestos de amarre está cercana al equilibrio y otros territorios en los que aporta un valor añadido al turismo local, la demanda de atraques es mucho mayor a la oferta y el interés para la gestión de instalaciones náutico-recreativas es muy alto. Los puertos de interés general en España aglutinan una parte importante de las instalaciones náutico-deportivas de nuestro país que difieren en cuanto a tamaños, tipología de títulos de ocupación y régimen de otorgamiento, embarcaciones que pueden albergar, actividades que organizan y tipo de gestor que la explota, entre otros. El momento más fundamental en la vida de los títulos que amparan la ocupación del dominio público portuario tiene lugar al fijarse las condiciones de la actividad, que se prolongará durante un periodo normalmente largo en el tiempo. Siendo pacífico, a día de hoy, que la forma ordinaria y más acorde a los principios de igualdad, transparencia, publicidad y no discriminación de otorgar títulos sobre instalaciones náuticas es el concurso público, no se dispone en la normativa aplicable de suficientes garantías para asegurar unos procedimientos reglados y seguros desde un punto de vista jurídico. Prueba de ello es la elevada cantidad de recursos y litigios en este ámbito con ocasión de muchos de los concursos publicados en los últimos años. Por ello, se ha analizado la normativa aplicable en profundidad, se han realizado comparativas entre distintos concursos públicos de ámbito portuario estatal y autonómico, se ha revisado doctrina administrativa y jurisprudencia aplicada a casos relevantes y se ha salido del espectro puramente portuario para estudiar otros concursos demaniales y patrimoniales de tipología diversa. Con todo ello se han sacado conclusiones relevantes sobre el régimen jurídico de los concursos de títulos de dominio público portuario estatal y se han efectuado propuestas regulatorias, tanto a nivel de textos legales como a nivel de pliegos del concurso y condiciones del título, para reforzar la seguridad jurídica de todos los interesados tanto en el momento del concurso como durante la vida de la explotación de las instalaciones náuticas.[eng] There are 361 marinas in Spain, which manage more than 130.555 moorings, thus accommodating a significant number of the more than 200,000 recreational boats that sail around Spain. Recreational boating contributes to the fact that the maritime sector is strategic and of vital importance to the economy, culture and society of Spain that has nearly 8,000 kilometers of coastline. The reality of recreational boating is uneven in the different territories of Spain. There are regions where there is a greater tradition of water sports, regions where the supply and demand of mooring places is close to being equal and other territories where it brings added value to local tourism, the demand for berths is much higher than the supply and the interest for the management of nautical recreational facilities is very high. The ports of general interest in Spain bring together an important part of the nautical sports facilities in the country, which differ in terms of size, type of occupancy contracts and granting regime, vessels that can be accommodated, activities organized and type of managing entities that operate them, amongst others. The most fundamental moment in the life of the contracts that allow the occupation of public port land and water takes place when the conditions of the activity are established and accepted by the concessionaire. Keeping in mind that the ordinary and most consistent with the principles of equality, transparency, publicity and non-discrimination path to grant contracts for the management of nautical facilities is the public tender, the applicable regulations do not have sufficient guarantees to ensure normalized and secure procedures from a legal point of view. Proof of this is the high number of appeals and litigation on the occasion of many of the tenders published in recent years. Therefore, applicable regulations have been analyzed in depth, comparisons have been made between different public tenders both port and non-port related and administrative doctrine and jurisprudence applied to relevant cases has been reviewed. As a result, relevant conclusions have been drawn on the legal regime of tenders for concession contracts on port land and regulatory proposals have been made; at the level of legal texts, policy, tender specifications and contract clauses, with the objective to strengthen the legal certainty of all stakeholders, not only at the time of the tender but also during contract execution.[cat] Existeixen a Espanya 361 ports i instal·lacions nàutic-esportives, que gestionen més de 130.555 amarraments, allotjant així un número significatiu de les més de 200.000 embarcacions d'esbarjo que naveguen pel nostre país. Contribueix la nàutica recreativa al fet que el sector marítim sigui estratègic i de vital importància per a l'economia, cultura i societat d'un estat que compta amb prop de 8.000 quilòmetres de costa. La realitat de la nàutica esportiva és dispar en els diferents territoris d'Espanya. Hi ha regions en les quals existeix una major tradició d'esports nàutics, regions en les quals l'oferta i demanda de llocs d'amarrament és pròxima a l'equilibri i altres territoris en els quals aporta un valor afegit al turisme local, la demanda d'atracades és molt major a l'oferta i l'interès per a la gestió d'instal·lacions nàutic-recreatives és molt alt. Els ports d'interès general a Espanya aglutinen una part important de les instal·lacions nàutic-esportives del nostre país que difereixen quant a grandàries, tipologia de títols d'ocupació i règim d'atorgament, embarcacions que poden albergar, activitats que organitzen i tipus de gestor que l’explota, entre altres. El moment més fonamental en la vida dels títols que emparen l'ocupació del domini públic portuari té lloc en fixar-se les condicions de l'activitat, que es prolongarà durant un període normalment llarg en el temps. Sent pacífic, avui dia, que la forma ordinària i més concorde als principis d'igualtat, transparència, publicitat i no discriminació d'atorgar títols sobre instal·lacions nàutiques és el concurs públic, no es disposa en la normativa aplicable de suficients garanties per a assegurar uns procediments reglats i assegurances des d'un punt de vista jurídic. Prova d'això és l'elevada quantitat de recursos i litigis en aquest àmbit en ocasió de molts dels concursos publicats en els últims anys. Per això, s'ha analitzat la normativa aplicable en profunditat, s'han realitzat comparatives entre diferents concursos públics d'àmbit portuari estatal i autonòmic, s'ha revisat doctrina administrativa i jurisprudència aplicada a casos rellevants i s'ha sortit de l'espectre purament portuari per a estudiar altres concursos demanials i patrimonials de tipologia diversa. Amb tot això s'han tret conclusions rellevants sobre el règim jurídic dels concursos de títols de domini públic portuari estatal i s'han efectuat propostes reguladores, tant a nivell de textos legals com a nivell de plecs del concurs i condicions dels títols, per a reforçar la seguretat jurídica de tots els interessats tant en el moment del concurs com durant la vida de l'explotació de les instal·lacions nàutiques.Doctorat en Dre
Advanced finite element methods for metal forming and manufacturing process simulation: an application to friction stir welding analysis
Get PDFTesi en modalitat de compendi de publicacionsTesi amb menció de Doctorat Internacional(English) This work explores the benefits and challenges of advanced Finite Element Methods for metal forming and manufacturing processes. As these processes become increasingly complex, FEM has emerged as a crucial tool. It helps predict physical quantities, aiding engineers in decision-making and enhancing the efficiency of development and production chains.
