En esta tesis se presenta un sistema de lectura eléctrica de microarrays que comprenden una serie de transductores impedimétricos con los cuales realizar la detección multiplexada de hasta 36 eventos biológicos en un mismo sustrato. Al igual que con los microarrays de lectura fluorescente, se han empleado sustratos de vidrio desechables para la fabricación del microarray. Sin embargo, a diferencia de ellos , el sistema presentado es compacto y requiere una instrumentación sencilla y de bajo coste, lo que hace que el sistema pueda ser muy útil para realizar la descentralización de este tipo de medidas analíticas. Otros sistemas de lectura eléctricos compactos reportados anteriormente se basan en la inmovilización de los receptores biológicos específicos sobre la superficie del transductor, lo que hace que sean de un solo uso y por lo tanto costosos. Nuestro sistema combina las ventajas de los sistemas eléctricos anteriores y los escáneres de fluorescencia. El array de electrodos interdigitados (IDEs) se fabricó sobre sustratos de vidrio. Las medidas conductimétricas fueron realizadas con estos transductores mediante la aplicación de reacciones de inmunoensayo que emplean la ureasa como marca. La hidrólisis de la urea catalizada por la ureasa produce especies iónicas en solución que aumentan su conductividad. Los microarrays se fabrican sobre portaobjetos de vidrio convencional. Para la lectura, se coloca sobre el microarray sobre el array de IDEs dejando un espacio de fijo entre ambos, de modo que cada punto del microarray se alinea con su IDE correspondiente. En el proceso de medida se depositaron gotas de solución de medida que contienen urea que ponían en contacto el IDE y el punto correspondiente del microarray. Sin embargo, en un primero trabajo se presentaron algunos inconvenientes importantes relacionados con la evaporación de las gotas y el cross-talk químico entre las gotas adyacentes debido a migración de especies iónicas, lo que hizo que el sistema presentase unas características de sensibilidad y límite de detección sensiblemente más limitadas que las mostradas por los sistemas de detección fluorescente. Por otra parte, se requería de un microdispensador para posicionar con precisión las gotas sobre los transductores. En un segundo trabajo, se encontró una solución para resolver estos inconvenientes y se demostró el potencial del sistema para se un competidor real, en términos de rendimiento analítico, frente a los sistemas basados en fluorescencia. Dicha solución se basó en el empleo una estructura de PDMS que incluye 36 micropocillos de 1.2 µL de volumen, los cuales se disponen sobre el array de transductores para contener el volumen de solución de urea y poder realizar la lectura de cada punto del microarray dentro de una cavidad cerrada. Con esta configuración se consiguió evitar por completo los problemas de evaporación y cross-talk químico. Por último, se presenta un tercer trabajo donde se automatizó este sistema de lectura mediante la implementación de una estructura microfluídica que incluye el array de micropocillos de PDMS así como los componentes fluídicos necesarios para realizar el llenado automático de los mismos así como su lavado posterior una vez realizada la lectura de un microarray. De esta forma, se mejoró el rendimiento del sistema de lectura a la vez que su fiabilidad al minimizar la manipulación por parte de un usuario. / An electrical readout system of microarrays comprising an array of conductimetric transducers, which enabled multiplexed detection of up to 36 biological events on the same substrate, is reported in this thesis. Similarly to fluorescent readout counterparts, regular glass slides were applied for carrying out the microarray. However, unlike them, the presented system is compact and requires a simple and inexpensive instrumentation, thus being ideally suited for deployment of bioarray detection approaches. Other compact electrical readout systems previously reported are based on the immobilization of the specific bioreceptors on the transducer surface, which make them single-use and thus expensive. Our system combines the merits of both previous electrical systems and the fluorescence scanner approaches. An array of 40 μm-pitch gold interdigitated electrode pairs (IDEs) was fabricated on glass substrates. Conductimetric measurements were carried out with these transducers by applying urease-based (urease labeled) immunoassay reactions. The hydrolysis of urea catalyzed by urease produces ionic species in solution that increase its conductivity. In order to carry out such detection scheme, the bioarray was developed on a regular glass slide substrate, which was then placed over the IDE microarray leaving a fixed gap and aligned so that each spot of the bioarray faced one IDE. Therein, the droplets of urea solution were placed in the gap to contact the IDEs and the corresponding spots of the bioarray. However, in the development of the first approach, some major drawbacks related to droplet evaporation and chemical cross-talk between adjacent droplets made the system to be far from achieving the performance of fluorescent detection approaches. Moreover, a microdispenser was required to accurately position the droplets. In a second approach, we found the solution for circumventing these drawbacks and the demonstration of the potential of the system as a real competitor against fluorescence based systems in terms of analytical performance. An array structure of 36 PDMS microwells having a volume of 1.2 μL were fabricated by molding and positioned over the IDE array. The geometry of each microwell includes an O-ring like structure and an empty area around it, which enabled first, to easily fill it without using any specific instrumentation and second, to ensure its liquid tightness once the bioarray was positioned over it. This set-up was demonstrated to completely avoid the evaporation and chemical cross-talk issues. Finally, a third approach is presented, where the readout automatized by means of a microfluidic structure that includes the PDMS microwells together with those fluidic components that enabled the automatic filling with the measuring solution as well as the cleaning step of the system once a microarray was measured. Working in this way improves the throughput of the electrical readout system as well as enhanced its reliability by minimizing the manipulation by the user.

