L'objectiu general d'aquesta tesi doctoral és la realització un estudi sobre els sistemes de vegetació de les façanes d'edificis i del seu possible ús com a sistema passiu d'estalvi d'energia en edificació.En la primera part del treball, s'aborda de forma general l'estat de l'art de l'anomenada arquitectura vegetada, tant de cobertes com de façanes, fent incidència en els aspectes funcionals de la integració de vegetació en els edificis, és a dir, dels seus avantatges i desavantatges.Un cop acotada la temàtica objecte de la tesi, és a dir les façanes vegetades, es duu a terme un estudi més específic sobre aquests sistemes, contemplat des de tres vessants, des de l'àmbit dels sistemes constructius, des de l'àmbit de la recerca, i finalment des de l'àmbit normatiu. En aquest estudi s'evidencia la existència de un gran nombre de sistemes constructius diferents emprats per a la vegetació de façanes, i en conseqüència la dificultat en interpretar i comparar les dades referents als seus aspectes funcionals (avantatges i desavantatges). També es detecta que la recerca en aquest sector és incipient i que la normativa és quasi bé inexistent.En la segona part de la tesi, i amb la informació recopilada en la fase anterior, es proposa una classificació d'aquests sistemes verticals de vegetació d'edificis, a partir de la qual es puguin diferenciar clarament les tipologies de sistemes verticals de vegetació d'edificis. També és fa una primera valoració de cadascun d'aquests sistemes d'acord a diferents criteris de caire general, la qual permet fer-se una idea del que poden aportar uns i altres.D'aquesta anàlisi es pot considerar que són les façanes vegetades, i concretament les de doble pell o cortines vegetals les que ofereixen millors expectatives en quant a proveir superfícies vegetades verticals integrades a l'edificació, mitjançant sistemes constructius senzills i fàcilment desmuntables (si s'escau), de manteniment extensiu.Cal però tenir en compte que la funcionalitat d'aquestes façanes dependrà de les espècies que s'utilitzin, així com del tipus de clima en el que es fan anar. En aquest sentit, en la tesi es proposa, per a façanes vegetades de doble pell o cortines vegetades, una relació de les espècies més adequades per a clima mediterrani, tot diferenciant entre clima mediterrani continental i clima mediterrani litoral. En aquesta relació, les espècies s'han agrupat en funció de l'estratègia de desenvolupament de cadascuna d'elles i dels sistemes de subjecció o suport que els hi poden ser més escaients en cada cas. El resultat final són unes taules que amb la relació d'espècies que cal considerar en el moment del disseny i en funció de les necessitats, per a les condicions climàtiques especificades.Finalment, en aquesta segona part de la tesi, s'ha avançat en l'estudi del potencial de les façanes vegetades com a sistema passiu d'estalvi d'energia en edificació.En general, es pot afirmar que la utilització de vegetació, de forma ben dissenyada i gestionada, pot ser una eina útil de regulació tèrmica d'edificis amb el conseqüent estalvi energètic que comporta. Aquesta pot tenir lloc de quatre formes, sovint relacionades: Actua com aïllament tèrmic. L'efecte ombra. El refredament evaporatiu. La variació de l'efecte que produiria el vent sobre l'edificació. Per obtenir dades relatives a aquesta i d'altres qüestions sobre el funcionament de les façanes vegetades de doble pell o cortines vegetals, i concretament en clima mediterrani continental s'han plantejat i desenvolupar diverses accions.En un experiment implementat a Puigverd de Lleida l'objectiu principal ha estat l'estudi i comparació de la capacitat per produir ombra de diferents espècies d'enfiladisses en clima mediterrani continental. Amb aquest propòsit s'han dissenyat i construït uns enreixats, s'han plantat quatre tipus d'enfiladisses i s'han deixat créixer durant un any, moment en el que s'ha dut a terme mesures de la seva transmissivitat lumínica. Els valors obtinguts per a la transmissivitat lumínica per a les diferents espècies són comparables als valors del Factor d'Ombra que s'especifiquen emprant obstacles de façana en el Codi Tècnic de l'Edificació, per a façanes sud.Una altra acció ha consistit en dur a terme l'estudi i seguiment durant un any del comportament d'una façana vegetada de doble pell o cortina vegetal, mitjançant enreixats modulars i Glicina (Wisteria sinensis), a la població de Golmés. En aquest cas es pot verificar el gran potencial d'aquests sistemes en la intercepció de radiació (ombra), així com la creació d'unes condicions microclimàtiques diferents en l'espai intermedi entre la cortina vegetal i la paret de l'edifici, caracteritzades per una temperatura major i humitat relativa més baixa a l'hivern (període sense fulles), i menor temperatura i una humitat més alta a l'estiu (període amb fulles). Els resultats posen de manifest, a més de l'efecte d'ombra, que la cortina vegetal actua com a barrera contra el vent, i verifica l'efecte que produeix l'evapotranspiració de les plantes.També s'ha verificat l'efecte que produeix la façana vegetada en l'edifici per mitjà d'una anàlisi termogràfica tant a l'hivern com a l'estiu.Finalment, i mitjançant l'eina de simulació Bioclim+Confie, s'han elaborat diferents simulacions del funcionament de les façanes vegetades, en funció de la seva capacitat de produir ombra, tot fent anar uns coeficients mensuals de transparència tant aplicats en els buits de finestra com en la part opaca de les parets de façana. Aquestes simulacions aporten dades interessants en quant a la modificació dels guanys solars i les demandes d'energia de les edificacions quan es planteja com a estratègia la utilització de pantalles vegetades.En general, la tesi revisa l'estat actual dels sistemes verticals de vegetació de d'edificis, els ordena i classifica de cara a accions futures, i inicia línies de treball amb aquests sistemes en condicions locals de clima mediterrani i en referència al seu ús com a sistemes passius d'estalvi d'energia. / The overall objective of this PhD is conducting a study on vegetation systems in facades of buildings and their possible use as a passive system of energy savings in buildings.The first part of the work addresses, in a general way, the state of the art of vegetated architecture, both in roofs as in facades, with attention on functional aspects of the integration of vegetation in buildings, ie, their advantages and disadvantages.Once narrowed the subject of the thesis, the vegetated facades, a more specific study about these systems was carried out, viewed from three aspects, from the point of view of building systems, from the research, and finally from the normative domain. This study demonstrates the existence of a large number of different construction systems used for vegetation on facades, and hence the difficulty in interpreting and comparing the data on its functional aspects (advantages and disadvantages). It also detects that the research in this area is nascent and that the legislation is almost nonexistent.In the second part of the thesis, with the information collected in the previous phase, a classification of vertical vegetated systems of buildings in which they can clearly differentiate the types of these systems is proposed. An initial assessment of each of these systems according to various criteria of a general nature, which gives an idea of what they can bring, is also done.This analysis shows that there are green facades, specifically the double-skin or vegetable curtains, that offer better expectations to provide vertical vegetated surfaces integrated in the buildings, through simple construction systems, are easily removable (if it's necessary), and only need a extensive maintenance.Nevertheless, one should keep in mind that the functionality of these facades depends on the species used and the type of climate in which they are used. In this sense, in the thesis a list of the most suitable species for Mediterranean climate for double-skin green facades or green curtains is proposed, distinguishing between continental and Mediterranean climate Mediterranean climate coast. In this relationship, the species were grouped according to the development strategy of each species and fastening systems or support they may be more appropriate in each case. The end result is a table with the list of species that should be considered in the design time, depending on climatic conditions specified, and for each subject or support systems.Finally, in this second part of the thesis, the potential of vegetated facades as passive system of energy saving in buildings is also studied. In general, it can be said that the use of vegetation, well designed and managed, can be a useful tool for thermal regulation of buildings with the corresponding energy savings. This can occur in four ways, often related: The insulation effect. The shadow effect. The evaporative cooling. The variation of effect that the wind produced on the building.For information on these and other questions about the operation of double-skin green facades or green curtains, particularly in continental Mediterranean climate, several actions were initiated and developed.In an experiment implemented in Lleida Puigverd, the main objective was the study and comparison of the ability to produce shade of various species of climbers in continental Mediterranean climate. For this purpose some trellises were designed and built, and four types of climbing plants were planted and allowed to grow for a year. After a year measures of their light transmissivity were carried out. The values obtained for the light transmissivity for the different species are comparable to the values of Shadow Factor obstacles that are specified using obstacles in the Technical Building Code, for south facades.Another action was the study of the behaviour of a double-skin green facade or green curtain, made with modular trellis and Wisteria (Wisteria sinensis), in the village of Golmés, near Lleida, during one year. In this case the great potential of these systems in light interception (shadow) could be checked, but also the possibility to create different microclimatic conditions in the space between the curtain of vegetation and the building wall, characterized by a higher temperature and lower relative humidity in winter (leafless period) and lower temperature and higher humidity in summer (period with leaves). The absolute humidity remains slightly higher in the intermediate space in most months of the year, increasing the difference in the summer period. The results show, in addition to the shadow effect, that the curtain of vegetation acts as a barrier against the wind, and verifies the effect of evapotranspiration from plants. The effect of the vegetated facade on the building through a thermographic analysis, both winter and summer, was also verified. Finally, through the simulation tool Bioclim+Confie, different simulations of green facades were developed, based on their ability to produce shade, using monthly coefficients of transparency, applied in holes of the window and in the opaque area of the facade walls. These simulations provide interesting information regarding the modification of solar gains and the energy demands of buildings when the strategy is the use of green screens.In general, the thesis reviews the current state of the art of vertical vegetated systems of buildings, and classifies them for future actions. Besides, a research line in reference to their use as passive systems for energy savings in local conditions Mediterranean climate was started.