Metal forming often involves (nearly) isochoric behavior due to plastic deformations, which can cause the standard Finite Method to become unstable.
To address the isochoric behavior and ensure local convergence of strains and stresses, this study utilizes mixed finite element formulations, including the displacement-pressure (u/p), displacement-strain (u/ε), and displacement-pressure-deviatoric strain (u/p/e) formulations. To mitigate the high computational cost of the u/ε and u/p/e formulations, the Adaptive Formulation Refinement (AFR) technique is developed. This technique selectively activates the enhanced formulations based on physical criteria or error estimation. The method's accuracy and convergence rate is studied and compare favorably to reference solutions. The method is successfully applied to quasi-brittle structural failure analysis.
This work further addresses the practical application of advanced numerical methods to complex manufacturing problems, notably Friction Stir Welding (FSW), which is a solid-state welding technique. FSW is characterized by isochoric deformations, extremely high strain rates, and highly non-linear and temperature-dependent material behavior. An Embedded Finite Element Method is employed to simplify the modeling of complex geometries and moving boundary conditions. It uses a purely Eulerian framework and a discrete level-set function for tool modeling and works directly with CAD tool geometries. The simulation results align well with experimental data. A parameter study of process parameters is carried out to evaluate their impact on welding forces and temperature evolution, demonstrating the tool's usefulness in aiding development processes.
To enhance usability, a Graphical User Interface (GUI) is developed for creating simulation input files and managing simulations. Additionally, a particle tracing algorithm is implemented to visualize material flow. This work aims to bridge the gap between academic research and practical engineering applications. It provides advanced, yet robust and efficient numerical tools for simulating metal forming and manufacturing processes.(Català) Aquest treball explora els beneficis i desafiaments dels mètodes d’elements finits (FEM) avançats aplicats a la conformació de metalls i processos de fabricació. A mesura que aquests processos esdevenen més complexos, el FEM ha emergit com una eina crucial. Permet predir magnituds físiques, ajudant els enginyers en la presa de decisions i millorant l’eficiència de les cadenes de desenvolupament i producció.
La conformació de metalls sovint implica un comportament (gairebé) isocòric a causa de les deformacions plàstiques, la qual cosa pot provocar que el mètode d’elements finits estàndard es torni inestable.
Per abordar aquest comportament isocòric i assegurar la convergència local de les deformacions i tensions, aquest estudi utilitza formulacions mixtes d’elements finits, incloent les formulacions desplaçament-pressió (u/p), desplaçament-deformació (u/ε) i desplaçament-pressió-deformació desviatòria (u/p/e). Per mitigar l’elevat cost computacional de les formulacions u/ε i u/p/e, es desenvolupa la tècnica de Refinament Adaptatiu de Formulació (AFR). Aquesta tècnica activa selectivament les formulacions millorades basant-se en criteris físics o en l’estimació d’errors. L’exactitud i la taxa de convergència del mètode s’estudien i es comparen favorablement amb solucions de referència. El mètode s’aplica amb èxit a l’anàlisi de fallades estructurals quasi-fràgils.
Aquest treball també aborda l’aplicació pràctica de mètodes numèrics avançats a problemes complexos de fabricació, en particular la soldadura per fregament (Friction Stir Welding, FSW), que és una tècnica de soldadura en estat sòlid. La FSW es caracteritza per deformacions isocòriques, taxes de deformació extremadament elevades i un comportament del material altament no lineal i dependent de la temperatura.
S’empra un mètode d’elements finits incrustat per simplificar el modelatge de geometries complexes i condicions de frontera mòbils. Aquest mètode utilitza un marc purament eulerià i una funció nivell discret per al modelatge de l’eina, i treballa directament amb geometries CAD de l’eina. Els resultats de la simulació concorden bé amb les dades experimentals. Es realitza un estudi paramètric dels paràmetres de procés per avaluar el seu impacte sobre les forces de soldadura i l’evolució de la temperatura, demostrant la utilitat de l’eina en el suport als processos de desenvolupament.