Computational approaches for modeling expressive music performance have produced systems that emulate human expression, but few steps have been taken in the domain of ensemble performance. Polyphonic expression and inter-dependence among voices are intrinsic features of ensemble performance and need to be incorporated at the very core of the models. For this reason, we proposed a novel methodology for building computational models of ensemble expressive performance by introducing inter-voice contextual attributes (extracted from ensemble scores) and building separate models of each individual performer in the ensemble. We focused our study on string quartets and recorded a corpus of performances both in ensemble and solo conditions employing multi-track recording and bowing motion acquisition techniques. From the acquired data we extracted bowed-instrument-specific expression parameters performed by each musician. As a preliminary step, we investigated over the difference between solo and ensemble from a statistical point of view and show that the introduced inter-voice contextual attributes and extracted expression are statistically sound. In a further step, we build models of expression by training machine-learning algorithms on the collected data. As a result, the introduced inter-voice contextual attributes improved the prediction of the expression parameters. Furthermore, results on attribute selection show that the models trained on ensemble recordings took more advantage of inter-voice contextual attributes than those trained on solo recordings. The obtained results show that the introduced methodology can have applications in the analysis of collaboration among musicians. / L’estudi de l’expressivitat musical ha produït models computacionals capaços d’emular l’expressivitat humana, però aquests models encara no es poden aplicar al cas dels conjunts musicals. Per estudiar l’expressivitat dels conjunts musicals, s’han de tenir en compte dues característiques principals: l’expressió polifònica i la interdependència entre veus. Per aquesta raó, proposem una nova metodologia que es basa en la introducció d’una sèrie d’atributs intervocals, que hem extret de la partitura, que es poden utilitzar per construir models d’expressivitat individuals per a cada un dels músics. Hem col•leccionat un conjunt de peces musicals a partir de l’enregistrament multipista i de la captura de moviments d’un quartet de cordes, en un corpus que recull peces concretes tocades tant en grup com individualment. D’aquestes dades, hem extret diversos paràmetres que descriuen l’expressivitat per a cada un dels músics d’un conjunt de corda. El primer pas ha estat estudiar, des d’un punt de vista estadístic, les diferències entre l’actuació d’una mateixa peça tant en solitari com en grup. Després, hem estudiat les relacions estadístiques entre els atributs intervocals i els paràmetres d’expressivitat. A continuació, hem construït models d’expressivitat a partir de la utilització d’algoritmes d’aprenentatge automàtic amb les dades col•leccionades. Com a resultat, els atributs intervocals que hem proposat han millorat la predicció del paràmetres d’expressivitat. Hem pogut demostrar com aquests models que han après d’actuacions en grup utilitzen més atributs intervocals que aquells que ho han fet d’actuacions en solitari. Aquests resultats mostren que la metodologia i models introduïts es poden aplicar en l’anàlisi de la col•laboració entre membres d’un conjunt musical. / El estudio de la expresividad musical ha producido modelos computacionales capaces de emular la expresividad humana, pero estos modelos todavía no se pueden aplicar al caso de los conjuntos musicales. Para estudiar la expresividad de los conjuntos musicales, se deben tener en cuenta dos características principales: la expresión polifónica y la interdependencia entre voces. Por esta razón, proponemos una nueva metodología que se basa en la introducción de una serie de atributos intervocales, que hemos extraído de la partitura, que se pueden utilizar para construir modelos de expresividad individuales para cada uno de los músicos. Hemos coleccionado un conjunto de piezas musicales a partir de la grabación multipista y de la captura de movimientos de un cuarteto de cuerdas, en un corpus que recoge piezas concretas tocadas tanto en grupo como individualmente. De estos datos, hemos extraído varios parámetros que describen la expresividad para cada uno de los músicos de un conjunto de cuerdas. El primer paso ha sido estudiar, desde un punto de vista estadístico, las diferencias entre la actuación de una misma pieza tanto en solitario como en grupo. Después, hemos estudiado las relaciones estadísticas entre los atributos intervocales y los parámetros de expresividad. A continuación, hemos construido modelos de expresividad a partir de la utilización de algoritmos de aprendizaje automático con los datos coleccionados. Como resultado, los atributos intervocales que hemos propuesto han mejorado la predicción de los parámetros de expresividad. Hemos podido demostrar cómo estos modelos que han aprendido de actuaciones en grupo utilizan más atributos intervocales que aquellos que lo han hecho de actuaciones en solitario. Estos resultados muestran que la metodología y modelos introducidos se pueden aplicar en el análisis de la colaboración entre miembros de un conjunto musical.

