En la presente tesis doctoral se exponen los resultados obtenidos en el desarrollo de las lenguas electrónicas para diferentes aplicaciones en el ámbito del medio ambiente y de la industria alimentaria. La lengua electrónica presentada en esta tesis, está basada en la voltametría de pulsos y emplea electrodos metálicos como sensores. Dicha lengua electrónica incluye entre sus sensores, dos conjuntos de metales con reactividades totalmente diferentes como son los por un lado los metales nobles, Pt, Rh, Ir y Au, los cuales son difíciles de oxidar y un conjunto de metales más reactivos como son Co, Cu, Ag y Ni. Estos metales reaccionan con muchos compuestos cambiando su comportamiento electroquímico. Además, en esta tesis también se ha demostrado la importancia que el diseño del de pulsos a aplicar y la duración de la misma tiene en los resultados finales. En el campo del medioambiente, la lengua electrónica ha sido aplicada para la determinación de simulantes de agentes de guerra química o simulantes de agentes nerviosos en agua. En este trabajo se demostró que la lengua electrónica diseñada es capaz de diferenciar entre los simulantes de agentes nerviosos: DCP y DCNP de un conjunto de interferentes, con estructura química de organofosforados. Estudios de PLS han demostrado que la lengua electrónica posee una buena capacidad para cuantificar mezclas de ambos simulantes en presencia de un tercer interferente (OP-2). En la segunda aplicación en este campo, se desarrolló una lengua electrónica aplicada al control de la calidad de las aguas residuales. En este caso, los parámetros más importantes que normalmente se encuentran como contaminantes en las aguas residuales, como la demanda química de oxígeno soluble (DQO), demanda biológica de oxígeno soluble (DBO), nitrógeno amoniacal (NH4-N), ortofosfato (PO4-P) y sulfato (SO4¿S) fueron determinados con resultados satisfactorios. Por último, en el campo de la industria alimentaria se han desarrollado dos aplicaciones distintas. La primera de ella ha sido la determinación simultánea de agentes de curado de carne como son el cloruro, el nitrato y el nitrito en nuestras de carne picada. La segunda aplicación en este campo, ha sido el desarrollo de una lengua electrónica capaz de seguir el proceso de maduración de 7 de las más comunes variedades de uvas (Macabeo, Chardonnay, Pinot Noir, Sauvignon Caberné, Shyrah, Merlot y Bobal), y además, controlar el proceso de fermentación de una variedad en concreto, la uva Macabeo. / Campos Sánchez, I. (2013). Sensores electroquímicos tipo lengua electrónica voltamétrica aplicados al control medioambiental y a la industria alimentaria [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/28937

En esta tesis se han investigado los algoritmos de decodificación para códigos de comprobación de paridad de baja densidad (LDPC) y las arquitecturas para la implementación hardware de éstos. El trabajo realizado se centra en los algoritmos del tipo de intercambio de mensajes para códigos estructurados los cuales se incluyen en varios estándares de comunicaciones. Inicialmente se han evaluado las prestaciones de los algoritmos existentes Sum-product, Min-Sum y las principales variantes de este último (Min-Sum con escalado y Min-Sum con offset). Además, se ha realizado un análisis de precisión finita utilizando los códigos LDPC de los estándares IEEE 802.3an, IEEE 802.11n e IEEE 802.16e. Posteriormente se han propuesto dos algoritmos basados en el algoritmo Min-Sum, denominados Min-Sum entero y Min-Sum modificado con corrección. La complejidad de éstos es menor que las de los algoritmos estudiados anteriormente y además permiten una implementación hardware eficiente. Por otra parte, se han estudiado diferentes métodos de actualización de los algoritmos de decodificación: por inundación, por capas horizontales (layered) y por capas verticales (shuffled), y se ha propuesto un nuevo método por capas verticales entrelazadas (x-shuffled) que consigue mejorar la tasa de decodificación. Tras el estudio algorítmico, se han realizado implementaciones hardwar} con diferentes arquitecturas para los algoritmos y métodos de actualización evaluados y propuestos. En la mayoría de algoritmos implementados se requiere el cálculo de los dos primeros mínimos, por lo que inicialmente se realiza un estudio de las arquitecturas hardware para realizar este cálculo y se ha propuesto una nueva arquitectura de menor complejidad. En segundo lugar se ha realizado una comparación de las prestaciones hardware de los diferentes algoritmos con las arquitecturas de referencia: completamente paralela y parcialmente paralela basada en memorias. También se han propuesto dos arquitecturas enfocadas a la alta velocidad, la cuales se implementan con el algoritmo Sum-Product. La primera es una modificación de la arquitectura Sliced Message-Passing que consigue una reducción en el área de la implementación, y la segunda, es una arquitectura específica para el método de actualización propuesto x-shuffled que alcanza tasas de decodificación muy altas. Finalmente, se han implementado los algoritmos propuestos con la arquitectura layered obteniendo implementaciones hardware eficientes con baja área y muy alta tasa de decodificación. Estas últimas consiguen un ratio entre tasa de decodificación y área mejor que las implementaciones existentes en la literatura. Por último, se ha evaluado el comportamiento de los algoritmos de decodificación estudiados en la zona de baja tasa de error, donde las prestaciones se suelen degradar debido a la aparición de un suelo de error. Para ello se ha implementado un simulador hardware usando dispositivos FPGA. La tasa de datos alcanzada con el simulador hardware diseñado es superior a la de otros simuladores documentados en la literatura. En la zona de baja tasa de error el algoritmo propuesto Min-Sum modificado con corrección presenta un mejor comportamiento que el resto de algoritmos evaluados, consiguiendo bajar el suelo de error varios órdenes de magnitud. / Angarita Preciado, FE. (2013). Diseño de decodificadores de altas prestaciones para código LDPC [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/31646

En esta tesis se estudia el dise¿no de decodificadores no-binarios para la correcci'on de errores en sistemas de comunicaci'on modernos de alta velocidad. El objetivo es proponer soluciones de baja complejidad para los algoritmos de decodificaci'on basados en los c'odigos de comprobaci'on de paridad de baja densidad no-binarios (NB-LDPC) y en los c'odigos Reed-Solomon, con la finalidad de implementar arquitecturas hardware eficientes. En la primera parte de la tesis se analizan los cuellos de botella existentes en los algoritmos y en las arquitecturas de decodificadores NB-LDPC y se proponen soluciones de baja complejidad y de alta velocidad basadas en el volteo de s'¿mbolos. En primer lugar, se estudian las soluciones basadas en actualizaci'on por inundaci 'on con el objetivo de obtener la mayor velocidad posible sin tener en cuenta la ganancia de codificaci'on. Se proponen dos decodificadores diferentes basados en clipping y t'ecnicas de bloqueo, sin embargo, la frecuencia m'axima est'a limitada debido a un exceso de cableado. Por este motivo, se exploran algunos m'etodos para reducir los problemas de rutado en c'odigos NB-LDPC. Como soluci'on se propone una arquitectura basada en difusi'on