Per millorar la usabilitat, es desenvolupa una interfície gràfica d’usuari (GUI) per a la creació de fitxers d’entrada de simulació i la gestió de les simulacions. A més, s’implementa un algorisme de traçat de partícules per visualitzar el flux de material. Aquest treball pretén reduir la bretxa entre la recerca acadèmica i les aplicacions d’enginyeria pràctica. Proporciona eines numèriques avançades, però robustes i eficients, per simular processos de conformació de metalls i fabricació.(Español) Este trabajo explora los beneficios y desafíos de los métodos de elementos finitos (FEM) avanzados aplicados al conformado de metales y procesos de fabricación. A medida que estos procesos se vuelven cada vez más complejos, el FEM ha emergido como una herramienta crucial. Ayuda a predecir magnitudes físicas, lo que asiste a los ingenieros en la toma de decisiones y mejora la eficiencia de las cadenas de desarrollo y producción.
El conformado de metales a menudo implica un comportamiento (casi) isocórico debido a las deformaciones plásticas, lo que puede provocar inestabilidad en el método de elementos finitos estándar.
Para abordar este comportamiento isocórico y garantizar la convergencia local de las deformaciones y tensiones, este estudio utiliza formulaciones mixtas de elementos finitos, incluyendo las formulaciones desplazamiento-presión (u/p), desplazamiento-deformación (u/ε) y desplazamiento-presión-deformación desviadora (u/p/e). Para mitigar el alto coste computacional de las formulaciones u/ε y u/p/e, se desarrolla la técnica de Refinamiento Adaptativo de Formulación (AFR). Esta técnica activa selectivamente las formulaciones mejoradas basándose en criterios físicos o estimaciones de error. Se estudia la precisión y la tasa de convergencia del método, y se comparan favorablemente con soluciones de referencia. El método se aplica con éxito al análisis de fallo estructural cuasi-frágil.
Este trabajo también aborda la aplicación práctica de métodos numéricos avanzados a problemas complejos de fabricación, en particular la Soldadura por Fricción (Friction Stir Welding, FSW), que es una técnica de soldadura en estado sólido. La FSW se caracteriza por deformaciones isocóricas, tasas de deformación extremadamente altas y un comportamiento del material altamente no lineal y dependiente de la temperatura.
Se emplea un Método de Elementos Finitos Incrustado para simplificar el modelado de geometrías complejas y condiciones de contorno móviles. Este método utiliza un marco puramente euleriano y una función de nivel discreta para el modelado de la herramienta, y trabaja directamente con geometrías CAD de herramientas. Los resultados de simulación concuerdan bien con los datos experimentales. Se realiza un estudio paramétrico de los parámetros del proceso para evaluar su impacto en las fuerzas de soldadura y la evolución de la temperatura, demostrando la utilidad de la herramienta en el apoyo a los procesos de desarrollo.
Para mejorar la usabilidad, se desarrolla una Interfaz Gráfica de Usuario (GUI) para la creación de archivos de entrada de simulación y la gestión de simulaciones. Además, se implementa un algoritmo de trazado de partículas para visualizar el flujo del material. Este trabajo pretende cerrar la brecha entre la investigación académica y las aplicaciones prácticas de la ingeniería. Proporciona herramientas numéricas avanzadas, pero robustas y eficientes, para la simulación de procesos de conformado de metales y fabricación.DOCTORAT EN ANÀLISI ESTRUCTURAL (Pla 2013
Data-driven patient-specific models supporting decision making with application to atherosclerotic plaque analysis
Get PDF(English) This thesis advances finite element-based tools to improve atherosclerosis analysis by addressing current computational limitations.
Atherosclerosis, the leading cause of ischaemic heart attacks, imposes a significant social and economic burden (estimated at around $1 trillion worldwide by 2030).
In this disease, patients develop plaques from lipid accumulation in the arteries and these plaques can be prone to rupture or stable.
Differentiating between these types is essential for effective clinical risk management.
Fast, accurate, and robust computational methods can streamline the clinical pipeline and ultimately may help to assess atherosclerotic analysis.
We use Finite Element Method (FEM) to simulate stress in atherosclerotic sections, as peak stress plays a key role in assessing
rupture risk. Our methods are based on unfitted FEM, which simplify mesh generation, save computational and pre-processing time.
Importantly, these methods can work directly on voxelized data such as medical images.
The proposed unfitted approaches achieve accuracy within 5 % of that attained by classical fitted approaches and commercial software, for both linear and non-linear cases.
Moreover, these methods incorporate a flexible and realistic boundary conditions that account for the influence of surrounding tissues.
We also developed an Adaptive Model Reduction (AMR) technique based on a linear hypothesis, serving as a preliminary step toward creating fast surrogate models for near-real-time simulations.
Validation experiments demonstrate that AMR decrease computational resource usage by over 70 % while maintaining an accuracy within a 9 % error margin compared to high-fidelity models.
Finally, preliminary results indicate that using Topological Data Analysis (TDA) to build interpretable Machine Learning (ML) models can effectively assesses plaque rupture risk.
Early experiments yield a classification accuracy of approximately 75 %, a performance comparable to established radiomics approaches.
Overall, this doctoral work demonstrates that combining advanced FEMs with interpretable ML may provides nuanced insights into atherosclerotic plaque assessment.
Future research should address potential limitations such as data variability and scalability to enable broader implementation of these computational techniques in clinical practice.(Català) Aquesta tesi avança en eines basades en elements finits per millorar l'anàlisi de l'aterosclerosi abordant les limitacions computacionals actuals.