Wind power has emerged as one of the most promising renewable energy sources. The very penetration levels of wind energy in power systems have altered several aspects of power system operation, such as system stability. Owing to the large penetration of wind power, transmission system operators (TSOs) have established special grid codes for wind farms connection. These grid codes require wind farms to provide ancillary services to the grid such as frequency and voltage regulation. In the near future, the capability of damping power system oscillations will be required. As a result of the development of such requirements, the concept of wind power plant (WPP) arises being de ned as a wind farm which is expected to behave similarly to a conventional power plant in terms of power generation, control and ancillary services. As future grid codes will require power oscillation damping contribution from wind power, the thesis is mainly focused on the analysis of the power system stabilizer (PSS) capability of wind power plants. The change produced by wind power plants based on di erent wind turbine technologies on power system small signal dynamics is analysed to determine their possible contribution to damp oscillations. The eff ect of the distance from the tie line to the wind power plant on the controller response and the influence of wind power plants proximity to synchronous generators are demonstrated to be critical factors. At this point several questions are raised as: What are the most critical factors? How can be ensure a proper contribution, at least the best possible response? Can it be ensured to be independent to the power system and the controller selected? To answer these questions, this thesis conducts research on proper selection of input-output signal pairs to damp out electromechanical oscillations using wind power plants without drawing attention to a particular control design. This is necessary conclusions about the power system independently of a particular controller. The capability to damp is an intrinsic characteristic of the system and should not be a ected by a particular controller (PSS). Firstly, di erent analysis techniques are compared, considering both controllability and observability measures and input-output interactions. This enables recommendations to be drawn so as to the selection of the the best signal pairs to damp power system oscillations considering di erent approaches, such as single-input single-output (SISO) and multivariable control (MIMO). Second, a new criterion to select the best input-output signals used by a PSS based on WPPs is presented, considering explicitly local and remote signals in the analysis. Taking into account fundamental design limitations and using controllability and observability concepts, the criterion is able to identify the most suitable pair of input-output local signals without consider any particular controller. Finally, due to the increase of wind power generation - including o shore locations - and the concept of an interconnected Pan-European network, a new o shore wind power plant AC network similar in design to the European SuperGrid \SuperNode", is analyzed. The cost e ect of choosing a nonstandard operating frequency on the o shore AC network is investigated. As the o shore AC network is isolated from onshore networks through the use of HVDC links, it may be operated in an asynchronous fashion and at a suitable frequency. The cost associated with operating the network at a fixed frequency in the range 20 to 120 Hz is investigated, focusing on the frequency-cost-scalings of electrical devices (such as cables, transformers and reactive compensation) and the related o shore infrastructures, / L'energia e olica s'ha convertit en una de les fonts d'energia renovable m es prometedores. Actualment, l'elevat nivell de penetraci o de l'energia e olica a la xarxa el ectrica ha conduï t a la modi caci o del comportament de diversos aspectes d'aquesta, com per exemple, l'estabilitat. Degut a aquesta gran penetraci o, els operadors de xarxes de transmissi o (TSOs) han establert procediments d'operaci o especials per a la connexi o de grans parcs e olics. Aquests codis requereixen als parcs elics que realitzin serveis auxiliars al sistema el ectric com, per exemple, la regulaci o de freqü encia i la regulaci o de la pot encia reactiva. En un futur proper, la capacitat dels parcs e olics per esmorteir les oscil lacions del sistema de pot encia es requerir a (en l'actualitat ja existeixen esborranys de nous procediments d'operaci o que ho inclouen). A causa d'aquest requeriments, el concepte de central de generaci o d'energia e olica es de neix com un parc e olic que s'espera que es comporti de manera similar a una central de generaci o el ectrica convencional en termes de poder realitzar tasques tals com generaci o, control i serveis auxiliars. Ja que un futur requeriment dels operadors de xarxa ser a la contribuci o de l'energia e olica en l'esmorteiment de les oscil lacions de pot encia, en aquesta tesi s'estudia la capacitat de les centrals e oliques per actuar com estabilitzador dels sistemes el ectrics de pot encia. A m es a m es, s'analitza l'efecte de les centrals d'energia e olica al comportament din amic del sistema el ectric considerant l'estabilitat de petita senyal, per a determinar quina podr a ser la possible contribuci o proporcionada per aquestes tecnologies. S'ha estudiat que l'efecte de la dist ancia des d'el punt de connexi o amb la central d'energia e olica a la resposta del control estabilitzant i la influ encia de la proximitat de les centrals e oliques als generadors s ncrons s on factors cr tics. D'aquest fet surgeixen algunes preguntes com: Es aquest el factor m es cr tic? Com es pot assegurar una contribuci o adequada, si m es no la millor resposta possible, per ajudar a estabilitzar el sistema el ectric? Es poden asegurar quina ser a la contribuci o a l'estabilitat del sistema el ectric independentment de la xarxa i l'esquema de control escollit? Per respondre a aquestes preguntes, aquesta tesi ha realitzat investigacions sobre l'adequada selecci o de parells de senyals d'entrada-sortida per esmorteir les oscil lacions electromec aniques amb centrals e oliques evitant dissenyar el controlador i propossant met odes f acilment adaptables a qualsevol sistema el ectric. En primer lloc, s'han comparat diferents t ecniques d'an alisi tenint en compte tant les mesures de controlabilitat i observabilitat com les interaccions entre les senyals d'entrada i sortida. D'aquesta comparaci o, certes recomanacions es donen a l'hora de seleccionar els millors parells de senyals per esmorteir les oscil lacions del sistema el ectric de pot encia considerant diferents esquemes de control com ara entrada unica sortida unica (SISO) i control multivariable (MIMO). En segon lloc, s'ha proposat un nou criteri per seleccionar les senyals d'entrada i sortida utilitzades per un control estabilitzador per centrals d'energia e olica. On, a difer encia amb anteriors met odes de selecci o proposats, el criteri presentat considera expl citament tant senyals locals com senyals remotes dins el seu an alisi. Aquest criteri es capa c d'identi car la parella de senyals locals d'entrada i sortida m es adequada sense realitzar el disseny del controlador, considerant tant les limitacions fonamentals del disseny del controlador imposades per el sistema com els conceptes de controlabilitat i observabilitat. Finalment, a causa del augment de la generaci o d'energia e olica, principalment en localitzacions marines, i al concepte d'una xarxa el ectrica comuna Pan-Europea, s'ha realitzat l'an alisi d'un nou concepte de xarxa en corrent altern (AC) dins de les centrals d'energia e olica marina, amb un disseny similar al concepte investigat a la Super-Xarxa Europea \Supernode". En aquest treball s'ha investigat l'efecte que t e en els costos la tria una freqüencia nominal d'operaci o no est andard en dita xarxa en corrent altern. La xarxa en AC que es forma entre les turbines e oliques i el convertidor de transmissi o es aï llada tant de les xarxes terrestres per l' us d'enlla cos en corrent continu (HVDC) com de la pr opia de les turbines per el convertidor que porten incorporat. Aquest fet implica que aquesta xarxa pot ser operada sense sincronitzar a qualsevol freqüencia. En aquesta tesi, s'ha estudiat quin es el cost associat amb l'operaci o de la xarxa a una freqü encia fi xa dins del rang de 20-120 Hz, focalitzant principalment en l'escalat del costos dels diferents elements el ectrics (com ara cables, transformadors i compensaci o reatviva i infraestructures necessaris en instal lacions marines respecte la freqüencia.

