Los accidentes cerebrovasculares son una de las principales causas de mortalidad y discapacidad en adultos y su incidencia en la población se incrementa cada año. Sin embargo, gracias a los avances en los protocolos de atención, estabilización y rehabilitación de los pacientes, se ha logrado disminuir la tasa de mortalidad a pesar del aumento de casos, lo que conlleva un signi cativo aumento de pacientes con algún grado de secuelas o discapacidad. Los investigadores y médicos trabajan en diversos frentes, buscando comprender los mecanismos que permitan evitar o detectar de forma anticipada un accidente cerebrovascular, los procesos involucrados en la reorganización neuronal y mejorar las terapias que permitan recuperar las actividades de la vida diaria, entre otros. Todo ello ha permitido que la ingeniería tome un papel relevante a la hora de desarrollar técnicas y mecanismos que faciliten la tarea de los especialistas. En este sentido, la robótica se ha hecho un lugar importante durante las distintas fases de recuperación del paciente. El uso de robots para la rehabilitación entrega diversas herramientas y bene cios no sólo a los investigadores, sino también al cuerpo médico y los pacientes. A los investigadores les facilita datos cinemáticos y dinámicos que permiten el estudio de nuevas técnicas de rehabilitación, a los médicos les permite tener un mayor control de las terapias que se están aplicando así como indicadores que mejoren la evaluación del control motor y de la evolución del paciente. Al bene ciario último, el paciente, las nuevas investigaciones buscan precisamente que las terapias de rehabilitación tengan un efecto a nivel neuronal, motor y funcional que permita la recuperación de sus funciones mejorando signi cativamente su calidad de vida. Sin embargo, la interacción entre el robot y la persona conlleva importantes retos, tanto a nivel de control como de diseño, de seguridad y ergonómicos. La resolución favorable de todos ellos permitiría maximizar los bene cios de las terapias de rehabilitación. Realizando una revisión de las publicaciones cientí cas sobre la rehabilitación por medio de dispositivos robóticos, se observa que efectivamente el uso de robots mejora tanto el control motor como el control funcional de los pacientes. Sin embargo, investigaciones que comparan los bene cios conseguidos respecto a terapias convencionales cuestionan la relación costo-efectividad de su uso e incluso plantean sus potenciales efectos negativos si no se aplica de modo individualizado y adaptando el control a la evolución del paciente. Diversos factores pueden estar limitando la e cacia de las terapias robotizadas, uno de ellos es la correcta modelización y diseño mecánico que garantice una adecuada interacción entre el robot y el paciente. Una incorrecta transmisión de fuerzas sobre el paciente puede provocar una variación en el patrón normal de activación muscular, fatiga, incomodidad, dolor y rechazo a la terapia. Esta sobrecarga es generada por un desalineamiento entre las articulaciones del exoesqueleto y sus equivalentes biológicas, causada por la imposibilidad del diseño mecánico de adaptarse al movimiento de los tejidos blandos, la variabilidad antropométrica de los pacientes y los complejos movimientos de las articulaciones biológicas. Esta tesis estudia las fuerzas de interacción ortesis-paciente, sus efectos sobre los patrones musculares y la adaptación de las arquitecturas robóticas al paciente. En base a este estudio se presenta el diseño y validación de un sistema articular de 3 grados de libertad con servoadaptación dinámica que garantice una correcta transmisión de fuerzas entre el robot y el paciente. Gracias a su capacidad de rotar respecto a un centro de rotación variable, el sistema permite adecuarse a las diferentes medidas antropométricas del paciente, compensar el movimiento de los tejidos blandos y el movimiento de roto-traslación de las articulaciones biológicas. El estudio y evaluación de dicha servoadaptación se ha focalizado sobre la articulación del codo, ya que esta articulación permite desacoplar la acción de otros movimientos a la hora del análisis. El desarrollo del sistema articular abarcó las siguientes fases: 1. Estudio de las fuerzas de interacción entre el robot y el paciente, identi cación de las causas del desalineamiento y estudio del estado del arte de los dispositivos robóticos en cuanto a soluciones articulares que minimicen las fuerzas. 2. Diseño y validación de un banco de ensayo que permita emular la acción de un exoesqueleto durante el ejercicio de exo-extensión del codo y a su vez generar distintos grados de desalineamientos del robot sobre la extremidad superior. 3. Estudio de los efectos de los desalineamientos sobre los patrones musculares y las fuerzas transmitidas al paciente. Este estudio sienta las bases que justi can la compensación de los efectos del desalineamiento. La información obtenida es usada para modelar el sistema articular. 4. Diseño y validación de un sistema articular de 3 grados de libertad. Este diseño se modela e implementa de forma virtual sobre el banco de ensayo, para su posterior evaluación a través de diversos desalineamientos generados. 5. Implementación de una estrategia de control que permita al sistema articular rotar respecto a un centro instantáneo de rotación de forma que minimice las fuerzas de interacción sobre el paciente. Si bien se enfocó el estudio a la articulación del codo, el sistema articular diseñado es extrapolable a cualquier articulación del plano sagital o frontal, mientras que el estudio de las fuerzas de interacción es generalizable a todas las articulaciones biológicas. Los resultados corroboran que a mayor desalineamiento, mayores son las fuerzas transmitidas sobre el paciente, siendo la componente en la dirección x del plano sagital la más afectada por los desalineamientos. Además, del análisis de las señales electromiográ cas, se observó que la transmisión inadecuada de fuerzas causa una variación en los patrones musculares normales, en lo que se re ere a velocidad de conducción de los potenciales de acción y al reclutamiento de las moto-neuronas. Se comprobó que el sistema articular permite al exoesqueleto adaptarse a diferentes medidas antropométricas y que es capaz de servoadaptarse durante el movimiento para mantenerse alineado con su equivalente biológica. De las pruebas realizadas se observó que el sistema es capaz disminuir las fuerzas transmitidas, las cuales convergen rápidamente a una zona de estabilización, con gurada al inicio de la terapia, donde las fuerzas de interacción se encuentran dentro de rangos aceptables y no suponen una sobrecarga al paciente. / The use of robots for stroke patients' rehabilitation provides benefits not only to researchers, but also to medical professionals and patients. Researchers are provided with kinematic and dynamic data that allow the study of new rehabilitation techniques. Robotics provide clinicians with means for better controlling undergoing therapies, improving both the assesment and indicators of the evolution of patient. For the ultimate beneficiary, the patient, the current research seeks that rehabilitation therapies have an effect at neuronal, motor and functional levels, resulting in better recovery functions and improving the patient's quality of life. However, the interaction between a robot and a human carries significant challenges, in terms of design control, safety and ergonomics. The favorable resolution of all of them would maximize the benefits of a rehabilitation therapy. Conducting a review of the scientific literature on robot aided therapy, it is observed that the effective use of robots improves both patient motor and functional control. However, comparing the benefits of robotic therapies with respect to conventional therapies puts into question the cost-effectiveness of their use and even their potential effects if they are not applied on an individual basis and if their control is not dinamically adapted to the patient's progress. Several factors may be limiting the effectiveness of a robotic therapy, one of them is the correct modeling and mechanical design to ensure proper interaction between the robot and the patient. Incorrect forces on the patient can cause a variation in the normal pattern of muscle activation, fatigue, discomfort, pain and rejection of the therapy. This overload is generated by a misalignment between the joints of the exoskeleton and its biological counterparts, caused by the impossibility of designing a mechanical architecture that accommodates the movement of soft tissues, the anthropometric variability of patients and the complex biological joint movements. This thesis studies the interaction forces between orthosis and patient, their effects on muscle patterns and the adaptation of robotic architectures to the patient. Based on this study we present the design and validation of a joint system with 3 degrees of freedom with dynamic servo-adaptation that ensures correct robot force transmissions to the patient. Thanks to its ability to rotate around a variable center of rotation, the system can adapt to different anthropometric measurements of the patient, compensating the soft tissue movements and the roto-translational movement of a biological joint. The study and evaluation of such servo-adaptation has focused on the elbow joint, as it is possible to decouple the action of other movements for analysis and can be extrapolated to any joint in the sagittal or frontal plane, while the study of the interaction forces is generalizable to all biological joints. The results confirm that the greater the misalignment, the greater the forces transmitted to the patient are, with the component in the x direction of sagittal being the most affected by misalignments. Furthermore, the analysis of electromyographic signals, shows that an improper transmission of forces causes a variation in normal muscle patterns in terms of conduction velocity and action potential recruitment of motor neurons. It was verified that the joint system enables the exoskeleton to fit to different anthropometric measurements and is capable of servo-adapt itself to the patient's conditions during the movement in order to maintain the alignment with its biological joints. Of the tests performed it was observed that a joint system can reduce the transmitted forces and quickly converge to a stabilization zone, configured at the start of the therapy, in which the interaction forces are within an acceptable range.