parcial para algoritmos de volteo de s'¿mbolos que mitiga la congesti'on por rutado. Como las soluciones de actualizaci 'on por inundaci'on de mayor velocidad son sub-'optimas desde el punto de vista de capacidad de correci'on, decidimos dise¿nar soluciones para la actualizaci'on serie, con el objetivo de alcanzar una mayor velocidad manteniendo la ganancia de codificaci'on de los algoritmos originales de volteo de s'¿mbolo. Se presentan dos algoritmos y arquitecturas de actualizaci'on serie, reduciendo el 'area y aumentando de la velocidad m'axima alcanzable. Por 'ultimo, se generalizan los algoritmos de volteo de s'¿mbolo y se muestra como algunos casos particulares puede lograr una ganancia de codificaci'on cercana a los algoritmos Min-sum y Min-max con una menor complejidad. Tambi'en se propone una arquitectura eficiente, que muestra que el 'area se reduce a la mitad en comparaci'on con una soluci'on de mapeo directo. En la segunda parte de la tesis, se comparan algoritmos de decodificaci'on Reed- Solomon basados en decisi'on blanda, concluyendo que el algoritmo de baja complejidad Chase (LCC) es la soluci'on m'as eficiente si la alta velocidad es el objetivo principal. Sin embargo, los esquemas LCC se basan en la interpolaci'on, que introduce algunas limitaciones hardware debido a su complejidad. Con el fin de reducir la complejidad sin modificar la capacidad de correcci'on, se propone un esquema de decisi'on blanda para LCC basado en algoritmos de decisi'on dura. Por 'ultimo se dise¿na una arquitectura eficiente para este nuevo esquema / García Herrero, FM. (2013). Architectures for soft-decision decoding of non-binary codes [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/33753 / Premios Extraordinarios de tesis doctorales

La electrofisiología cardíaca permite el estudio de la actividad eléctrica de regiones específicas del corazón y, por tanto, el análisis de las modificaciones de sus características en regiones sometidas a cambios tales como el estiramiento miocárdico agudo. El estiramiento miocárdico modifica las propiedades electrofisiológicas de los cardiomiocitos, originando arritmias cardíacas en diferentes situaciones patológicas. Los efectos mecánicos del estiramiento inducen cambios relacionados con el calcio, y son varios los mecanismos que han sido implicados, incluyendo un incremento de la entrada de Na+ y la activación secuencial de los intercambiadores Na+/H+ y Na+/Ca2+ (modo inverso), ligados a eventos autocrino/paracrinos. Esta Tesis Doctoral tiene como principal objetivo el estudio de la posible participación de estos mecanismos en las respuestas electrofisiológicas al estiramiento mediante el análisis de las modificaciones farmacológicas de dichas respuestas. Se han estudiado las modificaciones de las características de la activación miocárdica durante la fibrilación ventricular (FV) y de las propiedades electrofisiológicas miocárdicas inducidas por el estiramiento miocárdico agudo en 44 corazones de conejo aislados y perfundidos en un sistema Langendorff, utilizando electrodos múltiples epicárdicos y técnicas de cartografía eléctrica, bajo condiciones control (n=9) y durante la perfusión del antagonista de los receptores tipo 1 de angiotensina II losartán 1µM (n=8), del antagonista de los receptores tipo A de endotelina BQ-123 0,1µM (n=9), del inhibidor del intercambiador Na+/H+ 5-(N-ethyl-N-isopropyl)-amiloride (EIPA) 1µM (n=9) y del inhibidor de la corriente tardía de Na+ ranolazina 5µM (n=9) / Canto Serrano, ID. (2015). Estudio de las modificaciones farmacológicas de los efectos electrofisiológicos producidos por el estiramiento local miocárdico a partir de técnicas dinámicas de cartografía eléctrica, en un modelo experimental de corazón aislado de conejo [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/48544

[EN] Multilevel inverters are being used in high-power applications, but the use of those topologies in small-power photovoltaic power plants presents some advantages. In this Thesis it is proposed a transformerless grid-connected single-phase photovoltaic inverter topology, called NPC+GCC, based on a multilevel topology. The characteristics of the NPC+GCC are of great interest for grid-connected transformerless inverters. It is demonstrated that that topology generates a very low capacitive leakage current, which is well below the limits stablished by the DIN VDE 0123-1-1 norm. The NPC+GCC topology permits the connection of a pair of photovoltaic sources on its input, getting the maximum power of both sources simultaneously. The efficiency of the power electronic converter is very high, since cascaded power stages are not used. This feature is of great interest in photovoltaic generation in urban areas because of the partial shadowing of the photovoltaic modules. Partial shadowing significantly deteriorates the energy harvesting. The double maximum power point tracking of the NPC+GCC reduces the effects of partial shadowing. Moreover, the inverter has been designed for working in distributed generation microgrids, an upcoming scenario. The main features of the inverter, transformerless and with a double maximum power point tracking, are especially relevant for power generation in the context of microgrids. The design has been validated by means of the construction and experimental study of an NPC+GCC converter with a nominal power of 5kW. / [ES] Los inversores multinivel se utilizan de forma habitual en aplicaciones de gran potencia, pero la aplicación de las topologías multinivel en la generación fotovoltaica de pequeña potencia presenta algunas ventajas de interés. Se propone una topología de inversor fotovoltaico monofásico de inyección a red sin transformador, basada en las topologías multinivel, llamada NPC+GCC. Esta topología presenta características de gran interés para su uso como inversor sin transformador directamente conectado a la red eléctrica. Se estudia su tensión de modo común, y cómo esta genera una corriente de derivación capacitiva que se mantiene muy por debajo de los límites permitidos por la normativa. La topología NPC+GCC permite la conexión de dos generadores fotovoltaicos en su entrada, sobre los que efectuará una búsqueda del punto de máxima potencia de manera totalmente independiente y con un elevado rendimiento y fiabilidad, ya que no utiliza convertidores conectados en cascada para realizar esta función. Esta característica es de especial interés para la generación fotovoltaica en entornos urbanos, pues frecuentemente aparecen sombreados parciales sobre los módulos fotovoltaicos, que pueden deteriorar significativamente el aprovechamiento energético. El doble seguimiento del punto de máxima potencia permite reducir la influencia del sombreado parcial. Además, el inversor está diseñado para funcionar en microrredes de generación distribuida, adaptando así la generación fotovoltaica al nuevo escenario que está naciendo en la actualidad. Las principales características del inversor (sin transformador y con doble seguimiento del punto de máxima potencia) son de especial relevancia para la generación en el entorno de microrredes. El diseño se ha validado mediante la construcción y experimentación de un convertidor NPC+GCC de potencia nominal 5kW. / [CA] Els inversors multinivell s'utilitzen de forma habitual en aplicacions de gran potència, però l'aplicació de les topologies multinivell en