Material addicional: http://hdl.handle.net/10230/24647 / The automatic analysis of musical rhythm from audio, and more specifically tempo and beat tracking, is one of the fundamental open research problems in Music Information Retrieval (MIR) research. Automatic beat tracking is a valuable tool for the solution of other MIR problems, as it enables beat- synchronous analysis of different music tasks. Even though automatic rhythm description is a relatively mature research topic in MIR tempo estimation and beat tracking remain an unsolved problem. We describe a new method for the extraction of beat times with a confidence value from music audio, based on the measurement of mutual agreement between a committee of beat tracking systems. The method can also be used identify music samples that are challenging for beat tracking without the need for ground truth annotations. we also conduct an extensive comparative evaluation of 32 tempo estimation and 16 beat tracking systems. / El análisis automático musical del ritmo en audio, y más concretamente el tempo y la detección de beats (Beat tracking), es uno de los problemas fundamentales en recuperación de información de Musical (MIR). La detección automática de beat es una valiosa herramienta para la solución de otros problemas de MIR, ya que permite el análisis sincronizado de la música con los beats para otras tareas. Describimos un nuevo método para la extracción de beats en señales de audio que mide el grado de confianza de la estimación, basado en la medición del grado de similitud entre un comité de sistemas de detección de beats. Este método automático se puede utilizar también para identificar canciones que son difíciles para la detección de beats. También realizamos una extensa evaluación comparativa de los sistemas actuales de descripción automática ritmo. Para esto, Evaluamos 32 algoritmos de tempo y 16 sistemas de detección de beats.

Decision confidence offers a window on introspection and onto the evaluation mechanisms associated with decision-making. Nonetheless we do not have yet a thorough understanding of its neurophysiological and computational substrate. There are mainly two experimental paradigms to measure decision confidence in animals: post-decision wagering and uncertain option. In this thesis we explore and try to shed light on the computational mechanisms underlying confidence based decision-making in both experimental paradigms. We propose that a double-layer attractor neural network can account for neural recordings and behavior of rats in a post-decision wagering experiment. In this model a decision-making layer takes the perceptual decision and a separate confidence layer monitors the activity of the decision-making layer and makes a judgment about the confidence in the decision. Moreover we test the prediction of the model by analyizing neuronal data from monkeys performing a decision-making task. We show the existence of neurons in ventral Premotor cortex that encode decision confidence. We also found that both a continuous and discrete encoding of decision confidence are present in the primate brain. In particular we show that different neurons encode confidence through three different mechanisms: 1. Switch time coding, 2. rate coding and 3. binary coding. Furthermore we propose a multiple-choice attractor network model in order to account for uncertain option tasks. In this model the confidence emerges from the stochastic dynamics of decision neurons, thus making a separate monitoring network (like in the model of the post-decision wagering task) unnecessary. The model explains the behavioral and neural data recorded in monkeys lateral intraparietal area as a result of the multistable dynamics of the attractor network, whereby it is possible to make several testable predictions. The rich neurophysiological representation and computational mechanisms of decision confidence evidence the basis of different functional aspects of confidence in the making of a decision. / El estudio de la confianza en la decisión ofrece una perspectiva ventajosa sobre los procesos de introspección y sobre los procesos de evaluación de la toma de decisiones. No obstante todav'ia no tenemos un conocimiento exhaustivo del sustrato neurofisiológico y computacional de la confianza en la decisión. Existen principalmente dos paradigmas experimentales para medir la confianza en la decisión en los sujetos no humanos: apuesta post-decisional (post-decision wagering) y opción insegura (uncertain option). En esta tesis tratamos de aclarar los mecanísmos computacionales que subyacen a los procesos de toma de decisiones y juicios de confianza en ambos paradigmas experimentales. El modelo que proponemos para explicar los experimentos de apuesta post-decisional es una red neuronal de atractores de dos capas. En este modelo la primera capa se encarga de la toma de decisiones, mientras la segunda capa vigila la actividad de la primera capa y toma un juicio sobre la confianza en la decisión. Sucesivamente testeamos la predicción de este modelo analizando la actividad de neuronas registrada en el cerebro de dos monos, mientras estos desempeñaban una tarea de toma de decisiones. Con este análisis mostramos la existencia de neuronas en la corteza premotora ventral que codifican la confianza en la decisión. Nuestros resultados muestran también que en el cerebro de los primates existen tanto neuronas que codifican confianza como neuronas que la codifican de forma continua. Más en específico mostramos que existen tres mecanismos de codificación: 1. codificación por tiempo de cambio, 2. codificación por tasa de disparo, 3. codificación binaria. En relación a las tareas de opción insegura proponemos un modelo de red de atractores para opciones multiplas. En este modelo la confianza emerge de la dinámica estocástica de las neuronas de decisión, volviéndose así innecesaria la supervisión del proceso de toma de decisiones por parte de otra red (como en el modelo de la tarea de apuesta post-decisional). El modelo explica los datos de comportamiento de los monos y los registros de la actividad de neuronas del área lateral intraparietal como efectos de la dinámica multiestable de la red de atractores. Además el modelo produce interesantes y novedosas predicciones que se podrán testear en experimentos futuros. La compleja representación neurofisiológica y los distintos mecanísmos computacionales que emergen de este trabajo sugieren distintos aspectos funcionales de la confianza en la toma de decisiones.