Des de la seva creació, el microscopi de força atòmica (AFM) ha estat àmpliament utilitzat sobretot per la caracterització de superfícies, obtenint imatges topogràfiques amb una resolució espacial de l’ordre o fins i tot inferior al nanòmetre. L’AFM també ha estat utilitzat per manipular matèria a la nanoescala. El fet de no necessitar de materials o superfícies conductores elèctriques, l’ha convertit en un instrument valuós per camps com la química, la geologia i la ciència dels materials. Gràcies a que pot treballar en condicions ambientals i favorables a la vida, és a dir, en aire o líquid i amb la presència d’un determinat grau d’humitat ambiental, sense necessitat de fer el buit ni de recobrir les mostres amb capes conductores, el converteix en una eina única per a la biologia. Les contribucions a la caracterització de l’AFM permeten millorar les seves prestacions i a la vegada avançar en la comprensió dels fenòmens físics a nivell de la nanoescala. En aquest treball presentem el desenvolupament d'una metodologia objectiva i la seva implementació numèrica corresponent, que proporciona informació quantitativa sobre la sensibilitat que podem obtenir, en termes de resolució espacial, dels dos modes dinàmics més utilitzats en l’AFM. Utilitzem el concepte d’horitzó espacial per descriure i quantificar la capacitat potencial de cada mode dinàmic per detectar un defecte atòmic en una superfície, contràriament a treballs anteriors que eren qualitatius i relativament subjectius. També presentem estudis numèrics relacionats amb els fenòmens nanoscalars que tenen lloc quan hi ha interacció entre dues superfícies recobertes de capes d’aigua absorbides i la pertinent formació i ruptura de ponts capil·lars. Els resultats obtinguts reprodueixen més acuradament el comportament experimental observat, que no havia estat anteriorment reproduït ni publicat. Concretament, en aquesta contribució reportem per primera vegada l’existència d'una força neta atòmica d’interacció pràcticament independent de la distància de separació. Aquesta força s’estén a uns quants nanòmetres per sobre de superfícies que han estat exposades durant un temps a la humitat en condicions ambientals. Finalment presentem un estudi on relacionat amb fenòmens i propietats químiques i/o mecàniques de la nanoescala, com ara la presència de capes d'aigua absorbides, hi discutim com es produeix l'excitació de subharmònics en l’AFM dinàmic. S’analitza la possibilitat d’utilitzar els subharmònics com una eina per a la detecció d’aigua sobre superfícies heterogènies a la nanoescala / The atomic force microscope (AFM) is currently employed for high spatial sample characterization in the nanoscale. Since the surfaces do not need to be electrical conductors, AFM has become a valuable tool for fields such as chemistry, geology and materials science. The AFM can be operated under environmental and bio-friendly conditions making it a unique tool for biology. Contributions to the characterization of the AFM allow improving its performance and simultaneously advance in the understanding of physical phenomena at the nanoscale. This works presents the development of a methodology that provides quantitative information about the sensitivity that can be obtained in terms of spatial resolution in the two main modes of dynamic AFM. The concept of spatial horizon is employed to describe and quantify the capacity of each dynamic mode to detect an atomic defect in a surface as opposed to previous works which where qualitative and relatively subjective. We further present numerical models related to nanoscale phenomena observed in the interaction between water films absorbed on surfaces. The results presented here accurately reproduce phenomena that has not been previously reproduced nor reported. We report for the first time the existence of an atomic net interaction force that is practically independent of the separation. The force extends a few nanometers above surfaces exposed to moisture over time in ambient conditions. Finally, a study related to chemical and/or mechanical nanoscale properties and phenomena, such as the presence of absorbed water layers, is presented and discussed in terms of subharmonic excitation in dynamic AFM. A theory with the potential of employing subharmonics as a tool for the detection of water on nanoscale heterogeneous surfaces is also put forward.