la generació fotovoltaica de petita potència presenta alguns avantatges d'interès. Proposem una topologia d'inversor fotovoltaic monofàsic d'injecció a xarxa sense transformador, basada en topologies multinivell, anomenada NPC+GCC. Aquesta topologia presenta característiques de gran interès per l'ús com a inversor sense transformador directament connectat a la xarxa elèctrica. N'estudiem la tensió de mode comú, i com aquesta genera un corrent de derivació capacitiu que es manté molt per davall dels límits permesos per la normativa. La topologia NPC+GCC permet la connexió de dos generadors fotovoltaics en l'entrada, sobre els quals efectuarà una cerca del punt de màxima potència de manera totalment independent i amb una elevada eficiència i fiabilitat, ja que no usa convertidors connectats en sèrie per a dur a terme aquesta funció. Aquesta característica és d'interès especial per a la generació fotovoltaica en entorns urbans, ja que freqüentment apareixen ombrejats parcials als mòduls fotovoltaics, que poden deteriorar significativament l'aprofitament energètic. El doble seguiment del punt de màxima potència permet reduir la influència de l'ombrejat parcial. A més, l'inversor està dissenyat per a funcionar en microxarxes de generació distribuïda, i així la generació fotovoltaica s'adapta al nou escenari que està naixent en l'actualitat. Les principals característiques de l'inversor (sense transformador i amb doble seguiment del punt de màxima potència) són d'especial rellevància per a la generació en l'entorn de microxarxes. El disseny ha sigut validat per mitjà de la construcció i l'experimentació d'un convertidor NPC+GCC de potència nominal 5kW. / Patrao Herrero, I. (2015). Concepción e integración en microrredes residenciales de inversores multinivel sin transformador de aislamiento con extracción simultánea de la máxima potencia de múltiples generadores fotovoltaicos [Tesis doctoral]. Editorial Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/52023

Tesis por compendio / [EN] Heart failure (HF) constitutes a major public health problem worldwide. Operationally it is defined as a clinical syndrome characterized by the marked and progressive inability of the ventricles to fill and generate adequate cardiac output to meet the demands of cellular metabolism that may have significant variability in its etiology and it is the final common pathway of various cardiac pathologies. Much attention has been paid to the understanding of the arrhythmogenic mechanisms induced by the structural, electrical, and metabolic remodeling of the failing heart. Due to the complexity of the electrophysiological changes that may occur during heart failure, the scientific literature is complex and sometimes equivocal. Nevertheless, a number of common features of failing hearts have been documented. At the cellular level, prolongation of the action potential (AP) involving ion channel remodeling and alterations in calcium handling have been established as the hallmark characteristics of myocytes isolated from failing hearts. At the tissue level, intercellular uncoupling and fibrosis are identified as major arrhythmogenic factors. In this Thesis a computational model for cellular heart failure was proposed using a modified version of Grandi et al. model for human ventricular action potential that incorporates the formulation of the late sodium current (INaL) in order to study the arrhythmogenic processes due to failing phenotype. Experimental data from several sources were used to validate the model. Due to extensive literature in the subject a sensitivity analysis was performed to assess the influence of main ionic currents and parameters upon most related biomarkers. In addition, multiscale simulations were carried out to characterize this pathology (transmural cardiac fibres and tissues). The proposed model for the human INaL and the electrophysiological remodeling of myocytes from failing hearts accurately reproduce experimental observations. An enhanced INaL appears to be an important contributor to the electrophysiological phenotype and to the dysregulation of calcium homeostasis of failing myocytes. Our strand simulation results illustrate how the presence of M cells and heterogeneous electrophysiological remodeling in the human failing ventricle modulate the dispersion of action potential duration (APD) and repolarization time (RT). Conduction velocity (CV) and the safety factor for conduction (SF) were also reduced by the progressive structural remodeling during heart failure. In our transmural ventricular tissue simulations, no reentry was observed in normal conditions or in the presence of HF ionic remodeling. However, defined amount of fibrosis and/or cellular uncoupling were sufficient to elicit reentrant activity. Under conditions where reentry was generated, HF electrophysiological remodeling did not alter the width of the vulnerable window (VW). However, intermediate fibrosis and cellular uncoupling significantly widened the VW. In conclusion, enhanced fibrosis in failing hearts, as well as reduced intercellular coupling, combine to increase electrophysiological gradients and reduce electrical propagation. In that sense, structural remodeling is a key factor in the genesis of vulnerability to reentry, mainly at intermediates levels of fibrosis and intercellular uncoupling. / [ES] La insuficiencia cardíaca (IC) constituye un importante problema de salud pública en todo el mundo. Operacionalmente se define como un síndrome clínico caracterizado por la incapacidad marcada y progresiva de los ventrículos para llenar y generar gasto cardíaco adecuado para satisfacer las demandas del metabolismo celular, que puede tener una variabilidad significativa en su etiología y es la vía final común de varias patologías cardíacas. Se ha prestado mucha atención a la comprensión de los mecanismos arritmogénicos inducidos por la remodelación estructural, eléctrica, y metabólica del corazón afectado de IC. Debido a la complejidad de los cambios electrofisiológicos que pueden ocurrir durante la IC, la literatura científica es compleja y, a veces equívoca. Sin embargo, se han documentado una serie de características comunes en corazones afectados de IC. A nivel celular, se han establecido como las características distintivas de los miocitos aislados de corazones afectados de IC la prolongación del potencial de acción (PA), que implica la remodelación de los canales iónicos y las alteraciones en la dinámica del calcio. A nivel de los tejidos, el desacoplamiento intercelular y la fibrosis se identifican como los principales factores arritmogénicos. En esta tesis se propuso un modelo celular computacional para la insuficiencia cardíaca utilizando una versión modificada del modelo de potencial de acción ventricular humano de Grandi y colaboradores que incorpora la formulación de la corriente tardía de sodio (INaL) con el fin de estudiar los procesos arritmogénicas debido al fenotipo de la IC. Los datos experimentales de varias fuentes se utilizaron para validar el modelo. Debido a la extensa literatura en la temática se realizó un análisis de sensibilidad para evaluar la influencia de las principales corrientes iónicas y los parámetros sobre los biomarcadores relacionados. Además, se llevaron a cabo simulaciones multiescala para caracterizar esta patología (en fibras y tejidos transmurales). El