Fluctuations in perceptual decisions emerge when our brain confronts with ambiguous sensory stimuli. For instance, our perception alternates between two conflicting images when presented dichoptically to our eyes, allowing a dissociation of the sensory stimulation from the conscious visual perception, and therefore providing a gateway to consciousness. How does the brain work when it deals with such ambiguous sensory stimuli? We addressed this question theoretically by employing a biophysically realistic attractor network, by consistently reducing it to a four- variable rate- based model, and by extracting analytical expressions for second- order statistics. We considered human behavioral and macaque neurophysiological data collected when subjects were confronting with such ambiguities. Our results show the relevance of neuronal adaptation in perceptual decision making, as well as that it contributes to the speed- accuracy trade- off. Furthermore, our findings affirm that both noise and neural adaptation operate in balance during the fluctuating states of visual awareness and suggest that while adaptation in inhibition is not relevant for the perceptual alternations, it contributes to the brain dynamics at rest. Finally, we explain the observed neuronal noise- decorrelation during visual consciousness and provide insights on the long- standing question: where in the brain rivalry is resolved. / Les fluctuacions en les decisions perceptives sorgeixen quan el nostre cervell s'enfronta a estímuls sensorials ambigus. Per exemple, la nostra percepció alterna entre dues imatges contradictòries quan es presenten de forma dicòptica als nostres ulls, cosa que permet una dissociació de l'estimulació sensorial de la percepció visual conscient, i per tant proporciona una porta d'entrada a la consciència. Com funciona el cervell quan es tracta d'aquest tipus d'estímuls sensorials ambigus? Hem tractat aquesta qüestió de forma teòrica mitjançant l'ús d'una xarxa d'atractors biofísicament realista, reduint-la de forma consistent a un model de quatre variables basat en la freqüència, i extraient expressions analítiques pels estadístics de segon ordre. Hem emprat dades neurofisiològiques de comportament d'humans i macacos recollides quan els subjectes s'enfrontaven a aquest tipus d'ambigüitats. Els nostres resultats mostren la importància de l'adaptació neuronal en la presa de decisions perceptives i mostren la seva contribució a l'equilibri velocitat-precisió. D'altra banda, els nostres resultats confirmen que tant el soroll com l'adaptació neural operen en equilibri durant els estats fluctuants de consciència visual i suggereixen que, si bé l'adaptació en la inhibició no és rellevant per a les alternances de percepció, contribueix a la dinàmica del cervell en repòs. Finalment, expliquem la decorrelació del soroll neuronal observada durant la consciència visual i proporcionem noves idees en relació a l’antiga qüestió de en quin lloc del cervell es resol la rivalitat visual.

Over the past few years the use of computer-supported games for learning purposes has reported many educational benefits in terms of students’ motivation and engagement towards learning. However, the comprehensive integration of Game-Based Learning (GBL) environments in formal learning settings is still a challenge that shapes several interdisciplinary research problems in the domain of GBL. A main problem is that for games to be relevant in formal education they need to be aligned with the curriculum and adapted to teachers’ requirements depending on their particular educational situations. An approach to face this problem is to formulate GBL technologies that enable teachers to design meaningful games for their scenarios. This thesis contributes to this approach in GBL. In particular, the thesis focuses on location-based learning games. These games are relevant to create contextualized learning activities in which physical objects and spaces are virtually augmented with interactive digital objects. The thesis’ standpoint is that for teachers to be involved in the definition of location-based games, their constituting design elements need to be of feasible customization by teachers while, at the same time, enable rich learning activities. From the premise that the structural design of location-based learning games is often inspired by board games, the thesis proposes a puzzle board metaphor and a template based on the metaphor as techniques for the design of location-based learning games. The thesis also contributes with a model for the computational representation of the games and a set of implementation guidelines. The design and implementation techniques are applied and evaluated in a set of case studies at different scales involving a total of 36 teachers and 253 students. / A lo largo de los últimos años, el uso de juegos computacionales para el aprendizaje ha aportado diversos beneficios educativos relacionados, principalmente, con la motivación y el interés de los estudiantes hacia el aprendizaje. Sin embargo, la adopción de entornos de aprendizaje basados en juegos (también conocidos como Game-Based Learning ó GBL en inglés) en contextos educativos formales todavía es un reto que conlleva varios problemas de investigación interdisciplinares dentro del dominio del GBL. Uno de los problemas principales es que para que los juegos sean relevantes en la educación formal, tienen que estar alineados con el curriculum y adaptados a los requisitos de los profesores dependiendo de sus situaciones educativas particulares. Una solución para afrontar este problema consiste en el desarrollo de tecnologías basadas en el GBL que permitan a los profesores diseñar juegos significativos para sus escenarios. Esta tesis contribuye a este enfoque en el GBL. En particular, esta tesis se centra en los juegos de aprendizaje ubicuos. Estos juegos son