L'aterosclerosi, la principal causa d'atacs cardíacs isquèmics, imposa una càrrega social i econòmica important (estimada al voltant d'1 bilió de dòlars a tot el món el 2030).
En aquesta malaltia, els pacients desenvolupen plaques per acumulació de lípids a les artèries i aquestes plaques poden ser propenses a trencar-se o estables.
Diferenciar entre aquests tipus és essencial per a una gestió eficaç del risc clínic.
Els mètodes computacionals ràpids, precisos i robustos poden agilitzar el pipeline clínic i, en última instància, poden ajudar a avaluar l'anàlisi ateroscleròtica.
Utilitzem el mètode dels elements finits (FEM) per simular l'estrès en seccions ateroscleròtiques, ja que l'estrès màxim juga un paper clau en l'avaluació risc de ruptura.
Els nostres mètodes es basen en FEM no ajustats, que simplifiquen la generació de malles, estalvien temps computacional i de preprocessament.
És important destacar que aquests mètodes poden funcionar directament en dades voxelitzades, com ara imatges mèdiques.
Els enfocaments no ajustats proposats aconsegueixen una precisió del 5% de la que aconsegueixen els enfocaments ajustats clàssics i el programari comercial, tant per a casos lineals com no lineals.
A més, aquests mètodes incorporen condicions de contorn flexibles i realistes que expliquen la influència dels teixits circumdants.
També hem desenvolupat una tècnica de reducció de models adaptatius (AMR) basada en una hipòtesi lineal, que serveix com a pas preliminar cap a la creació de models substituts ràpids per a simulacions gairebé en temps real.
Els experiments de validació demostren que l'AMR disminueix l'ús de recursos computacionals en més d'un 70% mentre manté una precisió dins d'un marge d'error del 9% en comparació amb els models d'alta fidelitat. Finalment, els resultats preliminars indiquen que l'ús de l'anàlisi de dades topològiques (TDA) per construir models interpretables d'aprenentatge automàtic (ML) pot avaluar eficaçment el risc de ruptura de la placa.
Els primers experiments produeixen una precisió de classificació d'aproximadament el 75%, un rendiment comparable als enfocaments radiòmics establerts.
En general, aquest treball doctoral demostra que la combinació de FEM avançats amb ML interpretable pot proporcionar informació matisada sobre l'avaluació de la placa ateroscleròtica.
La investigació futura hauria d'abordar les limitacions potencials com la variabilitat i l'escalabilitat de les dades per permetre una implementació més àmplia d'aquestes tècniques computacionals en la pràctica clínica.(Español) Esta tesis avanza en las herramientas basadas en elementos finitos para mejorar el análisis de la aterosclerosis abordando las limitaciones computacionales actuales.
La aterosclerosis, principal causa de infartos isquémicos, impone una importante carga social y económica (estimada en alrededor de 1 billón de dólares en todo el mundo para 2030).
En esta enfermedad, los pacientes desarrollan placas por acumulación de lípidos en las arterias y estas placas pueden ser propensas a la rotura o estables.
Diferenciar entre estos tipos es esencial para una gestión clínica eficaz del riesgo.
Unos métodos computacionales rápidos, precisos y robustos pueden agilizar el proceso clínico y, en última instancia, ayudar a evaluar el análisis aterosclerótico.
Utilizamos el método de los elementos finitos (FEM) para simular la tensión en secciones ateroscleróticas, ya que la tensión máxima desempeña un papel clave en la evaluación del riesgo de rotura.
Nuestros métodos se basan en el FEM no ajustado, que simplifica la generación de mallas y ahorra tiempo computacional y de preprocesado.
Además, estos métodos pueden trabajar directamente con datos voxelizados, como las imágenes médicas.
Los enfoques no ajustados propuestos alcanzan una precisión inferior en un 5% a la lograda por los enfoques ajustados clásicos y el software comercial, tanto para casos lineales como no lineales.
Además, estos métodos incorporan unas condiciones de contorno flexibles y realistas que tienen en cuenta la influencia de los tejidos circundantes.
También desarrollamos una técnica de reducción adaptativa de modelos (AMR) basada en una hipótesis lineal, que sirve como paso preliminar hacia la creación de modelos sustitutos rápidos para simulaciones en tiempo casi real.
Los experimentos de validación demuestran que la AMR disminuye el uso de recursos computacionales en más de un 70 %, al tiempo que mantiene una precisión dentro de un margen de error del 9 % en comparación con los modelos de alta fidelidad.
Por último, los resultados preliminares indican que el uso del análisis topológico de datos (TDA) para construir modelos interpretables de aprendizaje automático (ML) puede evaluar eficazmente el riesgo de rotura de la placa.
Los primeros experimentos arrojan una precisión de clasificación de aproximadamente el 75 %, un rendimiento comparable al de los enfoques radiómicos establecidos.
En general, este trabajo de doctorado demuestra que la combinación de FEM avanzados con ML interpretables puede proporcionar conocimientos matizados sobre la evaluación de la placa aterosclerótica.