L'energia eòlica ha incrementat la seva presència a molts països i s'espera que tingui encara un pes més gran en la generació elèctrica amb la implantació de la tecnologia eòlica marina. En aquest context el desenvolupament de models dels Sistemes de Generació per Turbina de Vent (SGTV) precisos és important pels operadors de xarxa per tal d'avaluar-ne el comportament. Els codis de xarxa ofereixen un seguit de normes per validar models amb dades obtingudes de proves de camp. A la primera part d'aquesta tesi un model de SGTV amb màquina d'inducció doblement alimentada (DFIG) és validat d'acord amb les normatives espanyola i alemanya. Avui dia molts parc eòlics utilitzen DFIG i, en conseqüència, les dades de camp disponibles son per aquesta tecnologia. Per a la indústria eòlica marina un avanç prometedor son els SGTV amb generadors síncrons d'imants permanents (PMSG). Per aquesta raó la segona part d'aquesta tesi es centra en SGTV basats en PMSG amb convertidor back-to-back de plena potència. Aquest convertidor es pot dividir en dues parts: el costat de xarxa (GSC) que interactua amb la xarxa elèctrica i el costat de màquina (MSC) que controla el generador. En general, el sistema de control del convertidor recau en els tradicionals controladors PI i, en ocasions, incorpora desacoblaments per reduir les influencies creuades entre les variables. Aquest controlador pot ser sintonitzat i implementat fàcilment donat que la seva estructura és simple, però, no presenta una resposta ideal donat que no aprofita tots els graus de llibertat disponibles en el sistema. És important desenvolupar controladors fiables que puguin oferir una resposta previsible del sistema i proveir robustesa i estabilitat. En especial per zones on la presència eòlica és gran i per parcs eòlics connectats a xarxes dèbils. En aquest treball es proposa un sistema de control pel convertidor basat en teoria de control H-infinit i en controladors Lineals amb Paràmetres Variants (LPV). La teoria de control òptim proveeix un marc de treball on més opcions es poden tenir en consideració a l'hora de dissenyar el controlador. En concret la teoria de control H-inifinit permet crear controladors multivariables per tal d'obtenir una òptima resposta del sistema, proveir certa robustesa i assegurar l'estabilitat. Amb aquesta tècnica durant la síntesi del controlador el pitjor cas de senyals de pertorbació és contemplat, d'aquesta manera el controlador resultant robustifica l'operació del sistema. Es proposa aquest control per al GSC posant especial èmfasi en obtenir un control de baixa complexitat que mantingui els beneficis d'aplicar la teoria de control òptim i faciliti la seva implementació en computadors industrials. Pel MSC es proposa una estratègia diferent basada en control LPV donat que el punt d'operació del generador canvia constantment. El sistema de control basat en LPV és capaç d'adaptar-se dinàmicament al punt d'operació del sistema, així s'obté en tot moment la resposta definida durant el procés de disseny. Amb aquesta tècnica l'estabilitat del sistema sobre tot el rang d'operació queda garantida i, a més, s'obté una resposta predictible i uniforme. El controlador està dissenyat per tenir una estructura simple, com a resultat s'obté un control que no és computacionalment exigent i es proveeix una solució que pot ser utilitzada amb equips industrials. S'utilitza una bancada de proves que inclou el PMSG i el convertidor back-to-back per tal d'avaluar experimentalment l'estratègia de control dissenyada al llarg d'aquest treball. L'enfoc orientat a la implementació dels controls proposats facilita el seu ús amb el processador de senyals digitals inclòs a la placa de control de la bancada. Els experiments realitzats verifiquen en un ambient realista els beneficis teòrics i els resultats de simulació obtinguts prèviament. Aquestes proves han ajudat a valorar el funcionament dels controls en un sistema discret i la seva tolerància al soroll de senyals i mesures / Wind energy has increased its presence in many countries and it is expected to have even a higher weight in the electrical generation share with the implantation of offshore wind farms. Consequently, the wind energy industry has to take greater responsibility towards the integration and stability of the power grid. In this sense, there are proposed in the present work control systems that aim to improve the response and robustness of the wind energy conversion systems without increasing their complexity in order to facilitate their applicability. In the grid-side converter it is proposed to implement an optimal controller with its design based on H-infinity control theory in order to ensure the stability, obtain an optimal response of the system and also provide robustness. In the machine-side converter the use of a Linear Parameter-Varying controller is selected, this choice provides a controller that dynamically adapts itself to the operating point of the system, in this way the response obtained is always the desired one, the one defined during the design process. Preliminary analysis of the controllers are performed using models validated with field test data obtained from operational wind turbines, the validation process followed the set of rules included in the official regulations of the electric sector or grid codes. In the last stage an experimental test bench has been developed in order to test and evaluate the proposed controllers and verify its correct performance.

En aquesta tesi doctoral s’ha dut a terme recerca en mètodes de fabricació d’estructures micromètriques i nanomètriques de SU-8. La recerca ha partit de la base d’una anàlisi dels treballs anteriors en estructuració de SU-8 i ha tingut com a principal objectiu el d’obtenir noves estructures per a aplicació en biotecnologia. Un dels resultats més importants de la recerca ha estat la proposta d’una tècnica híbrida que combina fotolitografia i litografia per pressió per obtenir superfícies de SU-8 amb estructura jerarquitzada. Les investigacions també han portat a proposar un mecanisme de sensat basat en la fotoluminescència del SU-8. Els experiments demostren que la fotoluminescència es redueix a cada pas de modificació de la química de superfície. Aquesta característica es produeix de forma repetible també quan s’adhereix un antigen (IgG) a una superfície de SU-8 modificada amb l’anticòs corresponent (aIgG). Gràcies a aquest efecte, s’ha proposat un inmunosensor basat en la reducció de fotoluminescència i se n’ha avaluat la seva sensibilitat. El resultat més rellevant demostra que estructures jeràrquicament organitzades mostren una reducció de fotoluminescència major i per tant una millor sensibilitat. / En esta tesis doctoral se ha llevado a cabo investigación sobre métodos de fabricación de estructuras micrométricas y nanométricas de SU-8. La investigación ha partido de la base de un análisis de los trabajos anteriores en estructuración de SU-8 y ha tenido como principal objetivo el de obtener nuevas estructuras para la aplicación en biotecnología. Uno de los resultados más relevantes de la investigación ha sido la propuesta de una técnica híbrida que combina fotolitografía con litografía por presión para obtener superficies de SU-8 con una estructura jerarquizada. Las investigaciones también han llevado a proponer un mecanismo de sentado basado en la fotoluminiscencia del SU-8. Los experimentos demuestran que la fotoluminiscencia se reduce a cada paso de modificación de la química de superficie. Esta característica se produce de forma repetible también cuando se adhiere un antigen (IgG) a una superficie de SU-8 modificada con el anticuerpo correspondiente (aIgG). Gracia a este efecto se ha propuesto un inmunosensor basado en la reducción de fotoluminiscencia i se ha evaluado su sensibilidad. El resultado más relevante demuestra que las estructuras jerárquicamente organizadas muestran una reducción de fotoluminiscencia mayor, y por tanto una mejor sensibilidad / n this Ph. D. Dissertation research on lithographic methods for the fabrication of micrometric and nanometric SU-8 structures has been carried out. The research has been based on a survey of existing techniques to structure the SU-8 with the main objective of obtaining novel structures for biotechnology applications. One of the main results of the research has been the proposal of an hybrid technique that combines photolithography and soft lithography to obtain hierarchically structured SU-8 surfaces. The investigations have also led to the proposal of a sensing mechanism based on the photoluminescence of SU-8. The experiments show that photoluminescence is reduced with every step of surface chemistry modification. This is a repeatable feature that is observed also upon attachment of an antigen (IgG) onto a SU-8 surface grafted with antibody (aIgG). Thanks to this effect, an immunosensor based on the reduction of photoluminescence has been proposed and its sensitivity has been evaluated. The results show that the hierarchically patterned structures offer a higher photoluminescence reduction and thus a better sensitivity.