modelo propuesto para la corriente tardía de sodio y la remodelación electrofisiológica de los miocitos de corazones afectados de IC reprodujeron con precisión las observaciones experimentales. Una INaL incrementada parece ser un importante contribuyente al fenotipo electrofisiológico y la desregulación de la homeostasis del calcio de los miocitos afectados de IC. Nuestros resultados de la simulaciones en fibra ilustran cómo la presencia de células M y el remodelado electrofisiológico heterogéneo en el ventrículo humano afectado de IC modulan la dispersión de la duración potencial de acción (DPA) y el tiempo de repolarización (TR). La velocidad de conducción (VC) y el factor de seguridad para la conducción (FS) también se redujeron en la remodelación estructural progresiva durante la insuficiencia cardíaca. En nuestras simulaciones transmurales de tejido ventricular, no se observó reentrada en condiciones normales o en presencia de la remodelación iónica de la IC. Sin embargo, determinadas cantidades de fibrosis y / o desacoplamiento celular eran suficientes para provocar la actividad reentrante. En condiciones donde se había generado la reentrada, el remodelado electrofisiológico de la IC no alteró la anchura de la ventana vulnerable (VV). Sin embargo, niveles intermedios de fibrosis y el desacoplamiento celular ampliaron significativamente la VV. En conclusión, niveles elevados de fibrosis en corazones afectados de IC, así como la reducción de acoplamiento intercelular, se combinan para aumentar los gradientes electrofisiológicos y reducir la propagación eléctrica. En ese sentido, la remodelación estructural es un factor clave en la génesis de la vulnerabilidad a las reentradas, principalmente en niveles intermedios de fibrosis y desacoplamiento intercelular. El remodelado electrofisiológico promueve la arritmogénesis y puede ser alterado dependi / [CA] La insuficiència cardíaca (IC) constitueix un important problema de salut pública arreu del món. A efectes pràctics, es defineix com una síndrome clínica caracteritzada per la incapacitat marcada i progressiva dels ventricles per omplir i generar el cabal cardíac adequat, per tal de satisfer les demandes del metabolisme cel·lular, el qual pot tenir una variabilitat significativa en la seua etiologia i és la via final comuna de diverses patologies cardíaques. S'ha prestat molta atenció a la comprensió dels mecanismes aritmogènics induïts per la remodelació estructural, elèctrica, i metabòlica del cor afectat d'IC. A causa de la complexitat dels canvis electrofisiològics que poden ocórrer durant la IC, trobem que la literatura científica és complexa i, de vegades, equívoca. No obstant això, s'han documentat una sèrie de característiques comunes en cors afectats d'IC. A nivell cel·lular, com característiques distintives dels miòcits aïllats de cors afectats d'IC, s'han establert la prolongació del potencial d'acció (PA), que implica la remodelació dels canals iònics, i les alteracions en la dinàmica del calci. A nivell dels teixits, el desacoblament intercel·lular i la fibrosi s'identifiquen com els principals factors aritmogènics. Per tal d'estudiar els processos aritmogènics a causa del fenotip de la IC, es va proposar un model cel·lular computacional d'IC utilitzant una versió modificada del model de potencial d'acció ventricular humà de Grandi i els seus col·laboradors, el qual incorpora la formulació del corrent de sodi tardà (INaL). Amb l'objectiu de validar el model es van utilitzar dades experimentals de diverses fonts. A causa de l'extensa literatura en la temàtica, es va realitzar una anàlisi de sensibilitat per tal d'avaluar la influència de les principals corrents iòniques i els paràmetres sobre els biomarcadors relacionats. A més, es van dur a terme simulacions multiescala per a la caracterització d'aquesta patología (fibres i teixits transmurals). El model proposat per al corrent de sodi tardà i la remodelació electrofisiològica dels miòcits de cors afectats d'IC van reproduir amb precisió les observacions experimentals. Una INaL incrementada sembla contribuir de manera important al fenotip electrofisiològic i a la desregulació de l'homeòstasi del calci dels miòcits afectats d'IC. Els resultats de les nostres simulacions en fibra indiquen que la presència de cèl·lules M i el remodelat electrofisiològic heterogeni en el ventricle humà afectat d'IC modulen la dispersió de la durada del potencial d'acció (DPA) i el temps de repolarització (TR). La velocitat de conducció (VC) i el factor de seguretat per a la conducció (FS) també es van reduir en la remodelació estructural progressiva durant la IC. A les nostres simulacions transmurals de teixit ventricular, no s'observà cap reentrada ni en condicions normals ni en presència de la remodelació iònica de la IC. No obstant això, amb determinades quantitats de fibrosi i/o desacoblament cel·lular sí que es provocà l'activitat reentrant. I amb les condicions que produïren la reentrada, el remodelat electrofisiològic de la IC no va alterar l'amplada de la finestra vulnerable (FV). Tanmateix, nivells intermedis de fibrosi i el desacoblament cel·lular sí que ampliaren significativament la FV. En conclusió, nivells elevats de fibrosi en cors afectats d'IC, així com la reducció d'acoblament intercel·lular, es combinen per augmentar els gradients electrofisiològics i reduir la propagació elèctrica. Per tant, la remodelació estructural és un factor clau en la gènesi de la vulnerabilitat a les reentrades, principalment en nivells intermedis de fibrosi i desacoblament intercel·lular. / Gómez García, JF. (2015). Multiscale Modeling and Simulation of Human Heart Failure [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/52389 / Compendio

[EN] Metamaterials are periodic structures whose unit cells are small compared to the wavelength at the operating frequency. Under these conditions, these artificial materials can be considered as homogeneous media whose constitutive parameters depend on the characteristics of the unit cells. The discovery of metamaterials opened a new research field that has produced many works with microwaves, optical waves and acoustic waves. In this context, the main goal of this thesis is the study of new structures based on metamaterials that allow controlling of electromagnetic energy. In particular, new solutions for localization and absorption of electromagnetic waves are proposed. The thesis has been developed in the Wave Phenomena Group of the Polytechnic University of Valencia and in collaboration with the Group of Acoustic and Electromagnetic Metamaterials at the University of Exeter. The problems studied in the first part of this thesis are energy harvesting for subsequent absorption, wireless power transfer and new systems that can be used as position sensors. To solve these problems a new type of cylindrical, multilayer and anisotropic structures known as Radial Photonic Crystals are used. The radial dependence of the constitutive parameters generates, in these structures, a behavior like a one dimensional photonic crystals. Among the results obtained with these structures, it is included the first experimental demonstration of a Radial Photonic Crystals based resonator. Absorption of electromagnetic waves by thin layers of lossy materials is the second topic of this thesis. The main target is the theoretical and experimental study