La investigación futura debe abordar las posibles limitaciones, como la variabilidad de los datos y la escalabilidad, para permitir una aplicación más amplia de estas técnicas computacionales en la práctica clínica.DOCTORAT EN ENGINYERIA CIVIL (Pla 2012
Biophysical biomarkers and machine learning for a proof of concept on a panel of drugs to inhibit tumor fibroblast activation in lung cancer
Get PDFPrograma de Doctorat en Biomedicina[eng] The cytoskeleton is a hierarchical network of biopolymers involved in several key pathophysiological and cellular functions, as well as in cellular adaptation to different stimuli. Furthermore, distinct cytoskeleton phenotypes are associated with a plethora of pathological states and can change upon application of drugs against these pathologies, underlying the potential use of cytoskeleton phenotypes as biomarkers. Specifically in fibroblasts, this is clearly shown as the change from fibroblast to myofibroblast features a complete and transient cytoskeleton reorganization that allows the acquisition of a well-developed contractile cytoskeleton and the formation of robust actin stress fibers. This allows it to acquire new functions such as extracellular matrix (ECM) remodeling, which is crucial for lesion resolution. However, in the context of cancer, tumor-associated fibroblasts (TAF) present an irreversible activated phenotype exerting their functions in an aberrant manner and representing the tumor as a non-repairing wound, whose consequences have a serious implication in the resistance to drug therapies. In this doctoral thesis, we hypothesized that cytoskeleton quantification can be used as a potential source of biomarkers capable of responding efficiently in pharmacological screening aimed at identifying drugs that inhibit fibroblast activation at physiological levels. To carry out this study, a detailed cytoskeleton quantification was performed with the CSKmorphometrics pipeline using fluorescence images of physiological fibroblasts (CF) and TAF stimulated with transforming growth factor β1 (TGF-β1) and labeled with phalloidin, α-smooth muscle actin (α-SMA) and DAPI. Subsequently, filter-based feature selection algorithms were applied for the identification of physical biomarkers highly related to fibroblast activation. 9 descriptors were identified that can be used as biomarkers with high accuracy (91.7%) to robustly predict fibroblast activation. Furthermore, this biomarker signature was applied in the identification of subpopulations revealing the existence of two groups of fibroblasts with different responses to TGF-β1: one with strong activation and one with a limited response. Next, we focused on the creation of pharmacological drug screening by incorporating mimetic substrates that simulated the mechanical properties of lung carcinoma. A novel genipin cross-linked lung decellularized hydrogel (L-dECM) cryosectioning procedure was developed to obtain thin sections of slide-attached hydrogels that exhibit a wide range and tunable mechanical properties as characterized by atomic force microscopy (AFM), while preserving the biochemical stimuli of native ECM. The mechanical properties of the cryosections were optimized for the development of 2D biomimetic culture substrates that simulated the mechanics of ECM-enriched areas of tumor stroma. Our signature of biomarkers and mimetic substrates allowed us to analyze the pharmacological impact on the cytoskeleton by principal component analysis (PCA). This approach positions the effect of the drug on the fibroblast activation trajectory and identifies not only its success or failure, but also variations other than the fibroblast-myofibroblast phenotype. Among our results we highlight that the use of PDGF, VEGF and FGF receptor inhibitory strategies was successful against single targets. In addition, we report for the first time the effective use of leflunomide for myofibroblastic phenotype inhibition in vitro. In conclusion, our study highlights the potential of cytoskeleton quantification as a method to provide relevant biomarkers that can improve diagnosis, disease stratification and drug discovery, as well as to understand and identify cell subpopulations displaying different pathophysiological states.[cat] El citoesquelet és una xarxa jeràrquica de biopolímers que intervé en diverses funcions fisiopatològiques i cel·lulars clau, així com en l'adaptació cel·lular a diferents estímuls. A més, els diferents fenotips del citoesquelet s'associen a una plètora d'estats patològics i poden canviar en aplicar fàrmacs contra aquestes patologies, cosa que subjeu a l'ús potencial dels fenotips del citoesquelet com a biomarcadors. Específicament en fibroblasts, això es mostra de manera clara atès que la transformació de fibroblast a miofibroblast compta amb una reorganització del citoesquelet completa i transitòria que permet l'adquisició d'un citoesquelet contràctil ben desenvolupat i la formació de fibres d'estrès d'actina robustes. Això us permet adquirir noves funcions com la remodelació de la matriu extracel·lular (ECM), la qual és crucial per a la resolució de la lesió. No obstant això, en el context del càncer, els fibroblasts associats al tumor (TAF) presenten un fenotip activat irreversible exercint les seves funcions de manera aberrant i representant el tumor com una ferida que no es repara, amb serioses conseqüències en la resistència a les teràpies farmacològiques. En aquesta tesi doctoral, es planteja la hipòtesi de que la quantificació del citoesquelet pot ser utilitzada com una potencial font de biomarcadors capaç de respondre eficientment en el cribratge farmacològic l'objectiu del qual és la identificació de fàrmacs que inhibeixin l'activació de fibroblàstica a nivells fisiològics. Amb l'objectiu de dur a terme aquest estudi, es va realitzar una quantificació del citoesquelet detallada amb la pipeline CSKmorphometrics a partir d'imatges de fluorescència de fibroblasts fisiològics (CF) i TAF estimulats amb factor de creixement transformador β1 (TGF-β1) i marcats amb fal·loïdina, actina del múscul llis α (α-SMA) i DAPI. Posteriorment, es van aplicar algoritmes de selecció de característiques per filtres per a la identificació de biomarcadors físics altament relacionats amb l'activació dels fibroblastos. Es van identificar 9 descriptors que es poden fer servir com a biomarcadors amb una alta precisió (91.7%) per predir de manera robusta l'activació fibroblàstica. A més, aquesta signatura de biomarcadors es va aplicar a la identificació de subpoblacions revelant l'existència de dos grups de fibroblasts amb diferents respostes al TGF-β1: un amb forta activació i un altre amb resposta limitada. A continuació, centrem els nostres esforços en la creació del cribratge farmacològic incorporant substrats mimètics que simulessin les propietats mecàniques del carcinoma pulmonar. Es va desenvolupar un nou procediment de criosecció d'hidrogels descel·lularitzats de pulmó (L-dECM) reticulats amb genipina per obtenir fines seccions d'hidrogels adherits a un portaobjectes que exhibeixen un ampli rang de propietats mecàniques caracteritzades per microscòpia de força atòmica (AFM). Les propietats mecàniques de les crioseccions van ser optimitzades pel desenvolupament de substrats biomimètics de cultiu 2D que van simular la mecànica d'àrees enriquides d'ECM de l'estroma tumoral. La nostra signatura de biomarcadors i substrats mimètics va permetre analitzar l'impacte farmacològic al citoesquelet mitjançant anàlisi de components principals (PCA). Aquest enfocament posiciona l'efecte del fàrmac en la trajectòria d'activació de fibroblasts i n'identifica no només l'èxit o el fracàs, sinó també altres variacions diferents del fenotip fibroblast-miofibroblast. Els nostres resultats destaquen que la combinació d'estratègies inhibidores de receptors PDGF, VEGF i FGF es va imposar amb èxit davant l’ús de dianes de receptors únics. A més, informem per primera vegada de la utilització efectiva de la leflunomida per a la inhibició del fenotip miofibroblàstic in vitro. En conclusió, el nostre estudi destaca el potencial de la quantificació del citoesquelet com a mètode per proporcionar biomarcadors rellevants que poden millorar el diagnòstic, l'estratificació de malalties i el descobriment de fàrmacs, així com per comprendre i identificar subpoblacions cel·lulars en diferents estats fisiopatològics.[spa] El citoesqueleto es una red jerárquica de biopolímeros que interviene en diversas funciones fisiopatológicas y celulares clave, así como en la adaptación celular a diferentes estímulos. Además, los distintos fenotipos del citoesqueleto se asocian a una plétora de estados patológicos y pueden cambiar al aplicar fármacos contra estas patologías, lo que subyace al uso potencial de los fenotipos del citoesqueleto como biomarcadores. Específicamente en fibroblastos, esto se muestra de manera clara dado que el paso de fibroblasto a miofibroblasto cuenta con una reorganización del citoesqueleto completa y transitoria que le permite la adquisición de un citoesqueleto contráctil bien desarrollado y la formación de fibras de estrés de actina robustas. Esto le permite adquirir nuevas funciones como la remodelación de la matriz extracelular (ECM), la cual es crucial para la resolución de la lesión. Sin embargo, en el contexto del cáncer, los fibroblastos asociados al tumor (TAF) presentan un fenotipo activado irreversible ejerciendo sus funciones de manera aberrante y representando el tumor como una herida que no se repara, cuyas consecuencias tienen una seria implicación en la resistencia a las terapias farmacológicas. En esta tesis doctoral, se plantea la hipótesis de que la cuantificación del citoesqueleto puede ser utilizado como una potencial fuente de biomarcadores capaz de responder eficientemente en el cribado farmacológico cuyo objetivo es la identificación de fármacos que inhiban la activación de fibroblástica a niveles fisiológicos. Con el objetivo de llevar a cabo este estudio, se realizó una cuantificación del citoesqueleto detallada con la pipeline CSKmorphometrics a partir de imágenes de fluorescencia de fibroblastos fisiológicos (CF) y TAF estimulados con factor de crecimiento transformante β1 (TGF-β1) y marcados con faloidina, actina del músculo liso α (α-SMA) and DAPI. Posteriormente se aplicaron algoritmos de selección de características por filtros para la identificación de biomarcadores físicos altamente relacionados con la activación de los fibroblastos. Se identificaron 9 descriptores que pueden usarse como biomarcadores que demostraron una alta precisión (91.7%) para predecir de manera robusta la activación fibroblástica. Además, esta firma de biomarcadores se aplicó en la identificación de subpoblaciones revelando la existencia de dos grupos de fibroblastos con diferentes respuestas al TGF-β1: uno con fuerte activación y otro con respuesta limitada. A continuación, centramos nuestros esfuerzos en la creación del cribado farmacológico incorporando sustratos miméticos que simularan las propiedades mecánicas del carcinoma pulmonar. Se desarrolló un novedoso procedimiento de criosección de hidrogeles descelularizados de pulmón (L-dECM) reticulados con genipina para obtener finas secciones de hidrogeles adheridos a un portaobjetos que exhiben un amplio rango de propiedades mecánicas caracterizadas por microscopía de fuerza atómica (AFM), a la vez que preservan los estímulos bioquímicos de la ECM. Las propiedades mecánicas de las criosecciones fueron optimizadas para el desarrollo de sustratos biomiméticos de cultivo 2D que simularon la mecánica de áreas enriquecidas de ECM del estroma tumoral. Nuestra firma de biomarcadores y sustratos miméticos permitió analizar el impacto farmacológico en el citoesqueleto mediante análisis de componentes principales (PCA). Este enfoque posiciona el efecto del fármaco en la trayectoria de activación de fibroblastos e identifica no solo su éxito o fracaso, sino también otras variaciones diferentes al fenotipo fibroblasto-miofibroblasto. Nuestros resultados destacan que la combinación de estrategias inhibidoras de receptores PDGF, VEGF y FGF se impuso exitosa frente al
uso de receptores únicos. Además, informamos por primera vez de la utilización efectiva de la leflunomida para la inhibición del fenotipo miofibroblástico in vitro. En conclusión, nuestro estudio destaca el potencial de la cuantificación del citoesqueleto como método para proporcionar biomarcadores relevantes que pueden mejorar el diagnóstico, la estratificación de enfermedades y el descubrimiento de fármacos, así como para comprender e identificar subpoblaciones celulares en diferentes estados fisiopatológicos
Development of dimensionality reduction techniques for deep learning-based pattern recognition systems.