Amb els materials utilitzats actualment en la fabricació de les cèl·lules termoelèctriques i amb les geometries utilitzades, no és possible millorar, en un rang determinat de temperatures, característiques tals com la figura de mèrit i el COP de estructures. La comunitat científica intenta augmentar el factor de mèrit buscant nous materials, els sistemes de baixa dimenssionalitat, els punts quàntics i super-xarxes. Tant sols uns pocs realitzen investigació dels fenòmens termoelèctrics sense utilitzar nous materials, buscant una major comprensió de los principis físics que regulen aquests fenòmens.Es possible contemplar, en la recerca de la millora dels mòduls termoelèctrics, las dos tendències a la vegada; és a dir, buscar una major comprensió de los principis físics i a la vegada assajar nous materials. Per aquesta raó, la tesi realitza tant l'estudi de la influencia de la geometria i de les propietats termoelèctriques de les thermo-couples sobre les propietats dels mòduls termoelèctrics, com el desenvolupament, la caracterització i testejat de varies cèl·lules basades en diferents materials caracteritzats en el grup de investigació.Concretament, en esta tesi, s'han caracteritzat nous mòduls termoelèctrics amb materials (Bi2Te3)1-x-y (Sb2Te3)x (Sb2Se3)y crescuts amb tècniques de cristal·lització de Bridgeman, i també altres mòduls amb thermo-couples de materials com són les Skutterudites basades en el Zn4Sb3 - CoSb3 amb creixement a base de nanotecnologia. En tots els desenvolupaments s'assagen noves geometries no estàndard i es caracteritza i compara el seu comportament en un rang de temperatures entre 300 i 650 ºK.La caracterització s'ha realitzat a partir de las característiques intrínseques relacionades amb les propietats termoelèctriques dels materials constituents de les thermo-couples i la seva geometria; tot determinant el comportament del mòdul funcionant tant com bomba de calor i refrigerador com generador en el rang de temperatures considerat.Veient que aquests aspectes relacionats tant amb la geometria del semiconductor com amb les seves propietats intrínseques i la seva interacció en un modelo inicialment unidimensional, són tractats a la literatura mitjançant formes bàsiques, s'ha considerat necessari profunditzar sobre aquestes influències. La qual cosa ha permès construir i caracteritzar mòduls no estàndard, amb pellets configurats amb diferents geometries i obtenint bones prestacions en el rang de temperatures considerat. També el comportament en freqüència és molt poc tractat en el modelat de les estructures termoelèctriques, i tanmateix hi ha aplicacions que requereixen un anàlisi en freqüència i a més aquestes aplicacions estan relacionades amb la miniaturització de la cèl·lula i la seva inèrcia en la resposta. Aquesta tesi, considerant aquest aspecte útil en l'objectiu de la caracterització, ha treballat el comportament en freqüència; aconseguint desenvolupar, caracteritzar i construir un sistema termoelèctric no estàndard per a una aplicació industrial i amb una inèrcia en la resposta que no compleix cap sistema comercial estàndard fins el moment. Per aconseguir l'objectiu de desenvolupar i caracteritzar estructures termoelèctriques amb pellets constituïts per nous materials i geometries no estàndard, la tesi (un cop examinat l'estat de l'art tant en l'aspecte del modelat com en l'estudi dels fenòmens termoelèctrics), segueix el següent seqüència:1) Estudi i anàlisis de la influència del model en la caracterització de les cèl·lules.2) Estudi i anàlisis de la influència tant de les propietats com de la geometria dels pellet i de la pròpia cèl·lula.3) Desenvolupament i caracterització de 5 cèl·lules termoelèctriques en el rang de 270 a 650ºK; una d'elles con un temps de inèrcia molt baix per a una aplicació industrial.4) Construcció i testejat de totes las plaques caracteritzades.5) Comparació del comportament i de les propietats de totes las cèl·lules i thermo-couples. / With the materials use at the present time to manufacture thermoelectric devices and withthe actual geometries, it is not possible to improve, in a determine temperature range,characteristics as the Figure of Merit or COP from their structures.The Scientific community is trying to improve the Figure of Merit, by searching for newmaterials, including systems of low dimensions as quantic points and super-nets. Only few peopleare working into thermoelectric phenomenon with out using new materials, searching for a betterunderstanding of the physical behaviors.It is possible to observe, in our search of improving the thermoelectric devices, bothtendencies at the same time; is to say, to search for a better understanding of the physicalphenomenon and test new materials as well.For this reason, this thesis is focus in the study of the geometry influence and thethermoelectric properties of the thermocouples regarding the module properties, as thedevelopment, characterization, and few devices test analysis base in different materials define inthe research group.Basically in this thesis, it has been characterize new thermoelectric modules with materials(Bi2Te3)1-x-y (Sb2Te3)x (Sb2Se3) and implemented with crystallization techniques from Bridgeman,and also some other modules with thermocouples with materials as Skutterudites base in Zn4Sb3 -CoSb3 , with nanotechnology process.In all developments we test new geometries non standard and also its characterization andcompare their behavior in a temperature range of 300 to 650 ºK.The characterization was done starting with the intrinsic characteristics related to thethermoelectric properties of the materials regarding the geometry and the thermocouples, anddetermining the behavior of the module as a heat pump and cooling device, in the temperaturerange selected for such purpose.Taking into account the related aspect, such as the semiconductor geometry as theirintrinsic properties and its interaction initially one-dimension, this are treated in the literature asbasic forms, it was necessary a deep research on all this influences. It has allowed to build up andto characterize non standard modules, with pellets configure with different geometries and obtaininggood results in the temperature range propose.Also the behavior in frequency has been little treated in the modeling of the thermoelectricstructures, however there are applications which needs a frequency analysis and are related tominiaturization of the thermoelectric device and its inertia in their response.This thesis, taking into account this useful aspect having as goal the characterization, hasbeen working this behavior in frequency, reaching a development, characterization and build up athermoelectric system non standard for an industrial application and with a good inertia in theresponse that does not meets any standard commercial system at this moment.To achieve the objective of developing and to characterize the thermoelectric structureswith pellets form by new materials and new geometries non standard, the thesis, once review thestate of art, from the view of the modeling as the thermoelectric phenomenon study, follows thedescribe sequence1) Study and analysis of the influence on the devices, from modeling and characterization.2) Study and analysis of the influence regarding the properties as the geometry of the pelletsfrom the thermoelectric device.3) Development and characterization of 5 thermoelectric devices in the range of 270 to 650K,one of them with a low time of inertia for an industrial application.4) Construction and testing of all characterize thermoelectric devices.5) Behavior comparison of all properties of TE devices and thermocouples / Con los materiales utilizados actualmente en la fabricación de las células termoeléctricas ycon las geometrías utilizadas, no es posible mejorar, en un rango determinado de temperaturas,características como la figura de mérito y el COP de estructuras. La comunidad científica intentaaumentar el factor de mérito por medio de la búsqueda de nuevos materiales, incluidos lossistemas de baja dimensionalidad como puntos cuánticos y superredes. Sólo unos pocos realizaninvestigación de los fenómenos termoeléctricos sin utilizar nuevos materiales, buscando una mejorcomprensión de los principios físicos que rigen estos fenómenos.Es posible contemplar, en la búsqueda de la mejora de los módulos termoeléctricos, lasdos tendencias a la vez; es decir, buscar una mejor comprensión de los principios físicos y a la vezensayar nuevos materiales. Por esta razón, esta tesis realiza tanto el estudio de la influencia de lageometría y de las propiedades termoeléctricas de las thermo-couples sobre las propiedades delos módulos termoeléctricos, como el desarrollo, la caracterización y testeado de varias célulasbasadas en diferentes materiales caracterizados en el grupo de investigación.Concretamente, en esta tesis, se han caracterizado nuevos módulos termoeléctricos conmateriales (Bi2Te3)1-x-y (Sb2Te3)x (Sb2Se3)y crecidos con técnicas de cristalización de Bridgeman, ytambién otros módulos con thermo-couples de materiales como son las Skutterudites basadas enel Zn4Sb3 - CoSb3 con crecimiento a base de nanotecnología. En todos los desarrollos se ensayannuevas geometrías no estándar y se caracteriza y compara su comportamiento en un rango detemperaturas entre 300 y 650 ºK.La caracterización se ha realizado a partir de las características intrínsecas relacionadascon las propiedades termoeléctricas de los materiales constituyentes de las thermo-couples y sugeometría; y determinando el comportamiento del módulo funcionando tanto como bomba de calory refrigerados como generador en el rango de temperaturas considerado.Notando que estos aspectos relacionados tanto con la