In this thesis, it is presented a research for the implementation of a supervisory system that integrates different technical to complement and improve the management of Waste Water Treatment Plants. The protocol proposed synthetizes the experiences for the last years in the development of the different technical in the following Waste Water Treatment Plants: Manresa and Saint Joan de Vilatorrada, Cassà de la Selva-Llagostera, Sils-Vidreres and Girona / La present tesi recull una proposta de protocol per a la implementació d’un sistema supervisor que integri diferents tècniques per complementar i millorar la gestió que actualment es porta a terme a les estacions depuradores d’aigües residuals. El protocol proposat sintetitza i destil·la les pròpies experiències dels darrers anys en el desenvolupament de les diferents tècniques per a les estacions depuradores de Manresa i Sant Joan de Vilatorrada, Cassà de la Selva-Llagostera, Sils-Vidreres i Girona

The following dissertation presents the contributions of the author in the field of human movement analysis and, specifically, in Parkinson's disease. Recent technologies have allowed developing reduced inertial sensors capable of monitoring human movement. This, along with the reduced prices of these inertial sensors, the so-called inertial measurement units, which consists in small devices capable to measure movement by means of inertial sensors, have widely spread. Inertial measurement units have been employed among others, in fields such as medicine, sports, automotive and gaming. In the first part of the present thesis, a wearable long-term monitoring inertial measurement unit is presented as the first main contribution in human movement analysis. The unit is capable of acquiring data and provides the possibility of implementing artificial intelligence-based classifiers in real time. A specific hardware and firmware has been developed in order to implement both operations. This tool has been validated in different European projects and studies carried out in the Technical Research Centre for Dependency Care and Autonomous Living of the Universitat Politècnica de Catalunya (CETpD-UPC). The second part of the thesis addresses the analysis of human posture based on accelerometry measurements. To this end, data acquired from the inertial system described at the first part of the thesis have been used. Two methodologies are presented that have been validated on healthy people and patients with Parkinson's disease. The algorithms developed are focused on the detection of positions with a single inertial system located at the waist thereby achieving an enhanced comfort and acceptance by the users. A key contribution is the methodology provided to detect postural transitions, which consist in the movement performed to achieve a position from another one. The algorithm is based on support vector machines applied to the inertial data coming from a single measurement unit. Basic activity recognition is performed recognizing static postures such as sitting, standing, or lying with a hierarchical classification system. Moreover, dynamic postures such as walking and different postural transitions are also recognized. Finally, the posture detection methodologies are employed to enhance the identification of one of the most annoying symptoms of Parkinson's disease, the so-called Freezing of Gait. This contribution relies on the posture algorithm which has been validated in Parkinson's disease patients. Furthermore, it is shown how the introduction of the posture detection improves the evaluation values of the FOG algorithms / La siguiente disertación presenta las aportaciones del autor en el campo de la monitorización del movimiento humano y, especialmente, en la enfermedad del Parkinson. Las recientes tecnologías han permitido desarrollar sensores inerciales de tamaño muy reducido para monitorizar el movimiento humano. Estos sensores se emplean en las llamadas unidades de medida inercial, que son unos dispositivos de pequeño tamaño capaces de medir el movimiento, se ha extendido ampliamente empleándose, entre otros, en campos como la medicina, el deporte, la automoción o los videojuegos. En la primera parte de la presente tesis, se describe el desarrollo de una unidad de medida inercial optimizada para realizar la adquisición y el tratamiento de los datos con un mínimo consumo y, de esa forma, conseguir una larga autonomía. La principal novedad aportada consiste en la posibilidad de implementar en tiempo real clasificadores basados en inteligencia artificial a través de un hardware y un firmware diseñados específicamente para que el sistema inercial sea flexible y capaz de implementar las dos operaciones, captura de datos y ejecución de algoritmos. Esta herramienta se ha validado en diferentes proyectos europeos y diferentes trabajos llevados a cabo en el Centro de Estudios Tecnológicos para la Atención de la Dependencia y la Vida Autónoma de la Universidad Politécnica de Catalunya (CETpDUPC). En la segunda parte de la tesis se describen dos algoritmos para identificar diferentes tipos de posturas. Los datos empleados para poder desarrollar los algoritmos se han adquirido con el sistema inercial presentado en la primera parte de la tesis. Los algoritmos desarrollados se han validado en personas sanas y en pacientes con la enfermedad del Parkinson. Estos algoritmos se focalizan en la detección de posturas con un único sistema inercial localizado en la cintura. Esta localización permite una mayor comodidad para los usuarios, entre otras ventajas. Una aportación importante es la metodología utilizada para poder detectar transiciones posturales (movimiento para pasar de una postura a otra). Se ha empleado el paradigma de las máquinas de vectores soporte para poder distinguir las diferentes posturas del usuario o paciente. La detección de transiciones posturales se integra en un sistema jerárquico de clasificación, al cual se añade un detector de actividades básicas donde se identifican posturas estáticas, como estar sentado, de pie, o tumbado, y posturas dinámicas, como caminar. En la parte final de la tesis se presenta una aportación a la identificación de uno de los síntomas de la enfermedad del Parkinson más incapacitantes: el bloqueo de la marcha. El algoritmo de posturas se aplica en señales captadas por la unidad inercial descrita en la primera parta de la tesis para complementar a los algoritmos actuales de detección de bloqueos de la marcha. Además, se demuestra cómo los valores de evaluación del algoritmo de detección del bloqueo de la marcha mejoran al aplicar el algoritmo de posturas. De esta forma, el nuevo algoritmo contextualiza la detección del bloqueo de la marcha, omitiendo los casos positivos que ocurran en situaciones donde no es posible que un bloqueo de la marcha ocurra.

Due to the increasing global IP traffic and the exponential growing demand for broadband services, optical networks are experimenting significant changes. Advanced modulation formats are being implemented at the Digital Signal Processing (DSP) level as key enablers for high data rate transmission. Whereas in the network layer, flexi Dense Wavelength-Division Multiplexing (DWDM) grids are being investigated in order to efficiently use the optical spectrum according to the traffic demand. Enabling these capabilities makes high data rate transmission more feasible. Hence, introducing flexibility in the system is one of the main goals of this thesis. Furthermore, minimizing the cost and enhancing the Spectral Efficiency (SE) of the system are two crucial issues to consider in the transceiver design. This dissertation investigates the use of Optical Orthogonal Frequency Division Multiplexing (O-OFDM) based either on the Fast Fourier Transform (FFT) or the Fast Hartley Transform (FHT) and flexi-grid technology to allow high data rate transmission over the fiber. Different cost-effective solutions for Elastic Optical Networks (EON) are provided. On the one hand, Direct Detection (DD) systems are investigated and proposed to cope with present and future traffic demand. After an introduction to the principles of OFDM and its application in optical systems, the main problems of such modulation is introduced. In particular, Peak-to-Average Power Ratio (PAPR) is presented as a limitation in OFDM systems, as well as clipping and quantization noise. Hence, PAPR reduction techniques are proposed to mitigate these impairments. Additionally, Low Complexity (LC) PAPR reduction techniques based on the FHT have also been presented with a simplified DSP. On the other hand, loading schemes have also been introduced in the analyzed system to combat Chromatic Dispersion (CD) when transmitting over the optical link. Moreover, thanks to Bit Loading (BL) and Power Loading (PL), flexible and software-defined transceivers can be implemented maximizing the spectral efficiency by adapting the data rate to the current demand and the actual network conditions. Specifically, OFDM symbols are created by mapping the different subcarriers with different modulation formats according to the channel profile. Experimental validation of the proposed flexible transceivers is also provided in this dissertation. The benefits of including loading capabilities in the design, such as enabling high data rate and software-defined transmission, are highlighted. / Degut al creixement del tràfic IP i de la demanda de serveis de banda ampla, les xarxes òptiques estan experimentant canvis significatius. Els formats avançats de modulació, implementats a nivell de processat del senyal digital, habiliten la transmissió a alta velocitat. Mentre que a la capa de xarxa, l'espectre òptic es dividit en ranures