No full textBigData. Representar aquestes dades d'una manera intuïtiva i dinàmica és una tasca complexa, especialment a causa
de l'alta dimensionalitat, que fa referència al nombre de variables que caracteritzen un objecte. La reducció de
dimensió facilita l'accés ràpid a grans conjunts de dades, cosa que permet que les màquines contribueixin al
descobriment i anàlisi de patrons. Ajuda a revelar propietats rellevants de les dades en integrar-les en un espai de
menor dimensió, cosa que fa que la visualització sigui més efectiva. Els mètodes de reducció de dimensió espectral
que utilitzen matrius kernel han mostrat resultats òptims. Les versions en línia daquests mètodes són valuoses per
projectar de forma incremental noves dades sense haver de tornar a calcular tota la incrustació. A més, la integració
de múltiples mètodes espectrals pot millorar-ne el rendiment. Aquesta tesi presenta NetDR, un mètode de reducció de
dimensió en línia basat en xarxes neuronals profundes. NetDR integra incrustacions optimitzades per aproximacions
de veïnatge i induïdes per diversos mètodes espectrals utilitzant aprenentatge d'encaix. Es proposen dues versions de
NetDR: NetDRt, dissenyada per processar tensors d'imatges, i NetDRm, pensada per a dades matricials o tabulars
generals. NetDRt aplica primer una etapa autosupervisada per entrenar codificadors profunds basats en incrustacions
de diferents mètodes espectrals.Los avances en electrónica y ciencias de la computación han llevado a una explosión de datos, dando lugar al término
BigData. Representar estos datos de una manera intuitiva y dinámica es una tarea compleja, especialmente debido a
la alta dimensionalidad, que se refiere al número de variables que caracterizan a un objeto. La reducción de dimensión
facilita el acceso rápido a grandes conjuntos de datos, lo que permite que las máquinas contribuyan al descubrimiento
y análisis de patrones. Ayuda a revelar propiedades relevantes de los datos al integrarlos en un espacio de menor
dimensión, lo que hace que la visualización sea más efectiva. Los métodos de reducción de dimensión espectral que
utilizan matrices kernel han mostrado resultados óptimos. Las versiones en línea de estos métodos son valiosas para
proyectar de forma incremental nuevos datos sin tener que volver a calcular toda la incrustación. Además, la
integración de múltiples métodos espectrales puede mejorar el rendimiento. Esta tesis presenta a NetDR, un método
de reducción de dimensión en línea basado en redes neuronales profundas. NetDR integra incrustaciones optimizadas
por aproximaciones de vecindad e inducidas por varios métodos espectrales utilizando aprendizaje de ensamble. Se
proponen dos versiones de NetDR: NetDRt, diseñada para procesar tensores de imágenes, y NetDRm, pensada para
datos matriciales o tabulares generales. NetDRt aplica primero una etapa autosupervisada para entrenar codificadores
profundos basados en incrustaciones de diferentes métodos espectrales.Advances in electronics and computer sciences have led to an explosion of data, giving rise to the term BigData.
Representing this data in an intuitive and dynamic way is a complex task, especially due to high dimensionality, which
refers to the number of variables characterizing an object.Dimensionality reduction facilitates fast access to large
datasets, allowing machines to assist in pattern discovery and analysis. It helps reveal key properties of data by
embedding them into a lower-dimensional space, making visualization more effective.Spectral dimensionality reduction
methods using kernel matrices have shown optimal results. Online versions of these methods are valuable for
incrementally projecting new data without recomputing the entire embedding. Additionally, integrating multiple spectral
methods can enhance performance.This thesis introduces NetDR, an online dimensionality reduction method based on
deep neural networks. NetDR integrates embeddings optimized by neighborhood approximations and induced by
various spectral methods using stacking ensemble learning.Two versions of NetDR are proposed: NetDRt, designed
for processing image tensors, and NetDRm, intended for general tabular or matrix data.NetDRt first applies a selfsupervised
stage to train deep encoders based on embeddings from different spectral methods. These encoders are
optimized and combined using a fully connected network. NetDRm, on the other hand, processes structured and
unstructured data using deep residual encoders trained on multiple dimension reduction methods."Universitat Rovira i Virgili. Programa de doctorat en Enginyeria Informàtica i Matemàtiques de la Seguretat
Exploring the cellular origins and clonal dynamics of preclinical triple-negative breast cancer models through lineage tracing studies
Get PDFPrograma de Doctorat en Biomedicina / Tesi realitzada a l'Institut d'Investigació contra la Leucèmia Josep Carreras (IJC)[eng] Triple-negative breast cancer (TNBC) is a highly aggressive and heterogeneous subtype that lacks targeted therapies, highlighting the need for a deeper understanding of its molecular and cellular mechanisms. Lineage tracing has emerged as a powerful tool to decipher the cellular hierarchies governing both normal and malignant mammary tissues. Despite significant advancements, knowledge gaps persist regarding how distinct mammary epithelial cell populations contribute to TNBC heterogeneity and progression. By integrating histological, molecular, and lineage-tracing analyses, this thesis provides critical insights into the cellular origins, clonal dynamics, and metastatic potential of different mammary epithelial lineages in preclinical TNBC models.