relevantes porque permiten crear actividades de aprendizaje contextualizadas en las que objetos y espacios físicos son virtualmente aumentados con objetos digitales interactivos. El punto de partida de esta tesis considera que, para que los profesores se involucren en el diseño de juegos de aprendizaje ubicuos, los elementos de diseño que componen este tipo de juegos tienen que poder ser personalizados por los profesores mientras que, al mismo tiempo, deben permitir la creación de actividades de aprendizaje enriquecidas. Considerando la premisa de que el diseño estructural de juegos de aprendizaje ubicuos a menudo está inspirado en “juegos de tablero”, esta tesis propone una metáfora de “tablero de puzzles” junto con un conjunto de plantillas basadas en dicha metáfora como técnicas para el diseño de juegos de aprendizaje ubicuos. Esta tesis, además, contribuye con un modelo para la representación computacional de estos juegos y una serie de guías de implementación. Tanto las técnicas de diseño como las de implementación se han utilizado y evaluado en un conjunto de estudios de caso a diferentes escalas en los que han participado un total de 35 profesores y 253 estudiantes. / Al llarg dels últims anys, l’ús de jocs computacionals per a l’aprenentatge ha aportat diversos beneficis educatius relacionats, principalment, amb la motivació i l’interès dels estudiants cap a l’aprenentatge. No obstant això, la adopció d'entorns d'aprenentatge basats en jocs (també coneguts com Game-Based Learning o GBL en anglès) en contextos educatius formals encara és un repte que comporta diversos problemes de recerca interdisciplinaris dins del domini del GBL. Un dels problemes principals és que perquè els jocs siguin rellevants en l'educació formal, han d'estar alineats amb el currículum i adaptats als requisits dels professors depenent de les seves situacions educatives particulars. Una solució per afrontar aquest problema consisteix en el desenvolupament de tecnologies basades en el GBL que permetin als professors dissenyar jocs significatius per als seus escenaris. Aquesta tesi contribueix a aquest enfocament en el GBL. En particular, aquesta tesi se centra en els jocs d’aprenentatge ubics. Aquests jocs són rellevants perquè permeten crear activitats d’aprenentatges contextualitzades en les quals objectes i espais físics són virtualment augmentats amb objectes digitals interactius. El punt de partida d’aquesta tesi considera que, perquè els professors s’involucrin en el disseny de jocs d’aprenentatge ubics, els elements de disseny que componen aquest tipus de jocs han de poder ser personalitzats pels professors mentre que, al mateix temps, permetre la creació d’activitats d’aprenentatge enriquides. Considerant la premissa que el disseny estructural de jocs d’aprenentatge ubics sovint està inspirat en “jocs de tauler”, aquesta tesi proposa una metàfora de “tauler de puzles” juntament amb un conjunt de plantilles basades en aquesta metàfora com a tècniques per al disseny de jocs d’aprenentatge ubics. Aquesta tesi, a més, contribueix amb un model per a la representació computacional d’aquests jocs i una sèrie de guies d’implementació. Tant les tècniques de disseny com les d’implementació s’han utilitzat i avaluat en un conjunt d’estudis de cas a diverses escales en els quals han participat un total de 35 professors i 253 estudiants.

En el ámbito de la Oleohidráulica, las bombas de pistón poseen los diseños más sofisticados, de hecho, las bombas de pistones son las únicos capaces de trabajar a altas presiones, además de poseer el mejor rendimiento de todo el grupo de bombas existentes. Sin embargo, cabe señalar que todos los diseños de las bombas de pistón, se basan principalmente en la experiencia de los diseñadores, por lo tanto no existen herramientas matemáticas para optimizar el diseño de las diferentes partes de las bombas. Por otra parte, en la actualidad hay empresas como Oilgear Towler, que inserta ranuras (surcos) en los patines deslizantes y en los pistones, (dos partes principales de estas bombas), pero no hay ningún estudio científico para analizar sus ventajas o desventajas. Por lo tanto, es necesario comprender matemáticamente las ventajas y desventajas debido a la presencia de ranuras en la superficie de diferentes partes de la bomba. Hay cuatro superficies de deslizamiento en las bombas de pistones, plato inclinado patín deslizante, barrilete y placa de cierre, pistón cilindro y junta esférica entre pistón y patín deslizante. Lubricación entre estas superficies es necesaria, apareciendo por tanto fugas de fluido a bombear entre las mismas. En este proyecto, nuestro objetivo es analizar cada una de estas diferentes superficies de deslizamiento por separado para comprender su diseño y el efecto de los parámetros de diseño en el comportamiento de la bomba. Una vez se tenga un buen entendimiento de las diferentes partes de la bomba de pistones, el objetivo es modelar el comportamiento dinámico de la presión y flujo en la salida de la bomba. En concreto se ha realizado: Conjunto plato inclinado, patín deslizante – Estudio de las características estáticas y dinámicas del patín deslizante, incluyendo la ranura tallada en el patín. Las ecuaciones de Navier Stokes en coordenadas cilíndricas se han aplicado entre el patín y el plato incluyendo la ranura. Los resultados presentados en este trabajo contemplan, distribución de la presión, las fugas de fluido, la fuerza y par sobre el patín, se ha estudiado la variación de dichos parámetros al modificar las dimensiones y posición de la ranura. El comportamiento dinámico del patín se ha tenido también en cuenta. Se estudia la posición de la ranura con el fin de optimizar el comportamiento del patín. Barrilete, placa de cierre.