of the absorption enhancement in thin layers by using two-dimensional periodic structures, also called metasurfaces. Specifically, we studied the effects of a square lattice of coaxial cavities covered by a thin layer of lossy material. As a result, an enhancement of the absorption peaks that can produce total absorption is achieved. The semi-analytical study of this structure has allowed obtaining expressions that control the position of the absorption peak and its amplitude; which have helped to develop a design methodology for total absorption systems. / [ES] Los metamateriales son estructuras periódicas cuyas celdas unidad son muy pequeñas en comparación con la longitud de onda a la frecuencia de trabajo. Bajo estas condiciones, estos materiales artificiales pueden considerarse como medios homogéneos cuyos parámetros constitutivos dependen de las características de las celdas unidad que los componen. La aparición de los metamateriales abrió un nuevo campo de investigación que ha generado multitud de trabajos en las líneas de microondas, óptica y acústica. En este contexto, el objetivo principal de esta tesis es el estudio de nuevas estructuras basadas en metamateriales que permitan el control de la energía electromagnética. En particular, plantea nuevas soluciones para problemas de localización y absorción de ondas electromagnéticas. La tesis ha sido desarrollada en el Grupo de Fenómenos Ondulatorios de la Universidad Politécnica de Valencia y en colaboración con el Grupo de Metamateriales Acústicos y Electromagnéticos de la Universidad de Exeter. Los problemas estudiados en la primera parte de esta tesis son la concentración de energía para su posterior absorción, la transferencia inalámbrica de potencia y nuevos sistemas capaces de ser empleados como sensores de posición. Para la solución de estos problemas se emplean un nuevo tipo de estructuras cilíndricas, multicapa y anisótropas conocidas como Cristales Fotónicos Radiales. La dependencia radial de los parámetros constitutivos de los materiales que componen cada una de sus capas genera, en estas estructuras, un comportamiento similar al de los cristales fotónicos unidimensionales. Entre los resultados obtenidos con estas estructuras, cabe destacar la primera demostración experimental de un resonador basado en Cristales Fotónicos Radiales. La absorción de ondas electromagnéticas por capas delgadas de materiales con pérdidas es el segundo tema tratado en esta tesis. El objetivo principal es el estudio teórico y experimental del aumento de la absorción en capas delgadas mediante el uso de estructuras periódicas bidimensionales, también llamadas metasuperficies. En concreto, se han estudiado los efectos de una red cuadrada de cavidades coaxiales sobre la que se coloca una capa delgada de un material con pérdidas. Como resultado, se consigue un aumento de la absorción que permite obtener picos de absorción total. El estudio semianalítico de esta estructura ha permitido obtener expresiones que controlan la posición del pico de absorción y su amplitud; las cuales han permitido desarrollar una metodología de diseño para sistemas de absorción total. / [CA] Els metamateriales són estructures periòdiques en els que les cel·les unitat són molt xicotetes en comparació amb la longitud d'ona a la freqüència de treball. Tenint en consideració aquestes condicions, aquestos materials artificials poden considerar-se com a mitjans homogenis en els que els paràmetres constitutius depenen de les característiques de les cel·les unitat que els componen. A més, l'aparició dels metamateriales va obrir un nou camp d'investigació que ha generat multitud de treballs en les línies de microones, òptica i acústica. En aquest context, l'objectiu principal d'aquesta tesi és l'estudi de noves estructures basades en metamateriales que permeten el control de l'energia electromagnètica. En particular, planteja noves solucions per a problemes de localització i absorció d'ones electromagnètiques. La tesi ha sigut realitzada en el Grup de Fenòmens Ondulatoris de la Universitat Politècnica de València i en col·laboració amb el Grup de Metamateriales Acústics i Electromagnètics de la Universitat d'Exeter. Els problemes analitzats en la primera part de la tesi són la concentració d'energia per a la seua posterior absorció, la transferència inalàmbrica de potència i nous sistemes capaços de ser empleats com a sensors de posició. Per a la solució dels problemas identificats s'utilitza un nou tipus d'estructures cilíndriques, multicapa i anisòtropes conegudes com a Cristalls Fotónics Radials. La dependència radial dels paràmetres constitutius dels materials que componen cadascuna de les seues capes genera, en aquestes estructures, un comportament semblant al dels Cristalls Fotónics Unidimensionals. Entre els resultats obtinguts, cal destacar la primera demostració experimental d'un ressonador basat en Cristalls Fotónics Radials. Pel que respecta a la segon part de la tesi, l'absorció d'ones electromagnètiques per capes primes de materials amb pèrdues és tema tractat. L'objectiu principal és l'estudi teòric i experimental de l'augment de l'absorció en capes primes per mitjà de l'ús d'estructures periòdiques bidimensionals, també denominades metasuperficies. En concret, s'han examinat els efectes d'una xarxa quadrada de cavitats coaxials sobre la qual es col·loca una capa prima d'un material amb pèrdues. Com a resultat, s'aconseguix un augment de l'absorció que permet obtindre pics d'absorció total. Així mateix, l'estudi semi-analític d'aquesta estructura ha permés obtindre expressions que controlen la posició del pic d'absorció i la seua amplitud; les quals han permés desenvolupar una metodologia de disseny per a sistemes d'absorció total. / Díaz Rubio, A. (2015). Control of electromagnetic energy by metamaterials [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/54137

[EN] The use of renewable energy sources has a positive impact on the environment and the economy, so that countries with a deficit of fossil fuels can reduce their energy dependence on other countries. Photovoltaic (PV) systems connected to the grid must comply with the current EMC regulations, which regulate the level of distortion of the current injected into the grid, THDi. Moreover, the PV market requires cheaper and more reliable systems. One of the major issues about the reliability of PV inverters is the presence of electrolytic capacitors at the DC-Link feeding the inverter. There is a trend to reduce the required capacitance in order to replace the electrolytic capacitors by film capacitors, which are more durable. Two major effects of the DC-Link capacitance reduction are the increase of the voltage ripple at the capacitors and higher transient variations of that voltage under small operating point changes of the inverter. These variations must be bounded for the proper operation of the inverter. In this Ph.D. thesis the implementation of control structures based on second order generalized integrators (SOGI) are studied. These structures are developed for two-stage PV inverters in order to achieve a higher dynamic response of the DC-Link voltage control. The frequency adaptability of SOGI structures helps to reduce the THDi of the grid injected current in the case of variations of the grid frequency, even under highly distorted grid voltage conditions. Recently, several