flexibles ocupant l'ample de banda necessari segons la demanda de tràfic. La transmissió a alta velocitat és fa més tangible un cop habilitades totes aquestes funcionalitats. D'aquesta manera un dels principals objectius d'aquesta tesis es introduir flexibilitat al sistema. A demés, minimitzar el cost i maximitzar l'eficiència espectral del sistema són també dos aspectes crucials a considerar en el disseny del transmissor i receptor. Aquesta tesis investiga l'ús de la tecnologia Optical Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) basada en la transformada de Fourier (FFT) i la de Hartley (FHT) per tal de dissenyar un sistema flexible i capaç de transmetre a alta velocitat a través de la fibra òptica. Per tant, es proposen diferent solucions de baix cost vàlides per a utilitzar en xarxes òptiques elàstiques. En primer lloc, s'investiguen i es proposen sistemes basats en detecció directa per tal de suportar la present i futura demanda. Després d'una introducció dels principis d' OFDM i la seva aplicació als sistemes òptics, s'introdueixen alguns dels problemes d'aquesta modulació. En particular, es presenten el Peak-to-Average Power Ratio (PAPR) i els sorolls de clipping i de quantizació com a limitació dels sistemes OFDM. S'analitzen tècniques de reducció de PAPR per tal de reduir l'impacte d'aquests impediments. També es proposen tècniques de baixa complexitat per a reduir el PAPR basades en la FHT. Finalment, s'utilitzen algoritmes d'assignació de bits i de potència, Bit Loading (BL) i Power Loading (PL), per tal de combatre la dispersió cromàtica quan es transmet pel canal òptic. Amb la implementació dels algoritmes de BL i PL, es poden dissenyar transmissors i receptors flexibles adaptant la velocitat a la demanda del moment i a les actuals condicions de la xarxa. En particular, els símbols OFDM es creen mapejant cada portadora amb un format de modulació diferent segons el perfil del canal. El sistema és validat experimentalment mostrant les prestacions i els beneficis d'incloure flexibilitat per tal de facilitar la transmissió a alta velocitat i cobrir les necessitats de l'Internet del futur / Debido al crecimiento del tráfico IP y de la demanda de servicios de banda ancha, las redes ópticas están experimentando cambios significativos. Los formatos avanzados de modulación, implementados a nivel de procesado de la señal digital, habilitan la transmisión a alta velocidad. Mientras que en la capa de red, el espectro óptico se divide en ranuras flexibles ocupando el ancho de banda necesario según la demanda de tráfico. La transmisión a alta velocidad es más tangible una vez habilitadas todas estas funcionalidades. De este modo uno de los principales objetivos de esta tesis es introducir flexibilidad en el sistema. Además, minimizar el coste y maximizar la eficiencia espectral del sistema son también dos aspectos cruciales a considerar en el diseño del transmisor y receptor. Esta tesis investiga el uso de la tecnologia Optical Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) basada en la transformada de Fourier (FFT) y en la de Hartley (FHT) con tal de diseñar un sistema flexible y capaz de transmitir a alta velocidad a través de la fibra óptica. Por lo tanto, se proponen distintas soluciones de bajo coste válidas para utilizar en redes ópticas elásticas. En primer lugar, se investigan y se proponen sistemas basados en detección directa con tal de soportar la presente y futura demanda. Después de una introducción de los principios de OFDM y su aplicación en los sistemas ópticos, se introduce el principal problema de esta modulación. En particular se presentan el Peak-to-Average Power Ratio (PAPR) y los ruidos de clipping y cuantización como limitaciones de los sistemas OFDM. Se analizan técnicas de reducción de PAPR con tal de reducir el impacto de estos impedimentos. También se proponen técnicas de baja complejidad para reducir el PAPR basadas en la FHT. Finalmente, se utilizan algoritmos de asignación de bits y potencia, Bit Loading (BL) y Power Loading (PL), con tal de combatir la dispersión cromática cuando se transmite por el canal óptico. Con la implementación de los algoritmos de BL y PL, se pueden diseñar transmisores y receptores flexibles adaptando la velocidad a la demanda del momento y a las actuales condiciones de la red. En particular, los símbolos OFDM se crean mapeando cada portadora con un formato de modulaci_on distinto según el perfil del canal. El sistema se valida experimentalmente mostrando las prestaciones y los beneficios de incluir flexibilidad con tal de facilitar la transmisión a alta velocidad y cubrir las necesidades de Internet del futuro.

In the last decades, the problem of the vibrations and the noise generated by the rolling and the undulatory wear has been approached by multiple research groups. These groups have developed studies with the intention of understanding and characterizing the vibrations problem, and its presented different analytical models. These models, for straight track sections, usually consider only half a track (single rail) in contact with a wheel suspended from the bogie through the primary suspension. Analytical models of half a track, although widely used, have the inconvenience of not considering the interaction between rails; that is to say the influence of the fluctuating contact force generated in a rail on the other rail vibration. Such interaction may occur through both the track structure and the axle of both wheels. Nowadays, and thanks to the computing power provided by the computers, research are leading to the development of numerical models enabling us to expand the fields of study such as the interaction between rails, the behavior of the wheel-rail contact in curved sections and the propagation in the surroundings. The main objective of the here presented thesis is to provide knowledge about the wheel-rail contact problem and the generation of vibrations that it causes, developing numerical models based on the Finite Element Method (FEM). Therefore we have used the ANSYS 13 program, analyzing all its capacities and using some of them in new ways. In order to analyze in detail the behavior of the interaction between a track and a railway vehicle, in the first part of this thesis we have developed and validated diverse numerical models of a railway track based on the finite elements method, oriented toward characterizing the vibrations generation. In the second part of the thesis we have developed a numerical model for the characterization of the set railway axle-primary suspension, meaning by railway axle the one composed of two wheels fixed to their axle. We have sought the simplest possible model fulfilling the necessary requirements to reproduce the set vibratory behavior. In the last part of the work, we combine the track numerical models with the model of the set axle-primary suspension to create a global model that allows simulating the mechanism of the wheel-rail contact force generation. To describe the contact we have used nonlinear Hertz theory. The results obtained when numerically integrating the equations of the global model using ANSYS transient analysis, are compared with the results provided by the analytical models of half a track in contact with a single wheel attached to the primary suspension. The comparison of these results for two types of tracks shows a very good conformity. With the numerical global model, we have analyzed the vibratory behavior of a classical ballasted track and two types of slab track, the DFF railway track and the Stedef twinblock railway track, all of them railway track types widely used in the Metropolitan Railroad of Barcelona. Finally, thanks to the results provided by the global model of contact, we conclude that the interaction between the mechanisms of the contact force generation present in both rails is significant, the interaction occurring mainly through the axle-wheels set. This result by itself justifies the need for numerical modeling of full track-railway axle contact. As a general conclusion we can say that the results demonstrate that the developed methodology is able to predict the time history of the normal contact force in different locations of the various studied track types. / En las últimas décadas, el problema de las vibraciones y el ruido generados por la rodadura y el desgaste ondulatorio ha sido abordado por múltiples grupos de investigación. Estos grupos han desarrollado estudios con la intención de comprender y caracterizar el problema de las vibraciones, y han presentado diferentes modelos analíticos. Dichos modelos, para tramos de vía rectos, suelen considerar solo media vía en contacto con una rueda suspendida del bogie por medio de la suspensión primaria. Los modelos analíticos de media vía, si bien han sido ampliamente utilizados, presentan el inconveniente de no considerar la interacción entre carriles; es decir la influencia de la fuerza fluctuante de contacto generada en un carril sobre la vibración en el otro carril. Esta interacción se puede producir tanto a través de la estructura de la vía como a través del eje de ambas ruedas. En la actualidad, y gracias a la potencia de cálculo que proporcionan los ordenadores, las investigaciones se dirigen al desarrollo de modelos numéricos que permitan ampliar los campos de estudio como por ejemplo la interacción entre carriles, el comportamiento del contacto rueda-carril en tramos curvos y la propagación al entorno. El objetivo principal de la tesis que se presenta es aportar conocimiento sobre el problema del contacto rueda-carril y la generación de vibraciones que comporta, desarrollando modelos numéricos basados en el Método de Elementos Finitos (FEM). Para ello