- Se analiza mediante la simulación de las ecuaciones de Reynolds de lubricación por FDM (método de diferencias finitas), la distribución de presiones, las fugas, la fuerza y los pares entre el barril y la placa de cierre. La fuerza total y los pares de torsión sobre el barril, se evalúan partiendo de la presión simulada, mostrando que los pares dinámicos que existen sobre el eje XX son mucho menores que los pares actuantes sobre el eje YY. . Pistón cilindro - Se ha investigado el comportamiento del pistón mediante la modificación del número de ranuras y su posición, la distribución de la presión en el intersticio pistón-cilindro, la fuerza sobre el pistón, las fugas y el par de torsión que actúa sobre el pistón se han analizado. También las zonas donde la cavitación es probable que aparezca se han presentado, se discute la forma de prevenir la aparición de cavitación a través del uso de ranuras. La ecuación de lubricación de Reynolds se ha modelizado en el intersticio pistón-cilindro mediante el uso de volúmenes finitos, la excentricidad y el movimiento relativo pistón-cilindro se han considerado. Diferentes configuraciones de ranuras han sido evaluadas con el fin de encontrar mínimas fugas, máximo par y mínima aparición de cavitación. Se especifican instrucciones de diseño para optimizar el comportamiento del pistón. Modelo dinámico de la bomba.- Se ha presentado un amplio conjunto de ecuaciones explícitas para cada parte con movimiento relativo de la bomba de pistones. Todas las ecuaciones se han validado mediante un análisis numérico y en su caso experimental. Las ecuaciones han sido combinadas para estudiar de forma dinámica las perturbaciones de presión y el caudal de fugas. El efecto de la pulsación de caudal cuando se modifica el diseño de la bomba también es presentado. En esta tesis, un modelo de simulación basado en ecuaciones analíticas se ha desarrollado, modelo que produce resultados muy rápidamente y aclara con mucha precisión el efecto de las fugas a través de los diferentes intersticios de la bomba. / In the field of Fluid Power, piston pumps possess the most sophisticated designs, in fact, pistons pumps are the only ones capable of working at high pressures, besides possessing the best performance (efficiency) of the entire group of existing pumps. However, it is noted that all the designs of piston pumps, are mostly based on the experience of the designers, thus there exist no mathematical tools for optimizing the design of the different parts of the pumps. On the other hand, there are now companies like Oilgear Towler, who inserted slots (grooves) in the slippers and in the pistons, (two major parts of these pumps) but there is no scientific study to analyze its advantages or disadvantages. There is therefore a need to understand mathematically to study the advantages and disadvantages due to the presence of the groove on the surface of different pump parts. There are four sliding surfaces in the piston pump, Slipper-swash plate gap, Barrel-valve plate gap, Piston-barrel chamber gap and Spherical bearing, where lubrication exists and leakages through these channels occur. In this project, our aim is to analyze each of these different sliding surfaces separately to understand its design constrains and the effect of the design parameters on the pump behavior. After having a better understanding of all the different parts of the piston pump, the aim is to model the dynamic behavior of pressure and flow at the outlet of the pump. Slipper plate gap - To understand static and dynamic characteristics of a piston pump slipper with a groove. Three dimensional Navier Stokes equations in cylindrical coordinates have been applied to the slipper/plate gap, including the groove. The results presented in this thesis include, pressure distribution, leakage, force and torque variations when groove dimensions and position are being modified, the effect of slipper tangential velocity and turning speed are also considered. Design instructions to optimize slipper/groove performance are also given. Barrel-valve plate gap - Present thesis, analyses the pressure distribution, leakage, force and torque between the barrel and the port plate of an axial piston pump by simulating Reynolds equations of lubrication by FDM (finite difference method). The overall mean force and torques over the barrel are evaluated from simulated pressure and it shows that the torque over the XX axis is much smaller than the torque over the YY axis. A detailed dynamic analysis is then studied by using the temporal torque calculated by Bergada. Piston-barrel chamber gap - It is being investigated the piston performance by modifying the number of grooves and their position, pressure distribution in the clearance piston-cylinder, leakage force and torque acting over the piston will be discussed, also the locations where cavitation is likely to appear will be presented, discussing how to prevent cavitation from appearing via using grooves. A finite volume based Reynolds equation model has been formulated for the piston-cylinder clearance which considers the piston eccentricity and the relative tangential movement between piston and barrel. Different configurations of the grooves have been evaluated in search of finding minimum leakage, minimum appearance of cavitation and maximum restoring torque. Design instructions to optimize the piston behavior are also given. Full pump Model - An extensive set of explicit equations for every pump gap will be presented. All of the equations will be checked via performing a numerical analysis of the specified pump clearance, the equations will then be combined to study dynamically pressure ripple and leakages. The effect on the flow ripple when modifying the pump design will also be presented. Therefore in present thesis, a simulation model based on analytical equations has been developed which produce very fast results and clarify very precisely the effect of different leakages happened through the pump clearances.