research works have focused on reducing the number of sensors in the PV inverters, which has a positive impact on costs reduction. Maximum power point tracking (MPPT) algorithms are implemented to optimize the performance of PV systems. Classical MPPT algorithms use current and voltage sensors for estimating the power extracted from the PV panel. MPPT sensorless algorithms that do not require sensors in the PV panel have been developed in this thesis, based on the improvement of the PV inverter voltage control loop achieved by the use of SOGIs. The performance of the proposed MPPT algorithms is similar to that of classical ones, but at a lower cost. Two two-stage PV inverter prototypes have been built for performing experimental tests in order to validate the theoretical studies and proposals presented in this thesis. The specifications of the inverter have been defined to connect a single PV panel of 230W to the grid with high frequency galvanic isolation between the PV panel and the grid. One inverter is equipped with a standard size DC-Link and the other one is equipped with a reduced size DC-Link in order to compare the behavior of both DC-Link sizes. The inverter is operating with current and voltage sensors to measure the extracted power from the PV panel. This implementation allows comparing classical MPPT algorithms, which make use of those sensors, with sensorless MPPT algorithms, working at the same environmental conditions. / [ES] El aprovechamiento de las fuentes de energía renovables tiene un impacto positivo tanto en el medio ambiente como en la economía, de manera que los países deficitarios en combustibles fósiles pueden disminuir su dependencia energética de otros países. Los sistemas fotovoltaicos (PV) conectados a la red eléctrica han de ajustarse al cumplimiento de la normativa vigente de compatibilidad electromagnética, que regula el nivel de distorsión de la corriente inyectada en la red. Además, el mercado demanda sistemas más económicos y más fiables. Uno de los puntos críticos en la fiabilidad de los inversores, es la presencia de condensadores electrolíticos en la DC-Link del convertidor. Se están realizado numerosos estudios para disminuir la capacidad de los condensadores necesaria, con el objetivo de poder sustituir los electrolíticos por condensadores de película, que son más duraderos. La disminución en el tamaño de la DC-Link tiene como consecuencias principales el aumento del rizado de tensión en los condensadores y mayores variaciones del valor medio de la tensión ante pequeños cambios en el punto de trabajo del inversor. Para el correcto funcionamiento del inversor estas variaciones deben estar acotadas. En la presente tesis se estudia la implementación de estructuras de control de la tensión de la DC-Link con mayor respuesta dinámica, orientada a inversores fotovoltaicos de dos etapas. Empleando estructuras basadas en integradores generalizados de segundo orden (SOGI) se ha conseguido inyectar una corriente de muy baja distorsión en la red, incluso funcionando con redes eléctricas con tensión altamente distorsionada. La adaptabilidad en frecuencia de las estructuras SOGI es un factor clave para mantener la eficacia del control de la tensión. Numerosas investigaciones se centran en la reducción del número de sensores de los inversores. Esto tiene un impacto positivo en la reducción de costes. Los algoritmos de seguimiento de máxima potencia (MPPT) clásicos, que se implementan en los inversores para optimizar el rendimiento de los paneles fotovoltaicos, hacen uso de sensores de tensión y corriente para estimar la potencia extraída del panel. En los últimos tiempos se ha desarrollado diversos algoritmos MPPT sensorless que no requieren sensores en el panel fotovoltaico. Las mejoras obtenidas en la presente tesis para el control de la tensión en la DC-Link, han permitido la implementación de un algoritmo MPPT sensorless con prestaciones similares a los algoritmos clásicos, pero con un coste inferior. Se ha realizado ensayos experimentales para validar los estudios y las propuestas realizadas. Para ello se han construido dos prototipos de un inversor fotovoltaico de dos etapas. Las especificaciones del inversor se han definido para conectar a la red un panel de 230W con aislamiento galvánico en alta frecuencia entre el panel y la red. Cada inversor tiene una DC-Link diferente para comparar el efecto entre una DC-Link de tamaño reducido con una DC-Link de tamaño estándar. El inversor está equipado con sensores de tensión y corriente para medir la potencia extraída del panel fotovoltaico. Esto permite comparar, en las mismas condiciones, algoritmos MPPT clásicos que emplean sensores de las magnitudes eléctricas del panel y algoritmos sensorless que no hacen uso de esos sensores. / [CA] L'aprofitament de les fonts d'energia renovables té un impacte positiu, tant en el medi ambient com en l'economia, de manera que els països deficitaris en combustibles fòssils poden disminuir la seua dependència energètica d'altres països. Els sistemes fotovoltaics (PV) connectats a la xarxa elèctrica han d'ajustar-se al compliment de la normativa vigent de compatibilitat electromagnètica, que regula el nivell de distorsió del corrent injectat a la xarxa. A més, el mercat demana sistemes més econòmics i més fiables. Un dels punts crítics de la fiabilitat dels inversors és la presència de condensadors electrolítics en la DC-link dels convertidors. S'estan realitzant nombrosos estudis per disminuir la capacitat dels condensadors necessària amb l'objectiu de substituir els electrolítics per condensadors de pel·lícula, que son més duradors. La disminució en la grandària de la DC-link té com a conseqüència principal l'augment de l'arrissament de la tensió en els condensadors, davant de canvis menuts en el punt de treball de l'inversor. Per al correcte funcionament de l'inversor, aquestes variacions han d'estar acotades. En la present tesi s'estudia la implementació d'estructures de control de la tensió en la DC-link amb major resposta dinàmica, orientada a inversors fotovoltaics de dues etapes. Emprant estructures basades en integradors generalitzats de segon ordre (SOGI) s'ha aconseguit injectar un corrent amb molt baixa distorsió a la xarxa, fins i tot, funcionant amb xarxes elèctriques amb tensió altament distorsionada. L'adaptabilitat en freqüència de les estructures SOGI és un factor clau per mantenir l'eficàcia del control de l'inversor. Nombroses investigacions es centren en la reducció del nombre de sensors dels inversors. Això te un impacte positiu en la reducció de costos. Els algorismes de seguiment de màxima potencia (MPPT) clàssics, que s'implementen en els inversors per optimar el rendiment dels panells fotovoltaics, fan ús de sensors de tensió i corrent per estimar la potència treta del panell. En els últims temps, s'han desenvolupat diversos algoritmes MPPT sensorless, que no requereixen sensors en el panell fotovoltaic. Les millores obtingudes en la present tesi per al control de la tensió en la DC-link han permès la implementació d'un algorisme MPPT sensorless amb prestacions similars als algorismes clàssics, però amb un cost inferior. S'han realitzat assajos experimentals per validar els estudis i les propostes realitzades. Per a això, s'han construït dos prototips d'un inversor fotovoltaic de dues etapes. Les especificacions de l'inversor s'han definit per connectar a la xarxa un panell de 230W amb aïllament galvànic d'alta freqüència entre el panell i la xarxa. Cada inversor té una DC-link diferent per comparar l'efecte entre una DC-link de grandària reduïda amb una DC-link de grandària estàndard. L'inversor està equipat amb sensors de tensió i corrent per mesurar la potència treta del panell fotovoltaic. Això permet comparar, en les mateixes condicions, algorismes MPPT clàssics que empren ambdós sensors i algorismes sensorless que no fan ús d'aquests. / González Medina, R. (2015). Estudio y evaluación de prestaciones estáticas y dinámicas de los integradores generalizados de segundo orden en las estructuras de control de inversores fotovoltaicos de dos etapas con conexión a red [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/57487 / Premios Extraordinarios de tesis doctorales