se ha utilizado el programa ANSYS 13, analizando todas sus capacidades y utilizando algunas de ellas de forma novedosa. Con el fin de analizar con más detalle el comportamiento de la interacción entre una vía completa y un vehículo ferroviario, en la primera parte de esta tesis se han desarrollado y validado diversos modelos numéricos de vía completa basados en el método de elementos finitos, orientados a la caracterización de la generación de vibraciones. En la segunda parte de la tesis se ha elaborado un modelo numérico para la caracterización del conjunto eje ferroviario-suspensión primaria, entendiendo por eje ferroviario el formado por dos ruedas unidas con su eje. Se ha buscado el modelo más simple posible que cumple con los requerimientos necesarios para reproducir el comportamiento vibratorio del conjunto. En la última parte del trabajo, se combinan los modelos numéricos de vía con el modelo del conjunto eje-suspensión para crear un modelo global que permite simular el mecanismo de generación de la fuerza de contacto rueda-carril. Para describir el contacto se ha utilizado la teoría no lineal de Hertz. Los resultados obtenidos al integrar numéricamente las ecuaciones del modelo global mediante el análisis transitorio de ANSYS, se comparan con los resultados que proporcionan modelos analíticos de media vía en contacto con una única rueda sujeta a la suspensión primaria. La comparación de estos resultados para dos tipos de vía, muestra una muy buena concordancia. Con el modelo numérico global, se ha analizado el comportamiento vibratorio de una vía clásica sobre balasto y dos tipos de vía en placa, la vía DFF y la vía bibloque con riostra, todos ellos tipos de vía ampliamente utilizados en el Ferrocarril Metropolitano de Barcelona. Finalmente, gracias a los resultados proporcionados por el modelo global de contacto, se llega a la conclusión que la interacción entre los mecanismos de generación de la fuerza de contacto presentes en ambos carriles es significativa, produciéndose la interacción principalmente a través del conjunto eje-ruedas. Este resultado justifica por sí solo la necesidad de utilizar modelos numéricos de contacto vía completa-eje ferroviario. Como conclusión general cabe decir que los resultados obtenidos demuestran que la metodología desarrollada es capaz de predecir la historia temporal de la fuerza normal de contacto en diferentes localizaciones de los diversos tipos de vías estudiados / Depuis leurs débuts, les chemins de fer ont présenté le problème des vibrations et du bruit générés par le roulement. Ce problème trouve son origine principalement dans les fluctuations de la force de contact roue-rail, les fluctuations générées par les irrégularités que présente la bande de roulement des roues et par les irrégularités des rails, telles que la présence de joints et l'usure ondulatoire. Dans le cas des chemins de fer métropolitains, les vibrations et le bruit produisent un impact environnemental significatif en raison de leur proximité aux zones habitées. Les vibrations se propagent de la voie à la structure du tunnel, et de là vers les bâtiments voisins provoquant des nuisances, et dans des cas extrêmes, des dommages dans les bâtiments. En outre, il faut aussi garder à l'esprit que les vibrations provoquent aussi des problèmes de fatigue et d'usure dans le matériel roulant, un facteur critique pour la sécurité des voyageurs. Au cours des dernières décennies, le problème cité ci-dessus a été abordée par de nombreux groupes de recherche. Ces groupes ont mené des études dans le but de comprendre et caractériser le problème des vibrations générées par le roulement, et ont présenté divers modèles analytiques. Ces modèles, pour des sections de voies droites, ne considèrent généralement que demi-voie (un rail) en contact avec une roue suspendue du bogie au moyen de la suspension primaire. Les modèles analytiques de demi-voie, bien que largement utilisés, présentent l'inconvénient de ne pas considérer l'interaction entre les rails; à savoir l'influence de la force fluctuante de contact générée dans un rail sur la vibration dans l'autre rail. Cette interaction se produit tant à travers la structure de la voie comme à travers l'axe des deux roues. Actuellement, et grâce à la puissance de calcul que fournissent les ordinateurs, les recherches se dirigent vers le développement de modèles numériques qui permettent d'agrandir les champs d'étude comme par exemple l'interaction entre des rails, le comportement du contact roue-rail dans des tronçons courbes et la propagation à l'environnement. / Des de els seus inicis, els ferrocarrils han presentat el problema de les vibracions i el soroll generats pel rodolament. Aquest problema es produeix principalment per causa de les fluctuacions de la força de contacte roda-carril, fluctuacions generades per les irregularitats del perfil de les rodes i per les irregularitats del cap dels carrils, com ara la presència de juntes i el desgast ondulatori. En el cas dels ferrocarrils metropolitans, les vibracions i el soroll produeixen un impacte ambiental significatiu per la proximitat a zones habitades. Les vibracions es propaguen de la via a la infraestructura, que pot ser una base o un túnel, i d’ella als edificis propers causant molèsties i, en casos extrems, desperfectes en els edificis. A més, cal pensar que les vibracions originen problemes de fatiga i desgast en el material mòbil, factor a tenir en compte de cara a la seguretat dels passatgers. En les darreres dècades, el problema esmentat ha estat tractat per molts grups de recerca. Aquests grups han desenvolupat estudis per tal d’entendre i caracteritzar el problema de les vibracions generades pel rodolament, i han presentat diferents models analítics. Aquests models, pensats per a trams de via rectes, acostumen a considerar només mitja via en contacte amb una roda suspesa del bogie per mitjà de la suspensió primària. Els models analítics de mitja via, si bé han estat àmpliament emprats, presenten l’inconvenient de no considerar la interacció entre carrils; es a dir la influència de la força fluctuant de contacte generada en un carril sobre la vibració en l’altre carril. Aquesta interacció es pot produir tant a través de l’estructura de la via com a través de l’eix de les rodes. Actualment, i gràcies a la potència de càlcul que proporcionen els ordinadors, la recerca s’orienta cap el desenvolupament de models numèrics que permeten ampliar els camps d’estudi como ara la interacció entre carrils, el comportament del contacte roda-carril en trams en corba i la propagació a l’entorn. L’objectiu principal de la tesi que es presenta és aportar coneixement sobre el problema del contacte roda-carril i la generació de vibracions que comporta, desenvolupant models numèrics basats en el Mètode dels Elements Finits (FEM). Per això s’ha emprat el programa comercial ANSYS 13, analitzant totes les seves capacitats i fent servir algunes d’elles de forma inèdita. Amb la intenció d’analitzar en detall el comportament de la interacció entre una via sencera i un vehicle ferroviari, en la primera part de la tesi es desenvolupen i validen diversos models numèrics de via sencera basats en el Mètode dels Elements Finits, enfocats a la caracterització de la generació de vibracions. Els resultats obtinguts amb els models numèrics, presentats en forma de resposta freqüencial de la via, es comparen amb resultats de models analítics desenvolupats amb anterioritat, i també amb resultats experimentals obtinguts per a dos tipus de via. Per a la comprovació experimental, s’ha disposat de la col·laboració de l’empresa del Ferrocarril Metropolità de Barcelona. En la segona part de la tesi s’ha elaborat un model numèric per a la caracterització del conjunt eix ferroviari-suspensió primària, entenent com a eix ferroviari el conjunt format per dues rodes amb el seu eix. S’ha cercat el model més simple possible que compleix amb els requeriments necessaris per a reproduir el comportament vibratori del conjunt. En la darrera part del treball, es combinen els models numèrics de via amb el model del conjunt eix-suspensió per a obtenir un model global que permeti simular el mecanisme de generació de la força de contacte roda-carril. Per a descriure el contacte, s’ha emprat la teoria no lineal de Hertz. Els resultats obtinguts quan s’integren numèricament les equacions del model global mitjançant l’anàlisi transitori d’ANSYS, se comparen amb els resultats que proporcionen models analítics de mitja via en contacte amb una única roda fixada a la suspensió primària. Aquests models han estat desenvolupats per altres membres del grup de recerca GREVTAM del Departament d’Enginyeria Mecànica de la UPC dins del qual s’inscriu aquesta tesi. La comparació d’aquests resultats per a dos tipus de via mostra una molt bona concordança. Amb aquest model numèric global, s’ha analitzat el comportament vibratori d’una via clàssica sobre balast i dos tipus de via en placa, la via DFF i la via bibloc amb riosta, tots ells tipus de via molt emprats en el Ferrocarril Metropolità de Barcelona. Finalment, gràcies als resultats obtinguts amb el model global de contacte, s’ha arribat a la conclusió que la interacció entre els mecanismes de generació de la força de contacte presents en ambdós carrils és significativa, produint-se la interacció principalment a través del conjunt eix-rodes. Aquest resultat justifica per sí mateix la necessitat d’emprar models numèrics de contacte via sencera-eix ferroviari. Com a conclusió general cal dir que els resultats obtinguts demostren que la metodologia desenvolupada permet preveure la història temporal de la força normal de contacte en diferents localitzacions dels diferents tipus de via estudiats.