Una caracterización precisa y completa del tejido cardíaco es esencial para el diagnóstico y tratamiento de problemas cardíacos. Para caracterizar la función cardíaca desde diferentes perspectivas, en la práctica clínica, se adquieren grandes cantidades de datos de distinta naturaleza sobre un mismo paciente, proporcionando información útil para la evaluación del corazón. Aunque los distintos datos obtenidos de cada paciente se suelen analizar por separado para evaluar la función cardíaca desde diferentes perspectivas, la combinación efectiva de esta información heterogénea podría ser útil para tener una mejor visión de la anatomía y la función cardíaca. El objetivo principal de esta tesis es el desarrollo de métodos para integrar imágenes e información de distinta naturaleza para una caracterización del tejido cardíaco más completa y precisa. / An accurate and complete cardiac tissue characterization is essential to diagnose and treat heart problems. To characterize cardiac function from different perspectives, large amounts of data of different nature from the same patient are acquired in clinical practice, providing information that is useful for heart assessment. Although the different data obtained from each patient are often analyzed separately to assess cardiac function from different perspectives, the effective combination of this heterogeneous information may be useful for a better insight into heart anatomy and function. The main objective of this thesis is to develop methods to integrate images and information of different nature for a more complete and accurate cardiac tissue characterization.

Les plataformes d'intercanvi de recursos multimèdia contenen grans quantitats de contingut creat pels seus usuaris. Habitualment, aquest contingut no està ben anotat. En aquesta tesi, proposem mètodes per ajudar els usuaris a anotar el seu contingut d'una manera més completa i uniforme. Concretament, proposem mètodes per recomanar etiquetes - tags - basats en informació sobre anotacions prèvies. Avaluem aquesta tasca utilitzant diverses metodologies i en el context d'una plataforma d'intercanvi de sons. A part de testar el funcionament de diferents mètodes, també analitzem l'impacte d'un d'aquests mètodes en el sistema de tagging d'aquesta plataforma. A més a més, també explorem un nou enfocament per als sistemes de recomanació de tags que incorpora una ontologia amb infromació específica del camp del so. En general, aquesta tesi contribueix a l'avenç de l'estat de l'art dels sistemes de tagging i de recomanació de tags basats en folksonomies, i explora direccions interessants per continuar investigant. / Online sharing platforms host a vast amount of multimedia content generated by its own users. However, such content is typically not uniformly annotated. In this thesis, we propose methods for helping users to annotate their resources in a more comprehensive and uniform way. Specifically, we propose methods for tag recommendation which are based on information gathered from previous resource annotations. Tag recommendation is evaluated using several methodologies and in the context of a large-scale sound sharing platform. Besides studying the performance of several methods in this scenario, we analyse the impact of one of our proposed methods on that platform. In addition, we explore a new perspective for tag recommendation which employs a sound-specific ontology. Overall, this thesis contributes to the advancement of the state of the art in tagging systems and folksonomybased tag recommendation and explores interesting directions for future research.

The rapid adoption of Internet and web technologies has created an opportunity for making music collaboratively by sharing information online. However, current applications for online music making do not take advantage of the potential of shared information. The goal of this dissertation is to provide and evaluate algorithms and representations for interacting with large audio databases that facilitate music creation by online communities. This work has been developed in the context of Freesound, a large-scale, community-driven database of audio recordings shared under Creative Commons (CC) licenses. The diversity of sounds available through this kind of platform is unprecedented. At the same time, the unstructured nature of community-driven processes poses new challenges for indexing and retrieving information to support musical creativity. In this dissertation we propose and evaluate algorithms and representations for dealing with the main elements required by online music making applications based on large-scale audio databases: sound files, including time-varying and aggregate representations, taxonomies for retrieving sounds, music representations and community models. As a generic low-level representation for audio signals, we analyze the framework of cepstral coefficients, evaluating their performance with example classification tasks. We found that switching to more recent auditory filter such as gammatone filters improves, at large scales, on traditional representations based on the mel scale. We then consider common types of sounds for obtaining aggregated representations. We show that several time series analysis features computed from the cepstral coefficients complement traditional statistics for improved performance. For interacting with large databases of sounds, we propose a novel unsupervised algorithm that automatically generates taxonomical organizations based on the low-level signal representations. Based on user studies, we show that our approach can be used in place of traditional supervised classification approaches for providing a lexicon of acoustic categories suitable for creative applications. Next, a computational representation is described for music based on audio samples. We demonstrate through a user experiment that it facilitates collaborative creation and supports computational analysis using the lexicons generated by sound taxonomies. Finally, we deal with representation and analysis of user communities. We propose a method for measuring collective creativity in audio sharing. By analyzing the activity of the Freesound community over a period of more than 5 years, we show that the proposed creativity measures can be significantly