Lineage-tracing experiments reveal that distinct TNBC subtypes arise from specific mammary epithelial cells, with lineage identity and oncogenic plasticity shaping tumor heterogeneity. ERα-negative Notch1-positive luminal cells serve as the cell of origin for TNBCs with a luminal histology resembling luminal B and basal-like human subtypes, while Acta2-positive basal cells generate tumors with basal features mirroring normal- like human tumors. Notably, basal cells exhibit phenotypic plasticity, contributing to the emergence of hybrid tumors that blur conventional subtype boundaries. Clonal expansion studies underscore that the pivotal role of luminal progenitors in luminal B and basal-like TNBC progression. In luminal B tumors, Notch1-positive luminal cells undergo early, robust clonal expansion, followed by a shift toward a more invasive and plastic phenotype in advanced stages, enhancing their metastatic potential. During dissemination, these cells undergo luminal-to-basal transition, enabling them to reconstruct the primary tumor's cellular architecture at distant sites. In advanced stages, Noch1-positive cells are outcompeted by Prom1-positive luminal cells, which exhibit delayed but significant proliferative response, while Acta2-positive basal cells do not contribute to clonal expansion. A similar pattern emerges in basal-like tumors, where Notch1-positive cells, comprising ERα-negative luminal cells and a small subset of basal cells, clonally expand and drive intratumor heterogeneity.
These findings highlight the pivotal role of lineage-restricted cellular hierarchies and oncogenic plasticity in shaping TNBC heterogeneity and progression. By identifying distinct cellular origins, their evolving clonal dynamics, and metastatic trajectories, this work offers a mechanistic framework for understanding TNBC evolution. These insights may guide the development of personalized therapeutic strategies tailored to subtype- specific tumor and metastatic origins, while accounting for phenotypic plasticity to prevent tumor initiation and halt dissemination in TNBC patients.[cat] El càncer de mama triple negatiu (TNBC) és un subtipus altament agressiu i heterogeni que manca de teràpies dirigides, fet que ressalta la necessitat de comprendre millor els seus mecanismes moleculars i cel·lulars. El rastreig de llinatge (lineage tracing) s'ha consolidat com una eina poderosa per desxifrar les jerarquies cel·lulars que governen tant els teixits mamaris normals com els malignes. Malgrat avenços significatius, persisteixen llacunes sobre com les diferents poblacions de cèl·lules epitelials mamàries contribueixen a la heterogeneïtat i progressió del TNBC. Integrant anàlisis histològiques, moleculars i de lineage tracing, aquesta tesi proporciona coneixements clau sobre els orígens cel·lulars, la dinàmica clonal i el potencial metastàtic de diferents llinatges epitelials mamaris en models preclínics de TNBC.
Els experiments de lineage tracing revelen que diferents subtipus de TNBC sorgeixen de cèl·lules epitelials mamàries específiques, amb la identitat de llinatge i la plasticitat oncogènica modelant la heterogeneïtat tumoral. Les cèl·lules luminals ERα-negatives Notch1-positives serveixen com a cèl·lules d'origen per als TNBC amb una histologia luminal que s'assemblen als subtipus luminal B i basal-like humans, mentre que les cèl·lules basals Acta2-positives generen tumors amb característiques basals que imiten els tumors normal-like humans. Cal destacar que les cèl·lules basals mostren plasticitat fenotípica, contribuint a l'emergència de tumors híbrids que desdibuixen les fronteres convencionals entre subtipus. Els estudis d'expansió clonal destaquen el paper fonamental dels progenitors luminals en la progressió dels TNBC luminal B i basal-like. En els tumors luminal B, les cèl·lules luminals Notch1-positives experimenten una expansió clonal primerenca i robusta, seguida d'un canvi cap a un fenotip més invasiu i plàstic en etapes avançades, augmentant així el seu potencial metastàtic. Durant la disseminació, aquestes cèl·lules experimenten una transició luminal-a-basal, la qual els permet reconstruir l'arquitectura cel·lular del tumor primari en llocs distants. En estadis avançats, les cèl·lules Notch1-positives són desplaçades per les cèl·lules luminals Prom1-positives, que mostren una resposta proliferativa retardada però significativa, mentre que les cèl·lules basals Acta2-positives no contribueixen a l'expansió clonal. Un patró similar s'observa en els tumors basal-like, on les cèl·lules Notch1-positives, que inclouen cèl·lules luminals ERα-negatives i un petit subconjunt de cèl·lules basals, s'expandeixen clonalment i impulsen la heterogeneïtat intratumoral.
Aquests descobriments ressalten el paper fonamental de les jerarquies cel·lulars restringides al llinatge i la plasticitat oncogènica en el modelatge de la heterogeneïtat i progressió del TNBC. En identificar orígens cel·lulars específics, la seva dinàmica clonal evolutiva i les trajectòries metastàtiques, aquest treball ofereix un marc mecanístic per comprendre l'evolució del TNBC. Aquests coneixements podrien guiar el desenvolupament d'estratègies terapèutiques personalitzades, adaptades a l’origen tumoral i metastàtic específic de cada subtipus, tenint en compte la plasticitat fenotípica per prevenir la iniciació tumoral i aturar la disseminació en pacients amb TNBC