geometría del semiconductor comocon sus propiedades intrínsecas y su interacción en un modelo inicialmente unidimensional, sontratados en la literatura mediante formas básicas, se ha considerado necesario profundizar sobreestas influencias. Ello ha permitido construir y caracterizar módulos no estándar, con pelletsconfigurados con diferentes geometrías y obteniendo buenas prestaciones en el rango detemperaturas considerado.También el comportamiento en frecuencia es muy poco tratado en el modelado de lasestructuras termoeléctricas, y sin embargo hay aplicaciones que requieren un análisis enfrecuencia y que están relacionadas con la miniaturización de la célula y en su inercia en larespuesta. Esta tesis, considerando este aspecto útil en el objetivo de caracterización, ha trabajadoeste comportamiento en frecuencia; consiguiendo desarrollar, caracterizar y construir un sistematermoeléctrico no estándar para una aplicación industrial y con una inercia en la respuesta que nocumple ningún sistema comercial estándar hasta el momento.Para conseguir el objetivo de desarrollar y caracterizar estructuras termoeléctricas conpellets constituidos por nuevos materiales y geometrías no estándar, la tesis (una vez examinadoel estado del arte tanto en el aspecto del modelado como en el estudio de los fenómenostermoeléctricos), sigue la siguiente secuencia:1) Estudio y análisis de la influencia del modelo en la caracterización de las células.2) Estudio y análisis de la influencia tanto de las propiedades como de la geometría delos pellet y de la propia célula.3) Desarrollo y caracterización de 5 células termoeléctricas en el rango de 270 a 650K;una de ellas con un tiempo de inercia muy bajo para una aplicación industrial.4) Construcción y testeado de todas las placas caracterizadas.5) Comparación del comportamiento y de las propiedades de todas las células y thermocouples.

In the late 90s, Paul C. Kocher introduced the concept of differential attack focused on the power consumption of a cryptographic device. In this type of analysis the plain text sent to the device is known, and all possible hypotheses of a subset of the key, related to a specific point of the cryptographic algorithm, are tested. If the key value at that point depends only on 1 byte, it is possible to predict the input current based on a theoretical model of power consumption. Thus, using statistic procedures, it is easy to compare the consumption measured during the processing of each plain text and the intermediate values related to all the hypothesis of the key.The one with the highest level of similarity will correspond to the actual key. So far the countermeasures proposed to prevent the success of the attack can be classified into two groups: Masking and Hiding. Masking tries to decouple the processed data and the power consumption by adding a random mask which is unknown by the attacker. Therefore, it is impossible to make a hypothesis that allows the theoretical and the real power consumption of the device to be related. Although is a valid method, the key could be revealed by performing a second-order attack that analyzes several points of the current trace. Hiding aims at making constant the consumption of a device in each clock cycle and independent of the processed data. In order to achieve this objective, the data is processed in double line, in such a way that the datum and its complementary are processed together, so that the same number of transitions always occur on every clock cycle. The weakness of such a method lies on the impossibility of building identical CMOS cells, which causes a minimum difference of consumption between the two lines that can be used successfully to discover the key. This thesis proposes a countermeasure based on a differentiated protection strategy with respect to the proposals made in other specific studies. It is intended to modify the algorithm in order to force a very high correlation with a different hypothesis to the one of the true key (Faking). Thus, the actual key is hidden behind the strong correlation, which is impossible to differentiate from the rest of false assumptions and remains protected. To verify its performance a trial bank has been designed to launch consumption analysis attacks. We have implemented the algorithm AES due to its simplicity and strength. Two types of attacks have been carried out. In the first one, the analysis was performed using both the correlation and the mean difference analysis without including any countermeasure. In the second attack, the proposed countermeasure has been added and the attack was repeated to check its effectiveness. We have evaluated three different situations. First of all, the algorithm and the countermeasure are solved by software on a 32-bit processor. Secondly, the algorithm is executed in software and the implementation of the countermeasure has been performed with a specific hardware coprocessor. Finally, a full hardware implementation including both the algorithm and the countermeasure has been chosen.All of them have been implemented on a Virtex 5 FPGA Xilinx. Several conclusions are obtained from the comparison between each of the AES implementations without countermeasures and their respective solution with the added countermeasure. The obtained results are also compared to other which use "masking" and "hiding" techniques. The results demonstrate that the proposal is valid. In all three cases, the protected system behaves like the unprotected system but returning the false key after the attacks. It should be noted that the amount of resources needed to carry out the "Faking" is less than the "Masking" or "Hiding" and the time needed to process the plain text is not particularly affected. / A finales de los 90 Paul C.Kocher introdujo por primera vez el concepto de ataque diferencial sobre el consumo de corriente de un dispositivo criptográfico. En este tipo de análisis, se conoce el texto plano que se envía al dispositivo y se plantean todas las posibles hipótesis de la clave para un punto concreto del algoritmo. Si el valor en ese punto del algoritmo depende únicamente de 1 byte de la clave, es posible calcular todos los valores que se producirán. Llegado a este punto, se compara, por métodos estadísticos, el consumo medido durante el procesado de cada texto plano y los valores intermedios relacionados con todas las hipótesis de la clave. Aquella que mayor nivel de similitud tenga corresponderá con la clave real. Las contramedidas propuestas hasta la fecha, para evitar el éxito del ata-que, pueden separarse en dos grupos: enmascaramiento (Masking) y ocultación (Hiding). El enmascaramiento trata de desvincular el dato procesado del consumo eléctrico mediante la adición de una máscara aleatoria y desconocida por el atacante. En consecuencia, resulta imposible realizar una hipótesis que permita relacionar los consumos teórico y real del dispositivo. Si bien este es un método inicialmente válido, puede descubrirse la clave realizando un ataque de segundo orden que analiza varios puntos del consumo. La ocultación persigue que el consumo de un dispositivo sea el mismo en cada ciclo de reloj e independiente del dato procesado. Para ello, se procesa el dato en doble línea, por un lado el dato propiamente dicho y por el otro su complementario, de forma que siempre se produzcan la misma cantidad de transiciones en cada ciclo de reloj. La debilidad de este método radica en la práctica imposibilidad de construir celdas CMOS idénticas, esto provoca que siempre exista una diferencia de consumo entre las dos líneas y pueda usarse con éxito para descubrir la clave. En esta tesis se propone una contramedida basada en una estrategia de protección claramente diferenciada con respecto a las propuestas realizadas en la bibliografía específica. Se pretende modificar el algoritmo con el objetivo de forzar una correlación muy alta en una hipótesis diferente a la de la clave (Faking). De este modo, la clave real se oculta tras la fuerte correlación aparecida, resulta imposible diferenciarla del resto de hipótesis falsas y queda protegida. Para verificar su funcionamiento se ha montado un banco de pruebas para realizar ataques por análisis de consumo. Se ha implementado el algoritmo AES debido a su simplicidad y robustez. Se han realizado dos tipos de ataques: en el primero se han practicado análisis de correlación y diferencia de medias sin contramedida alguna; en el segundo, se ha añadido la contramedida y se han repetido los ataques para comprobar su eficacia. Se han evaluado 3 escenarios diferentes, primeramente el algoritmo y la contramedida se resuelven mediante software en un procesador de 32 bits. En segundo lugar, el algoritmo se resuelve mediante software y la implementación de la contramedida se ha realizado en un coprocesador hardware específico. Fi-nalmente, se ha elegido una implementación totalmente hardware para resolver tanto el algoritmo como la contramedida. Todos ellos se han implementado sobre una FPGA Virtex5 de Xilinx. Las conclusiones se obtienen de la comparación entre cada una de las im-plementaciones del AES sin contramedidas y su respectiva solución con la con-tramedida añadida. También se comparan los resultados obtenidos con otros que utilizan las técnicas "Masking" y "Hiding" Los resultados demuestran que la propuesta es válida. En los tres casos, el sistema protegido se comporta igual que el sistema sin proteger, pero retornando la clave falsa ante los ataques realizados. Se ha de destacar que, la cantidad de recursos necesarios para llevar a cabo el "Faking" es menor que con el "Masking" o el "Hiding" y el tiempo necesario para procesar el texto plano no se ve particularmente afectado por su inclusión.