La presente tesis doctoral gira en torno a la discusión sobre la interrelación entre la usabilidad del software educativo y su influencia en el diseño de materiales de contenido multimedia en formato CD-ROM y WEB. Actualmente, dentro de la ingeniería multimedia, la investigación sobre esta interrelación se vuelve importante debido al fenómeno de desarrollo creciente de las aplicaciones multimedia como herramientas educativas facilitando, de esta manera, el proceso de enseñanza y aprendizaje. El objetivo de la tesis es presentar un conjunto de criterios de evaluación de usabilidad basado en análisis experimentales e identificar el grado de influencia que dichos criterios ejercen en el aprendizaje de las personas mediante el uso de aplicaciones multimedia usadas en educación y formación a distancia.Para ello, ha sido necesario recurrir a los fundamentos teóricos de la educación (en particular de la educación y formación distancia), las nuevas tecnologías de la información y comunicación, la ingeniería de software y la ingeniería de usabilidad.El desarrollo de la presente tesis se ha basado en la investigación cualitativa, debido a la necesidad de producir conocimiento que permita entender y explicar el mundo y los fenómenos sociales. Usando el interpretativismo como punto de partida, se utilizan los métodos la teoría fundamentada en datos (grounded theory) y el estudio de caso (case study) para llevar a cabo la colecta, la clasificación y el análisis de los datos.La presente tesis presenta aportaciones de índole teórica y práctica.De un punto de vista teórico, la tesis contribuye con la ergonomía de software al elaborar una fundación teórica para el desarrollo de aplicaciones multimedia a partir de tres principios de diseño de sistemas interactivos multimedia. Los principios son la atención dirigida al usuario y sus tareas, las mediciones empíricas y el diseño iterativo. Estos principios representan una referencia importante para la ingeniería de usabilidad.En este sentido, se presenta un modelo de test, denominado modelo de test semántico y sintáctico, compuesto por una estructura conceptual, un método de aplicación que considera los test de verificación, validación y usabilidad y herramientas de apoyo que permiten automatizar las actividades de test.Considerada una extensión de los fundamentos teóricos, la perspectiva práctica del presente estudio se caracteriza por un proceso de test de aplicaciones multimedia, el cual detecta tanto los problemas y errores como los defectos y fallos que pueden afectar la aceptación y satisfacción del usuario y, por consiguiente, su aprendizaje. / The present doctoral thesis doctoral is concerning the discussion of the relationship among the usability of the instructional software and its influence on the design of multimedia materials in CD-ROM and WEB formats. Nowadays, research performed regarding this relationship within the field of Multimedia Engineering, is rapidly becoming more important due to the growing development of the use of multimedia applications as educational tools, making the process of teaching and learning much easier.The goal of the thesis is to submit a collection of approaches regarding usability evaluation based on experimental analysis and to identify the degree of influence that these approaches exert on learning abilities of people using multimedia for purposes such as education and training at distance.In order to attain this objective, it has been necessary to appeal to the theoretical foundations of education (in particular of the distance education and training), new information and communication technologies, software engineering and usability engineering.The development of this thesis has been based on Qualitative Research in order to produce knowledge, which allows to understand and explain the world and the social phenomena. Using the Interpretative approach as a starting point, the Grounded Theory and Case Study research methods have been used in the data gathering, classifying and analyzing.The current thesis presents contributions of theoretical and practical nature.From the theoretical point of view, this thesis contributes with the Software Ergonomics when elaborating a theoretical foundation for the development of multimedia applications starting from three principles of multimedia interactive systems design. The principles are the early focus on users and tasks, the empirical measurement and the iterative design. Furthermore, these principles represent an important reference to the Usability Engineering.In this way, a test model, called semantic and syntactical testing model, has been presented. This model is composed of a conceptual structure, an application method that takes into account the verification, validation and usability test, and support tools that allow to automate the test activities.Regarded as an extension of the theoretical foundation, the practical perspective of this study is characterized by a multimedia application testing process which not only detects problems and errors but also defects and failures that can affect the user's acceptance and satisfaction and, consequently, his or her learning.

Un dels principals requeriments de la gestió de drets digitals a la Web és un llenguatge compartit per a la representació del copyright. Les aproximacions actuals es basen en solucions purament sintàctiques, simples i difícils de posar en pràctica.La contribució d'aquesta tesi és aplicar una aproximació semàntica basada en ontologies web a la gestió de drets digitals. Es desenvolupa una Ontologia del Copyright on les peces bàsiques són un model de creació, el drets de copyright i les accions que és poden dur a terme sobre els continguts. Aquesta ontologia facilita el desenvolupament de sistemes de gestió de drets.També s'ha aplicat l'enfocament semàntic als principals llenguatges d'expressió de drets. S'han integrat amb l'ontologia per tal d'avaluar-la i a la vegada s'han enriquit amb la seva base semàntica. Finalment, tot això s'ha posat en pràctica en un sistema semàntic de gestió de drets. / Uno de los principales requerimientos de la gestión de derechos digitales en la Web es un lenguaje compartido para la representación del copyright. Las aproximaciones actuales se basan en soluciones puramente sintácticas, simples y difíciles de poner en práctica.La contribución de esta tesis es aplicar una aproximación semántica basada en ontologías Web a la gestión de derechos digitales. Se desarrolla una Ontología del Copyright cuyas piezas básicas son un modelo de creación, los derechos de copyright y las acciones que se pueden llevar a cabo sobre los contenidos. Esta ontología facilita el desarrollo de sistemas de gestión de derechos. También se ha aplicado el enfoque semántico a los principales lenguajes de expresión de derechos. Se han integrado con la ontología para evaluarla y a la vez se han enriquecido con su base semántica. Finalmente, todo esto se ha puesto en práctica en un sistema semántico de gestión de derechos. / One of the main requirements of web digital rights management is a shared language for copyright representation. The current approaches are based on syntactic solutions, which are simple and difficult to put into practice.The contribution of this thesis is to apply a semantic approach based on web ontologies to digital rights management. It develops a Copyright Ontology whose basic pieces are a creation model, the copyrights and the actions that can be carried out on the content. This ontology facilitates rights management systems development. The semantic approach has also been applied to the main rights expression languages. They have been integrated with the ontology in order to evaluate it and, at the same time, they have been enriched with their base semantics. Finally, all this has been put into practice in a semantic digital rights management system.