related to social structure characterized by network analysis. / La ràpida adopció dInternet i de les tecnologies web ha creat una oportunitat per fer música col•laborativa mitjançant l'intercanvi d'informació en línia. No obstant això, les aplicacions actuals per fer música en línia no aprofiten el potencial de la informació compartida. L'objectiu d'aquesta tesi és proporcionar i avaluar algorismes i representacions per a interactuar amb grans bases de dades d'àudio que facilitin la creació de música per part de comunitats virtuals. Aquest treball ha estat desenvolupat en el context de Freesound, una base de dades d'enregistraments sonors compartits sota llicència Creative Commons (CC) a gran escala, impulsada per la comunitat d'usuaris. La diversitat de sons disponibles a través d'aquest tipus de plataforma no té precedents. Alhora, la naturalesa desestructurada dels processos impulsats per comunitats planteja nous reptes per a la indexació i recuperació d'informació que dona suport a la creativitat musical. En aquesta tesi proposem i avaluem algorismes i representacions per tractar amb els principals elements requerits per les aplicacions de creació musical en línia basades en bases de dades d'àudio a gran escala: els arxius de so, incloent representacions temporals i agregades, taxonomies per a cercar sons, representacions musicals i models de comunitat. Com a representació de baix nivell genèrica per a senyals d'àudio, s'analitza el marc dels coeficients cepstrum, avaluant el seu rendiment en tasques de classificació d'exemple. Hem trobat que el canvi a un filtre auditiu més recent com els filtres de gammatons millora, a gran escala, respecte de les representacions tradicionals basades en l'escala mel. Després considerem tres tipus comuns de sons per a l'obtenció de representacions agregades. Es demostra que diverses funcions d'anàlisi de sèries temporals calculades a partir dels coeficients cepstrum complementen les estadístiques tradicionals per a un millor rendiment. Per interactuar amb grans bases de dades de sons, es proposa un nou algorisme no supervisat que genera automàticament organitzacions taxonòmiques basades en les representacions de senyal de baix nivell. Em base a estudis amb usuaris, mostrem que el sistema proposat es pot utilitzar en lloc dels sistemes tradicionals de classificació supervisada per proporcionar un lèxic de categories acústiques adequades per a aplicacions creatives. A continuació, es descriu una representació computacional per a música creada a partir de mostres d'àudio. Demostrem a través d'un experiment amb usuaris que facilita la creació col•laborativa i dóna suport l'anàlisi computacional usant els lèxics generats per les taxonomies de so. Finalment, ens centrem en la representació i anàlisi de comunitats d'usuaris. Proposem un mètode per mesurar la creativitat col•lectiva en l'intercanvi d'àudio. Mitjançant l'anàlisi de l'activitat de la comunitat Freesound durant un període de més de 5 anys, es mostra que les mesures proposades de creativitat es poden relacionar significativament amb l'estructura social descrita mitjançant l'anàlisi de xarxes. / La rápida adopción de Internet y de las tecnologías web ha creado una oportunidad para hacer música colaborativa mediante el intercambio de información en línea. Sin embargo, las aplicaciones actuales para hacer música en línea no aprovechan el potencial de la información compartida. El objetivo de esta tesis es proporcionar y evaluar algoritmos y representaciones para interactuar con grandes bases de datos de audio que faciliten la creación de música por parte de comunidades virtuales. Este trabajo ha sido desarrollado en el contexto de Freesound, una base de datos de grabaciones sonoras compartidos bajo licencia Creative Commons (CC) a gran escala, impulsada por la comunidad de usuarios. La diversidad de sonidos disponibles a través de este tipo de plataforma no tiene precedentes. Al mismo tiempo, la naturaleza desestructurada de los procesos impulsados por comunidades plantea nuevos retos para la indexación y recuperación de información en apoyo de la creatividad musical. En esta tesis proponemos y evaluamos algoritmos y representaciones para tratar con los principales elementos requeridos por las aplicaciones de creación musical en línea basadas en bases de datos de audio a gran escala: archivos de sonido, incluyendo representaciones temporales y agregadas, taxonomías para buscar sonidos, representaciones musicales y modelos de comunidad. Como representación de bajo nivel genérica para señales de audio, se analiza el marco de los coeficientes cepstrum, evaluando su rendimiento en tareas de clasificación. Encontramos que el cambio a un filtro auditivo más reciente como los filtros de gammatonos mejora, a gran escala, respecto de las representaciones tradicionales basadas en la escala mel. Después consideramos tres tipos comunes de sonidos para la obtención de representaciones agregadas. Se demuestra que varias funciones de análisis de series temporales calculadas a partir de los coeficientes cepstrum complementan las estadísticas tradicionales para un mejor rendimiento. Para interactuar con grandes bases de datos de sonidos, se propone un nuevo algoritmo no supervisado que genera automáticamente organizaciones taxonómicas basadas en las representaciones de señal de bajo nivel. En base a estudios con usuarios, mostramos que nuestro enfoque se puede utilizar en lugar de los sistemas tradicionales de clasificación supervisada para proporcionar un léxico de categorías acústicas adecuadas para aplicaciones creativas. A continuación, se describe una representación computacional para música creada a partir de muestras de audio. Demostramos, a través de un experimento con usuarios, que facilita la creación colaborativa y posibilita el análisis computacional usando los léxicos generados por las taxonomías de sonido. Finalmente, nos centramos en la representación y análisis de comunidades de usuarios. Proponemos un método para medir la creatividad colectiva en el intercambio de audio. Mediante un análisis de la actividad de la comunidad Freesound durante un periodo de más de 5 años, se muestra que las medidas propuestas de creatividad se pueden relacionar significativamente con la estructura social descrita mediante análisis de redes.