The Earth is continuously monitored by sensors capable of providing diversified information about several phenomena. In particular Synthetic Aperture Radar (SAR) is able to observe the Earth in all-day and all-weather conditions. Differential SAR Interferometry (DInSAR) regards a set of techniques able to measure displacement of the terrain. In the last decades these techniques have become very powerful geodetic tools for land deformation monitoring and have gained a prominent role in several fields, ranging from geophysical to engineering, from commercial to civil protection purposes. Measurements of direction and magnitude of landslides phenomena, monitoring of subsidence movements due to natural events or human activity are some examples of DInSAR applications. These techniques allow not only the analysis of a single deformation episode but also to estimate, with millimetric precision, the temporal evolution of large-scale deformations phenomena occurring on the Earth surface. This research covers transversally several aspects within the DInSAR applications and particularly is focused on analyzing step by step the DInSAR algorithm of the Coherent Pixel Technic (CPT) developed by the Universitat Politècnica de Catalunya (UPC) highlighting the conditions for a correct estimation of the solution. The achieved precision can be really high but anyway it is important to understand all the limitations that can change from one data-set to another. Particular attention has been paid on analyzing the different deteriorating factors that can affect the estimation, such as the quality of the data, the atmospheric artifacts or the spatial and temporal sampling of the phenomenon. In this regard, a theoretical study on the propagation of the interferometric phase noise has been carried out and validated through simulations. For reducing the impact of the interferometric phase noise normally only pixels with a certain quality can be processed. These pixels can be selected through different methods described in detail in the literature. On the one hand, each selection technique is able to detect a specific kind of target at a determined resolution. On the other hand, there is an obvious compromise between the quality and the pixels¿ density over the scene. Indeed, working with high densities could increase the reliability and the accuracy of the final result as long as poor quality pixels are not included in the processing. In this regard, in this Thesis a combination of the different kinds of targets has been studied with the objective of a joint processing at different resolutions. Finally the constant growth of the spaceborne, airborne and ground-based SAR sensors in terms of technology and number of available devices could be the beginning for exploiting at the same time different data-set in a joint processing. The integration of data coming from different sensors with different orbits, different resolution, different carrier frequencies and incidence angles can help in covering in a better way a complex displacement scenario and can provide more complete information. / La Tierra está continuamente monitorizada por una gran variedad de sensores e instrumentos capaces de extraer información muy diversa de distintos fenómenos geofísicos. En este contexto, los Radares de Apertura Sintética (SAR) orbitales, terrestres o aerotransportados, están protagonizando un interés creciente, ya que permiten monitorizar escenarios de naturaleza muy diversa con independencia de las condiciones meteorológicas, operando tanto de día como de noche. Entre las diferentes aplicaciones que permiten explotar imágenes SAR, la Interferometría Diferencial SAR (DInSAR) ha adquirido una gran relevancia, permitiendo la monitorización de desplazamientos complejos de forma remota y con una elevada precisión. De hecho, en las últimas décadas, esta técnica se ha convertido en una herramienta geodésica de gran utilidad para el control del desplazamiento de superficies, adquiriendo un papel muy destacado en una gran variedad de áreas de investigación y comerciales: mediciones de dirección y magnitud en deslizamientos, control de fenómenos de subsidencia debido a eventos naturales o actividades humanas, etc. Las técnicas DInSAR no sólo permiten medir un episodio de deformación aislado sino también estimar, con precisiones milimétricas, la evolución temporal de desplazamientos de gran escala. En la presente Tesis doctoral se investigan de forma transversal varios aspectos en el marco de aplicaciones DInSAR y, en particular y de una forma más exhaustiva, el algoritmo Coherent Pixel Technique (CPT) desarrollado por la Universidad Politécnica de Cataluña (UPC), remarcando las condiciones de contorno necesarias para la correcta estimación de las soluciones. A pesar de que la precisión en los resultados obtenidos puede ser elevada, es de extremada importancia analizar en profundidad las limitaciones existentes para los distintos escenarios posibles. En este contexto, se ha prestado una especial atención al análisis de los diferentes factores de error que pueden afectar a la estimación, tales como la calidad de los datos, los artefactos atmosféricos o el muestreo espacial y temporal del fenómeno bajo observación. Con este propósito, se ha desarrollado un estudio teórico detallado relacionado con la propagación del ruido de fase interferométrica a lo largo de la cadena de procesado DInSAR, que a su vez ha sido validado mediante datos simulados. Con el objetivo de reducir el impacto del ruido de fase interferométrica, únicamente aquellos píxeles del escenario que cumplen con unos ciertos parámetros de calidad de fase deben ser incluidos en el procesado. Estos píxeles pueden ser seleccionados previamente a través de diferentes metodologías que se describen en detalle en la literatura. Por un lado, ha de tenerse en cuenta que cada una de estas técnicas es adecuada para un determinado tipo de blanco y resolución. Por otro lado, ha de remarcarse que existe un compromiso claro entre calidad y densidad. Efectivamente, trabajar con densidades elevadas favorece la fiabilidad del procesado y la utilidad de los resultados finales, siempre y cuando no sea a expensas de incluir píxeles de mala calidad. Con este propósito, en este trabajo de Tesis doctoral se propone la combinación de los distintos tipos de blanco a distintas resoluciones, obtenidos con los distintos métodos de selección disponibles, para la realización de un procesado conjunto. Finalmente, el crecimiento de sensores SAR aerotransportados y terrestres, en términos de tecnología y número de dispositivos disponibles, podría ser el comienzo para la explotación conjunta de datos desde múltiples plataformas. En este contexto, se muestra como la integración de los datos procedentes de diferentes sensores con distintas órbitas, resolución, frecuencia y ángulo de incidencia favorecen la obtención de mayores coberturas y mejoran el proceso de estimación de desplazamiento, dando lugar a una información más completa y detallada.