Study and evaluation of patients with heart failure related with ischemic and dilated cardiomyopathy is interesting for the clinical practice. Similarly, the analysis of the behavior of the respiratory system of patients undergoing extubation process is still research topic, and is particularly important to determine the optimal moment for the weaning process. In Both cases, the study of the cardiac and respiratory systems, and their interaction can contribute to identify new medical process, and increase the knowledge of the pathologies studied. The main goal of this research is the analysis and characterization of the behavior of the cardiovascular system, the respiratory system, and the cardiorespiratory interaction in patients with chronic heart failure, and patients assisted by mechanical ventilation on the processes of weaning trials. We propose the extraction of information that allows to enhance the knowledge of the physiological behavior, and improve the diagnosis and stratification of these patients. Cardiomyopathy is a disease of the cardiac muscle reducing the heart’s pumping ability. Patients with chronic heart failure (CHF) usually present changes in the respiratory behavior, with periodical changes in the tidal volume, known as periodic breathing (PB). In order to study chronic heart failure patients, we propose to analyse the cardiorespiratory interaction through characteristics extracted, in time and frequency domain, from the respiratory flow (FLW), respiratory volume (VOL), electrocardiogram ECG, and blood pressure (BP) signals. The study was performed in 50 patients with dilated cardiomyopathy (19 patients), and ischemic cardiomyopathy (31 patients). A periodic respiratory pattern is considered as an indicator of the severity of these disease. Using the respiratory flow envelope, we calculated the modulation index (M) associated to the periodic breathing. First part of the study considered CHF patients classified based on the modulation index. The study was performed considering 35 segments of signals non modulated (GN, M<10%), and 12 signal segments high modulated (GH, M>75%). Considering these time segments, we studied parameters extracted from the cardiac, respiratory and cardiorespiratory interaction related to the envelope of the respiratory flow signal. The main objective is to analyze differences on the cardiovascular behavior between non modulated and modulated patients. Studying respiratory signals, the main differences were found on the end expiratory lung volume (EELV). Considering the parameters extracted from the ECG, were obtained difference on the spectrum of the upward and downward slope of the QRS complex. Differences were also found on the heart rate variability. From the analysis of the magnitude squared coherence (MSC) between the series and the envelope the main differences were found in the frequency domain on the band of very low frequency. This result suggest that the periodic changes on the tidal volume are presented in the cardiac behavior. CHF patients were also studied through an unsupervised classification based on the K-means method. Time and frequency features extracted from the series were used to perform a 2 clusters classification. Based on these cluster were analyzed the clinical information. Additional, were study the modulation index on these clusters. Results suggest a strong correlation between feature extracted form ECG series and the modulation of the respiratory. Clusters calculated form BP series are related with the blood volume on the ventricle. Mechanical ventilation guarantee a correct alveolar ventilation in patients with respiratory failure. Weaning trial is the process of transfer the respiratory effort from the mechanical ventilator to the patient. This study investigated the contribution of spectral signals of heart rate variability (HRV) and respiratory flow, and their coherence to classifying patients on weaning process from mechanical ventilation. A total of 121 candidates for weaning, undergoing spontaneous breathing tests, were analyzed: 73 were successfully weaned (GS), 33 failed to maintain spontaneous breathing so were reconnected (GF), and 15 were extubated after the test but reintubated within 48 h (GR). The power spectral density and MSC of HRV and respiratory flow signals were estimated. Dimensionality reduction was performed using principal component analysis (PCA) over the spectral signals. Considering this new space formed by the PCA were calculated a fuzzy K-nearest neighbor classification. Best classification index, applying PCA and fKNN methods, were obtained considering the spectral signal of the MSC between HRV and FLW. The classifiers present a good balance between sensibility and specificity, and high accuracy of 92% comparing GS vs. GF, 86% classifying GS vs. GR, and 83% classifying GS vs. GFR. Reintubated patients is the most complex group for the analysis and classification, because at the beginning of the trial the behavior is similar to the success patients, but before 48 h the evolution of the respiratory pattern is more comparable to the failure patients. However, applying our method the index of accuracy, sensibility and specificity comparing GR against the other groups are above 80%. Spectral analysis of weaning trial patients were complemented with a nonlinear study based on the recurrence plot (RP) method. Additional, to the individual RP analysis of the HRV series, inspiratory time series (TI ), and respiratory time series (TTot), were performed the study of the cardiorespiratory interaction through the cross recurrence plot (CRP) and joint recurrence plot (JRP). One of the main issues for the application of the recurrence technique is the correct selection of the embedding dimension (ε). We propose the application of the method based on the analysis of ROC curves comparing observational noise against the signals of the study. This method allow the selection of the optimal ε for each data series. Recurrence matrix where characterized based on the parameters extracted applying the recurrence quantification analysis (RQA). Comparing the different groups that the main differences was observed on the determinism and stationarity of the signals. Patients of the success group show higher values of determinism, suggesting that time series extracted form de GE patients during the weaning trials are more stationary comparing with the orders groups. Analyzing the result obtained from JRP, it concludes that patients from GS show a higher mutual recurrence between HRV and the time series (TI and (TTot. Based on the RQA parameters obtained for each time series extracted, was proposed a supervised classification applying support vector machine technique (SVM). The best classification obtained were abode the 80% in accuracy. The results obtained suggest that recurrence plot and especially joint recurrence plot techniques could improve the discrimination and characterization of patients on weaning trials / El estudio y la evaluación de pacientes con problemas cardíacos relacionados con cardiomiopatía isquémica o dilatada son de gran interés para la práctica clínica. Igualmente, el análisis del comportamiento del sistema respiratorio de pacientes en proceso de extubación continúa siendo tema de investigación, y un reto en la práctica clínica. En ambos casos, el estudio de los sistemas cardíaco y respiratorio, y de su interacción cardiorespiratoria pueden contribuir a definir nuevos procesos clínicos, y a un mayor conocimiento de las patologías estudiadas. Pacientes con fallo cardíaco crónico (CHF) a menudo presentan aumentos y disminuciones periódicas en el volumen de tidal. Para el estudio de estos pacientes se propone el análisis de la interacción cardiorespiratoria, a través de la caracterización en el dominio temporal y frecuencial de las señales de flujo (FLW) y volumen (VOL) respiratorio, la señal ECG y la señal de presión sanguínea (BP). Se analizaron 50 pacientes diagnosticados con cardiomiopatía dilatada (19 pacientes), y cardiomiopatía isquémica (31 pacientes). A partir de la envolvente de la señal FLW se calculó el índice de modulación (M) asociado con el comportamiento periódico de la respiración. Para el estudio fueron considerados 35 segmentos de señal no modulada (GN, M<10%), y 12 segmentos muy modulados (GH, M>75%). Las principales diferencias se encontraron al analizar los parámetros relacionados con el volumen pulmonar al final de la espiración, los valores espectrales de las pendientes de subida y de bajada del complejo QRS, y la variabilidad del ritmo cardíaco (HRV). El análisis de la