[EN] The behavior of the heart is governed by electrical currents generated in the myocardium, and therefore, the study of the cardiac electrical activity is essential for the diagnosis of cardiac diseases. The forward problem of the electrocardiography (FP) entails the calculation of the torso potentials from the electrical activity of the heart and the 3D body model, while the inverse problem (IP) resolution allows the noninvasive reconstruction of the electrical activity of the heart from surface potentials. The IP is of great importance in clinical applications since it allows estimating the electrical activity of the myocardium with only noninvasive recordings. However, IP resolution is still a big challenge in electrocardiography since it is ill-posed, very unstable and has multiple solutions. In this thesis different algorithms and strategies based on the IP resolution were developed and applied in the noninvasive diagnosis of ventricular and atrial arrhythmias and evaluated with mathematical cellular models and clinical data bases. The thesis focuses on the IP resolution for the noninvasive reconstruction of the myocardial electrical activity for different diseases and propagation patterns, implementing a novel system for complex propagation patterns. The obtained results and propagation patterns were evaluated and classified with the corresponding optimal resolution strategy that minimizes the error and increases the stability of the system, proving its advantages and disadvantages depending on the different diseases and their activation pattern. A novel iterative method was implemented for the IP dipolar resolution optimized for representing simple propagation patterns, achieving a high stability and robustness against noise by constraining the solution to a limited number of dipoles. However, propagation patterns not representable by few dipoles need to be computed with the IP in terms of epicardial solutions which provide a more detailed estimation of the myocardial activity. IP resolution in the voltage and phase domains showed a good accuracy for simple and organized propagation patterns. This method allowed the noninvasive diagnosis of the Brugada syndrome or the location of ectopic focus in atrial arrhythmias by performing a parametric analysis of the electrograms morphology or the activation map reconstruction. However, mathematical and patient results presented in this thesis proved that, for complex propagation patterns like atrial fibrillation (AF), inverse solutions in the voltage and phase domains are over-smoothed and over-optimistic, simplifying the complex AF activity, leading to non-physiological results that do not match with the complex intracardiac electrograms recorded in AF patients. In this thesis, we proposed a novel technique for the noninvasive identification and location of high dominant frequency AF sources, based on the assumption that in many cases atrial drivers present the highest activation rate with an intermittent propagation to the rest of the tissue that activates at a slower rate. Although, voltage and phase inverse solutions for AF complex propagation patterns were over smoothed and inaccurate, the noninvasive estimation of frequency maps was significantly more accurate, allowing the identification of the AF frequency gradient and location of high frequency sources. This technique may help in planning ablation procedures, avoiding unnecessary interseptal punctures for right-to-left frequency gradients cases and facilitating the targeting of the AF drivers, reducing risk and time of the clinical procedure. / [ES] El comportamiento del corazón se rige por corrientes eléctricas generadas en el miocardio y, por lo tanto, el estudio de su actividad eléctrica es esencial para el diagnóstico de enfermedades cardíacas. El problema directo (PD) de la electrocardiografía implica el cálculo de los potenciales del torso a partir de la actividad eléctrica del corazón y el modelo 3D del cuerpo, mientras que la resolución del problema inverso (PI) permite la reconstrucción no invasiva de la actividad eléctrica del corazón a partir de los potenciales de superficie, cobrando una gran importancia en la práctica clínica. Sin embargo, sigue siendo un gran desafío para la electrocardiografía ya que está mal planteado, es muy inestable y tiene múltiples soluciones. A lo largo de esta tesis se han desarrollado diferentes estrategias para la resolución del PI, aplicándolas en el diagnóstico no invasivo de arritmias ventriculares y auriculares, verificándolas mediante modelos celulares matemáticos y bases de datos clínicas. La tesis se centra en la resolución del PI para la reconstrucción no invasiva de la actividad eléctrica del miocardio para diferentes enfermedades cardiacas con diferentes patrones de propagación, implementando un novedoso sistema para patrones de propagación complejos. Además, se han validado los resultados obtenidos y se han clasificado los diferentes patrones de propagación con la estrategia de resolución del PI óptima que minimice el error y aumente la estabilidad del sistema. Un nuevo método iterativo fue implementado para la resolución del PI para fuentes dipolares, siendo óptimo para representar patrones de propagación simples, logrando una alta estabilidad e inmunidad al ruido al restringir la solución a un número limitado de dipolos. Sin embargo, los patrones de propagación que no pueden ser representados por un número limitado de dipolos deben calcularse mediante la resolución del PI en términos de potenciales epicárdicos, proporcionando una estimación más detallada de la actividad del miocardio. La resolución del PI en el dominio de la tensión y fase mostró ser muy preciso para patrones de propagación simples y organizados. Este método permite el diagnóstico no invasivo del síndrome de Brugada o la ubicación de focos ectópicos en arritmias auriculares mediante un análisis paramétrico de la morfología de los electrogramas o la reconstrucción de los mapas de activación. Sin embargo, los resultados matemáticos y clínicos presentados en esta tesis demostraron que, para patrones de propagación complejos como la fibrilación auricular (FA), los resultados obtenidos mediante la resolución del PI en el dominio de la tensión y fase son demasiado suaves y optimistas, simplificando enormemente la complejidad de la FA, llevando a resultados no fisiológicos que no coinciden con la actividad compleja de los electrogramas intracardiacos registrados en pacientes con FA. En