The primary purpose of this thesis is the design, development and validation of a system capable of measuring magnetic field with low-noise conditions at sub-millihertz frequencies. Such instrument is conceived as a part of a space mission concept for a gravitational-wave observatory called eLISA (evolved Laser Interferometer Space Antenna). In addition, the work of this thesis is also well-suited for use in magnetically sensitive fundamental physics experiments requiring long integration time, such as high-precision measurement of the weak equivalence principle using space atom interferometry. To this end, the baseline design of the instrument is also foreseen to monitor the environmental magnetic field in a proposed mission concept involving space atom-interferometric measurements, known as STE-QUEST (Space-Time Explorer and Quantum Equivalence Principle Space Test). / El principal objetivo de esta tesis es el diseño, desarrollo y validación de un sistema capaz de medir campos magnéticos de bajo ruido a muy baja frecuencia (0.1\,mHz). Este instrumento es concebido como parte de una propuesta de misión espacial para un observatorio de ondas gravitacionales llamado eLISA (evolved Laser Interferometer Space Antenna). Además, el estudio de esta tesis es también de utilidad para experimentos de física fundamental especialmente sensibles a los campos magnéticos. En particular, aquellos que requieren tiempos de integración largos, como por ejemplo medidas de alta precisión del principio de equivalencia usando interferometría atómica en el espacio. En este contexto, está previsto que el sistema de medidas desarrollado en esta tesis forme también parte del la misión espacial STE-QUEST (Space-Time Explorer and Quantum Equivalence Principle Space Test). Diferentes tecnologías de sensores magnéticos (fluxgate, magnetoresitencias anisotrópicas, y magnetómetros atómicos) junto con técnicas apropiadas de reducción de ruido electrónico han sido estudiadas con el fin de evaluar si pueden ser usadas en misiones espaciales con exigentes requerimientos a baja frecuencia. Por otro lado, estas misiones requieren del control minucioso del ambiente magnético generado en el satélite. Esto es debido a que el instrumento principal puede operar correctamente y alcanzar su máximo rendimiento sólo si el entorno magnético se encuentra bajo unas determinadas condiciones. Por lo tanto, este trabajo también implica la investigación de las propiedades magnéticas del magnetómetro y su posible impacto sobre el experimento científico. Finalmente, otro problema potencial es la exactitud con la que el campo magnético puede ser estimado desde la posición del sensor hasta la región de interés donde se desea interpolar la medida. La elección de un método robusto para una determinada configuración de sensores es también parte de este trabajo. Aunque otros tópicos son cubiertos, los objetivos aquí mencionados son los principales temas cubiertos en esta tesis.

Thesis has been developed in the framework of, and according to, the rules of the Erasmus Mundus Joint Doctorate on Interactive and Cognitive Environments EMJD ICE [FPA n° 2010-0012] / Parkinson's disease (PD) is a neurodegenerative disease that predominantly alters patients' motor performance and compromises the speed, the automaticity and fluidity of natural movements. After some years, patients fluctuate between periods in which they can move almost normally for some hours (ON state) and periods with motor disorders (OFF state). Reduced step length and inability of step are important symptoms associated with PD. Monitoring patients¿ step length helps to infer patients¿ motor state fluctuations during daily life and, therefore, enables neurologists to track the evolution of the disease and improve medication regimen. In this sense, MEMS accelerometers can be used to detect steps and to estimate the step length outside the laboratory setting during unconstrained daily life activities. This thesis presents the original contributions of the author in the field of human movement analysis based on MEMS accelerometers, specifically on step detection and step length estimation of patients with Parkinson's disease. In this thesis, a user-friendly position, the lateral side of the waist, is selected to locate a triaxial accelerometer. The position was selected to enhance comfortability and acceptability. Assuming this position, first, a new method for step detection has been developed for the signals captured by the accelerometer from this location. The method is validated on healthy persons and patients with Parkinson's disease while compared to current state-of-the-art methods, performing better than the existing ones. Second, current methods of selected step length estimators that were originally developed for the signals from lower back close to L4-L5 region are modified in order to be adapted to the new sensor positions. Results obtained from 25 PD patients are discussed and the effects of calibrating in each motor state are compared. A generic correction factor is also proposed and compared with the best method to use instead of individual calibration. Despite variable gait speed and different motor state, the new step detection method achieved overall accuracy of 96.76% in detecting steps. Comparing the original and adapted methods, adapted methods performs better than the original ones. The best one is with multiplying individual correction factors that consider left and right step length separately providing average error of 0.033 m. Finally, an adapted inverted pendulum (IP) model based step length estimators is proposed using the signals from left lateral side of waist. The model considers vertical displacement of waist as an inverted pendulum during right step.For left step, the displacement during single support and double support phase is considered as an inverted pendulum and a standard pendulum respectively.Results obtained from 25 PD patients are discussed.Validity and reliability of the new model is compared with three existing estimators. Experimental results show that ICE-CETpD estimates step length with higher accuracy than the three best contenders taken from the literature.The mean errors of this method during OFF state and ON states are 0.021m and 0.029m respectively.The standard deviation and RMSE shown as (SD) RMSE are (0.02)0.029m during OFF state and (0.027)0.038m during ON state. The intra-class correlations of proposed estimator with reference step length are above 0.9 during both motor states.The calibration of model parameters in each motor state is tested and found that the training sessions done with patients in ON state provide more accurate results than in OFF state. Given that training is in ON state, the advantage of this approach is that patients would not need to attend without medication in order to train the method. / La enfermedad de Parkinson (EP) es una enfermedad neurodegenerativa que altera, de forma predominante, la capacidad motora de los pacientes y, además, afecta la velocidad, la automaticidad y la fluidez de los movimientos naturales. Tras varios años, los pacientes fluctúan entre unos periodos en los cuales pueden moverse de forma casi normal durante varias horas (periodos o estados ON) y periodos donde los desórdenes del movimiento aparecen (periodos o estados OFF). Entre otros síntomas, los pacientes con la EP sufren una reducción de la longitud del paso y una inhabilitación de la marcha. Monitorizar la longitud del paso contribuye a inferir el estado motor de los pacientes, a conocer las fluctuaciones durante su vida diaria y, en consecuencia, permitiría a los neurólogos realizar un seguimiento de la evolución de la enfermedad y mejorar la pauta terapéutica. En este sentido, los acelerómetros MEMS pueden ser usados para detectar pasos y estimar la longitud del paso más allá de las instalaciones de los laboratorios, es decir, en entornos no controlados. Esta tesis presenta las contribuciones originales del autor en el campo del análisis del movimiento humano basado en acelerómetros MEMS, específicamente en la detección de pasos y la estimación de la longitud del paso en pacientes con la EP. En esta tesis, se ha seleccionado una posición amigable en la cual localizar un acelerómetro MEMS triaxial. La posición, que consiste en el lateral de la cintura cerca de la cresta ilíaca, fue seleccionada para mejorar la comodidad y la aceptabilidad desde el punto de vista del paciente. Asumiendo esta posición, en primer lugar, se presenta un análisis de los distintos métodos existentes en la literatura para la detección de pasos y, además, se presenta una nueva técnica de detección. Los métodos se han testado en usuarios sanos y en pacientes con Parkinson, mostrando que el nuevo método obtiene un porcentaje de acierto en la detección más alto que el resto de métodos. En segundo lugar, se han seleccionado aquellos métodos de estimación de la longitud de paso que fueron desarrollados mediante un sensor situado en el centro de la espalda, cerca de las vértebras L4-L5. Estos métodos fueron modificados con el fin de ser adaptados a la nueva posición del sensor y validados en señales obtenidas de 25 pacientes con EP. Además, se propone un factor de corrección genérico, el cual se compara con el mejor de los métodos obtenidos, para ser usado en lugar de una calibración individual. A pesar de la variabilidad en la velocidad de la marcha debida a las fluctuaciones motoras, el nuevo método alcanza un 96,76% de precisión en la detección de pasos y, respecto la estimación de la longitud del paso, los métodos modificados obtienen mayor precisión que los originales. El mejor de los métodos obtenidos consiste en el uso de un factor de corrección multiplicador que considera los pasos de cada lado por separado, proporcionando un error medio de 0,03 m. Finalmente, se presenta un nuevo modelo de la marcha representada como un péndulo invertido modificado que se emplea para analizar las señales de acelerometría obtenidas desde el lateral izquierdo de la cintura. De forma más concreta, este modelo considera el desplazamiento vertical de la cadera como un péndulo invertido durante el paso derecho (lado