magnitud de la coherencia al cuadrado (MSC) entre las series extraídas y la envolvente de la señal FLW presentó las principales diferencias en la banda de muy baja frecuencia (VLF), con valores más elevados en los pacientes del grupo GH. Teniendo en cuenta los parámetros temporales y espectrales de las series extraídas de las señales cardiovascular y respiratoria se realizó una clasificación de los pacientes CHF aplicando el método no supervisado K-means. Al analizar las señales de presión sanguínea se observa una marcada correlación entre los clusters formados por el clasificador y los parámetros de volumen de sangre en los ventrículos. El destete es el proceso de transferencia del trabajo respiratorio desde el ventilador mecánico al paciente. Se propone evaluar las componentes espectrales de la HRV, de la señal FLW, y de su coherencia espectral para la identificación de pacientes exitosos (GE) en el test de respiración espontánea, pacientes que fracasan (GF) en el proceso de destete, y pacientes que habiendo superado la prueba inicial de respiración espontánea, antes de 48 h tuvieron que ser reintubados y reconectados al ventilador mecánico (GR). Para este estudio se analizaron las señales ECG y FLW de 121 pacientes asistidos mediante ventilación mecánica y sometidos a la prueba de tubo en T para la extubación. La caracterización del comportamiento cardiorespiratorio se realizó aplicando un análisis de componentes principales (PCA) a los espectros de las señales. En particular, se estudió la magnitud de la coherencia al cuadrado (MSC) como medida espectral del acople entre las señales HRV y FLW. Los pacientes fueron clasificados aplicando la técnica fuzzy K vecinos más cercanos (fKNN). Los mejores índices de clasificación se obtuvieron al considerar la señal espectral de la MSC entre la HRV y FLW, obteniéndose clasificaciones superiores al 80%. El estudio espectral de los pacientes en proceso de extubación se complementó con un estudio no lineal basado en la técnica de recurrence plot (RP). Adicionalmente, al estudio individual de las series de HRV, los tiempos de inspiración (Ti), y los tiempos de duración del ciclo respiratorio (TTot), se realizó el análisis de su interacción aplicando el método de joint recurrence plot (JRP). Pacientes del grupo GE presentaron valores más elevados al compararlos con los otros grupos.

In this Thesis, new methods for monitoring marine species using optical, radio frequency and acoustic technologies have been proposed and evaluated for biological studies in the laboratory and open sea. A study of the current technologies for monitoring species has been carried out, analyzing the advantages and disadvantages of each one. Although optical technologies allow a non-contact (non-invasive) species monitoring, they require a correct positioning of the elements and they are limited to some factors such as the distance (range), the environmental conditions and the biofouling. Radiofrequency devices allow the study of species that come to the surface, or those that live in freshwater environments. But this technology is restricted in the marine environment due the high absorption of the electromagnetic signals in that environment. Acoustic devices facilitate the monitoring of species in open sea and large areas, allowing location and tracking of the animals, but this technology has to challenge different aspects such as the multipath, the temporal and spatial variation of the channel or the Doppler effect, among others. This research has been divided in three parts according the above technologies, in which have been proposed, designed and evaluated successfully different systems to monitoring species. First, the infrared detectors and low-cost cameras have been evaluated for laboratory applications. The proposal provides different solutions such the expansion and the auto configuration to make the system independent of the aquaria size. Likewise, through different algorithms proposed have been reduced false activity detections caused by changes in water quality (turbidity), the presence of particles that obstruct the line of sight between the transmitter and the receiver, and the deterioration of the transducers. In the second part of this work, solutions have been proposed using RFID (Radio Frequency IDentification) technology through the design and experimental validation of a system for tracking species in experimental aquaria. The proposal provides solutions applied to make the system independent of the aquaria size. The results have demonstrated the validity of this technology to locate and track benthic species in confined spaces with a resolution of several centimeters. Finally, the performance of a commercial acoustic monitoring system in shallow waters and near an artificial reef environment where complex and numerous reflections occur, has been evaluated. Due to the lack of standards, the incompatibility between manufacturers and the need to improve the previous results, this part of the research has been directed to build and evaluated an acoustic underwater transducer prototype and an open OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) communication platform, approaching the current advances in underwater acoustics towards the species monitoring systems. / En este trabajo de Tesis se proponen y evalúan nuevos métodos para la monitorización de especies marinas, empleando tecnologías ópticas, por radiofrecuencia y acústicas para estudios biológicos en laboratorio (acuarios de experimentación) y en espacios abiertos. Se ha realizado un estudio de las tecnologías empleadas para la monitorización de especies, presentado y analizado las ventajas e inconvenientes de cada una de ellas. Aunque la tecnología óptica permite el estudio de especies sin contacto (no invasiva), requiere un correcto posicionamiento de sus elementos y está limitada por el alcance, las condiciones cambiantes del medio y la bioincrustación. Los dispositivos de radiofrecuencia permiten el estudio de especies que emergen a la superficie, o las que habitan en entornos de agua dulce; en el entorno marino esta tecnología se encuentra restringida debido a la gran absorción que sufren las señales electromagnéticas en ese medio. Los dispositivos acústicos facilitan la monitorización de especies en espacios abiertos de gran extensión, permitiendo su localización y seguimiento; sin embargo, esta tecnología presenta una gran sensibilidad a diferentes factores que impone el medio marino como el multicamino, la variación temporal y espacial del canal o el efecto Doppler, entre otros. La investigación se ha estructurado en tres partes donde, utilizando las tecnologías citadas, se han propuesto, diseñado y validado con éxito diferentes sistemas de medida. En primer lugar, se han evaluado los detectores de infrarrojos y las cámaras de bajo coste para la monitorización de especies en laboratorio. La propuesta contempla diferentes soluciones que independizan el sistema de las dimensiones del acuario, permitiendo su ampliación y configuración automática. Así mismo, mediante los algoritmos de procesado programados se han reducido las detecciones erróneas causadas por alteraciones de la calidad del agua (turbiedad), la presencia de partículas que obstruyen la línea de vista entre el par emisor-receptor y el deterioro de los transductores. En la segunda parte del trabajo de Tesis se han propuesto soluciones aplicando la tecnología RFID (Radio Frequency IDentification), mediante el diseño y validación experimental de un sistema de localización y seguimiento de especies en acuarios de experimentación. La propuesta realizada plantea mecanismos que independizan el sistema del tamaño del acuario, y permiten la autoconfiguración de sus componentes. Los resultados obtenidos han demostrado la validez de esta tecnología para localizar y seguir la trayectoria de especies bentónicas en espacios reducidos y con una resolución de varios centímetros. Finalmente, se ha evaluado el rendimiento de un equipo acústico comercial en mar abierto, a baja profundidad y en las proximidades de un entorno con arrecifes artificiales, donde ocurren complejas y numerosas reflexiones. Debido a la falta de estándares, la incompatibilidad entre fabricantes y con objeto de mejorar los resultados anteriores, en esta parte de la investigación se ha propuesto, construido y evaluado un prototipo de transductor acústico y una plataforma abierta de comunicaciones OFDM (Ortogonal Frequency Division Multiplexing), acercando la tendencia y los avances actuales en materia de comunicaciones acústicas a los sistemas de monitorización de especies marinas.