contrario del sensor). Para el paso izquierdo, el desplazamiento durante la fase single support y double support se model iza como un péndulo invertido y un péndulo simple, respectivamente. Los resultados obtenidos en 25 pacientes con EP son presentados y discutidos. La validez y fiabilidad del nuevo modelo son comparados con tres modelos distintos. Los resultados experimentales obtenidos muestran que el nuevo modelo, llamado ICE-CETpD, estima la longitud del paso con una precisión mayor que el resto de métodos seleccionados de la literatura. El error promedio de este método durante el estado OFF y ON es de 0,021 m. y 0,029 m., respectivamente, con una correlación intraclase superior a 0.9 en ambos estados motores. La calibración de los parámetros del modelo en cada estado motor ha sido evaluada, concluyendo que una calibración en ON proporciona más precisión en los resultados. En consecuencia, la ventaja de la aproximación propuesta residiría en no requerir señales en OFF de los pacientes con EP, por lo cual no sería necesario que los pacientes prescindieran de tomas de medicación. / La malaltia de Parkinson (MP) és una malaltia neurodegenerativa que altera de forma predominant la capacitat motora dels pacients i, a més, afecta la velocitat, l’automatització i la fluïdesa dels moviments naturals. Després de diversos anys, els pacients fluctuen entre uns períodes en els quals poden moure’s de forma quasi normal i que duren vàries hores (períodes o estats ON) i períodes on els desordres del moviment apareixen (períodes o estats OFF). Entre altres símptomes, els pacients amb la MP sofreixen una reducció de la longitud del pas i una inhabilitació de la marxa. La monitorització de la longitud del pas contribueix a inferir l’estat motor del pacient i a conèixer les fluctuacions durant la seva vida diària permetent als neuròlegs, en conseqüència, realitzar un seguiment de l’evolució de la malaltia i millorar la pauta terapèutica. En aquest sentit, els acceleròmetres MEMS poden ser utilitzats per tal de detectar passes i estimar la longitud del pas fora de les instal·lacions dels laboratoris, és a dir, en entorns no controlats. Aquesta tesis presenta les contribucions originals de l’autor en el camp de l’anàlisi del moviment humà basat en acceleròmetres MEMS, específicament en la detecció de passes i l’estimació de la longitud del pas en pacients amb MP. En aquesta tesis, s’ha seleccionat una posició amigable en la qual localitzar un acceleròmetre MEMS triaxial. La posició, que consisteix en el lateral de la cintura prop de la cresta ilíaca, va ser seleccionada per maximitzar la comoditat i l’acceptabilitat des del punt de vista del pacient. Assumint aquesta posició, en primer lloc, es presenta un anàlisi dels diferents mètodes existents a la literatura en detecció de passes i, a més, es presenta una nova tècnica de detecció basada en acceleròmetres. Tots els mètodes han estat provats en usuaris sans i en pacients amb la MP; els resultats mostren que el nou mètode obté un percentatge d’encert en la detecció de passes més alt que la resta de mètodes. En segon lloc, s’han seleccionat aquells mètodes d’estimació de la longitud de pas que van ser desenvolupats per a tractar les senyals d’un sensor situat prop de les vèrtebres L4-L5. Aquests mètodes van ser modificats amb la fi de ser adaptats a la nova posició del sensor. Tots ells van ser validats en senyals obtingudes de 25 pacients amb la MP. A més, es proposa un factor de correcció genèric, el qual es compara amb el millor dels mètodes obtinguts per tal de ser usat en lloc d’una calibració individual. A pesar de la variabilitat en la velocitat de la marxa deguda a les fluctuacions motores, el nou mètode assoleix un 96,76% de precisió en la detecció de passes i, respecte l’estimació de la longitud de pas, els mètodes modificats obtenen una major precisió que els originals. El millor d’ells consisteix en un factor de correcció multiplicador que considera les passes de cada costat per separat, proporcionant un error mig de 0,033 m. Finalment, es presenta un nou model de la marxa representada com un pèndul invertit modificat que és utilitzat per analitzar les senyals d’accelerometria obtingudes des del lateral esquerra de la cintura. De forma més concreta, aquest model considera el desplaçament vertical del maluc com un pèndul invertit durant la passa dreta (costat contrari al del sensor). Durant la passa esquerra, el desplaçament durant la fase single suport i double suport es modelitza com un pèndul invertit i un pèndul simple, respectivament. Els resultats obtinguts en 25 pacients amb MP són presentats i discutits. La validesa i fiabilitat del nou model són comparats amb els de tres models diferents. Els resultats experimentals obtinguts mostren que el nou model, anomenat ICE—CETpD, estima la longitud de la passa amb una major precisió que la resta de mètodes seleccionats de la literatura. L’error mitjà d’aquest mètode durant l’estat OFF i ON és de 0, 021 i 0,029 m., respectivament, amb una correlació intraclasse superior a 0,9 en ambdós estats motors. La calibració dels paràmetres del model en cada estat motor ha estat avaluada, obtenint que una calibració en ON proporciona més precisió en els resultats. D’aquesta manera, l’avantatge de l’aproximació proposada residiria en no requerir de senyals en OFF dels pacients amb MP, per la qual cosa no seria necessari que els pacients prescindissin de preses de medicació.

The thesis has been developed at the Intelligent Robotics Laboratory of the University Jaume I (Spain). The objectives are focused on the laboratory's interest fields, which are Telerobotics, Human-Robot Interaction, Manipulation, Visual Servoing, and Service Robotics in general.Basically, the work has consisted of designing and implementing a whole vision based robotic system to control an educational robot via web, by using voice commands like "Grasp the object one" or "Grasp the cube". Our original objectives were upgraded to include the possibility of programming the robot using high level voice commands as well as very quick and significant mouse interactions ("adjustable interaction levels"). Besides this, the User interface has been designed to allow the operator to "predict" the robot movements before sending the programmed commands to the real robot ("Predictive system"). This kind of interface has the particularity of saving network bandwidth and even being used as a whole task specification off-line programming interface. By using a predictive virtual environment and giving more intelligence to the robot supposes a higher level of interaction, which avoids the "cognitive fatigue" associated with many teleoperated systems.The most important novel contributions included in this work are the following:1. Automatic Object Recognition: The system is able to recognize the objects in the robot scenario by using a camera as input (automatic object recognition). This feature allows the user to interact with the robot using high level commands like "Grasp allen".2. Incremental Learning: Due to the fact that the object recognition procedure requires some kind of training before operating efficiently, the UJI Online Robot introduces the In-cremental Learning capability, that means the robot is always learning from the user in-teraction. It means the object recognition module performs better as time goes by.3. Autonomous Grasping: Once an object has been recognized in a scene, the following question is, how can we grasp it? The autonomous grasping module calculates the set of possible grasping points that can be used in order to manipulate an object according to the stability requirements.4. Non-Immersive Virtual Reality: In order to avoid the Internet latency and time-delay effects, the system offers a user interface based on non-immersive virtual reality. Hence, taken the camera data as input, a 3D virtual reality scenario is constructed, which allows specifying tasks that can be confirmed to the real robot in one step.5. Augmented Reality: The 3D virtual scenario is complemented with computer generated information that helps enormously to improve the human performance (e.g. projections of the gripper over the scene is shown, superposition of data in order to avoid robot occlusions, etc.). In some situations the user has more information by controlling the robot from the user interface (web based) than seeing the robot scenario directly.6. Task specification: The system permits specifying complete "Pick & Place" actions, which can be saved into a text file. This robot programming can be accomplished using both, the off-line and the on-line mode.7. Speech recognition/synthesis: To our knowledge this is the first online robot that allows the user to give high-level commands by using simply a microphone. Moreover, the speech synthesizer is integrated into the predictive display, in such a way that the robot re-sponds to the user and asks him/her for confirmation before sending the command to the real scenario.As explained at Chapter I, the novel contributions have been partially published in several sci-entific forums (journals, books, etc.). The most remarkable are for example the acceptance of two papers at the IEEE International Conference on Robotics and Automation 2002, and the publication of an extended article at the Special Issue on web telerobotics of the International Journal on Robotics and Automation (November 2002).We have proved the worth of the system by means of an application in the Education and Training domain. Almost one hundred undergraduate students have been using the web-based interface in order to program "Pick and Place" operations. The results are really encouraging (refer to Chapter VII) for more details. Although we are referring to the project as "The UJI Online Robot", in the Educa-tion and Training domain "The UJI Telerobotic Training System" term has been used instead.Further work is planned to focus on applying Remote Visual Servoing techniques in order to improve the actual system performance. This would avoid having to spend long nights calibrating the robot and the cameras, as well extending the system capabilities to work on less structured environments.