esta tesis, se ha propuesto una novedosa técnica para la identificación y localización no invasiva de fuentes con una frecuencia dominante alta, basado en la suposición de que en muchos casos las fuentes eléctricas que generan y mantienen la FA presentan una tasa de activación más alta, con una propagación intermitente hacia el resto del tejido auricular cuya frecuencia de activación es más lenta. Aunque las soluciones en el dominio de la tensión y fase para patrones de propagación complejos fueron más suaves y menos precisas, la estimación no invasiva de los mapas de frecuencia fue significativamente más precisa, permitiendo la identificación del gradiente de frecuencia y ubicación de las fuentes de FA de alta frecuencia. Esta técnica puede ser de gran ayuda en la planificación de los procedimientos de ablación, evitando punciones interseptales innecesarias para casos con un gradiente de frecuencia de derecha a izquierda y facilitando la localización de las fuentes de alta frecuencia / [CA] El comportament del cor es regeix per corrents elèctrics generades en el miocardi i, per tant, l'estudi de la seua activitat elèctrica és essencial per al diagnòstic de malalties cardíaques. El problema directe (PD) de l'electrocardiografia implica el càlcul dels potencials del tors a partir de l'activitat elèctrica del cor i el model 3D del cos, mentre que la resolució del problema invers (PI) permet la reconstrucció no invasiva de l'activitat elèctrica del cor a partir de els potencials de superfície. La resolució del PI de l'electrocardiografia té una gran importància en la pràctica clínica atès que fa possible una estimació de l'activitat elèctrica del miocardi únicament a partir de registres no invasius. No obstant això, la resolució del PI segueix sent un gran desafiament per a la electrocardiografia ja que està mal plantejat, és molt inestable i té múltiples solucions. Al llarg d'aquesta tesi s'han desenvolupat diferents estratègies basades en la resolució PI, aplicant-les en el diagnòstic no invasiu d'arítmies ventriculars i auriculars, verificant mitjançant models cel·lulars matemàtics i bases de dades clíniques. La tesi se centra en la resolució del PI per a la reconstrucció no invasiva de l'activitat elèctrica del miocardi per a diferents malalties cardíaques amb diferents patrons de propagació, implementant un nou sistema per a patrons de propagació complexos. A més se han validat els resultats obtinguts i se han classificat els diferents patrons de propagació amb l'estratègia de resolució del PI òptima que minimitze l'error i augmente l'estabilitat del sistema. Un nou mètode iteratiu va ser implementat per a la resolució del PI per fonts dipolars, sent òptim per representar patrons de propagació simples, aconseguint una alta estabilitat i immunitat al soroll en restringir la solució a un nombre limitat de dipols. No obstant això, els patrons de propagació que no poden ser representats per un nombre limitat de dipols s'han de calcular mitjançant la resolució del PI en termes de potencials epicàrdics, proporcionant una estimació més detallada de l'activitat del miocardi. La resolució del PI en el domini de la tensió i fase va mostrar ser molt precís per a patrons de propagació simples i organitzats. Aquest mètode permet el diagnòstic no invasiu de la síndrome de Brugada o la ubicació de focus ectòpics en arítmies auriculars mitjançant una anàlisi paramètric de la morfologia dels electrogrames o la reconstrucció dels mapes d'activació. No obstant això, els resultats matemàtics i clínics presentats en aquesta tesi van demostrar que, per patrons de propagació complexos com la fibril·lació auricular (FA), els resultats obtinguts mitjançant la resolució del PI en el domini de la tensió i fase són massa suaus i optimistes, simplificant enormement la complexitat de la FA, obtenint resultats no fisiològics que no coincideixen amb l'activitat complexa dels electrogrames intracardiacos registrats en pacients amb FA. En aquesta tesi, s'ha proposat una nova tècnica per a la identificació i localització no invasiva de fonts amb una freqüència dominant alta, basat en la suposició que en molts casos les fonts elèctriques que generen i mantenen la FA presenten una taxa d'activació més alta, amb una propagació intermitent cap a la resta del teixit auricular on la freqüència d'activació és més lenta. Encara que, les solucions en el domini de la tensió i fase per patrons de propagació complexos van ser més suaus i menys precises, l'estimació no invasiva dels mapes de freqüència va ser significativament més precisa, permetent la identificació del gradient de freqüència i ubicació de les fonts de FA d'alta freqüència. Aquesta tècnica pot ser de gran ajuda en la planificació dels procediments d'ablació, evitant puncions interseptales innecessaris per a casos amb un gradient de freqüència de dreta a esquerra i facilitant la / Pedrón Torrecilla, J. (2015). Non-invasive Reconstruction of the Myocardial Electrical Activity from Body Surface Potential Recordings [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/58268

[EN] The main topic of the present thesis is the improvement of fabrication processes simulation by means of the Level Set (LS) method. The LS is a mathematical approach used for evolving fronts according to a motion defined by certain laws. The main advantage of this method is that the front is embedded inside a higher dimensional function such that updating this function instead of directly the front itself enables a trivial handling of complex situations like the splitting or coalescing of multiple fronts. In particular, this document is focused on wet and dry etching processes, which are widely used in the micromachining process of Micro-Electro-Mechanical Systems (MEMS). A MEMS is a system formed by mechanical elements, sensors, actuators, and electronics. These devices have gained a lot of popularity in last decades and are employed in several industry fields such as automotive security, motion sensors, and smartphones. Wet etching process consists in removing selectively substrate material (e.g. silicon or quartz) with a liquid solution in order to form a certain structure. This is a complex process since the result of a particular experiment depends on many factors, such as crystallographic structure of the material, etchant solution or its temperature. Similarly, dry etching processes are used for removing substrate material, however, gaseous substances are employed in the etching stage. In both cases, the usage of a simulator capable of predicting accurately the result of a certain experiment would imply a significant reduction of design time and costs. There exist a few LS-based wet etching simulators but they have many limitations and they have never been validated with real experiments. On the other hand, atomistic models are currently considered the most advanced simulators. Nevertheless, atomistic simulators present some drawbacks like the requirement of a prior calibration process in order to use the experimental data. Additionally, a lot of effort must be invested to create an atomistic model for simulating the etching process of substrate materials with different atomistic structures. Furthermore, the final result is always formed by unconnected atoms, which makes difficult a proper visualization and understanding of complex structures, thus, usually an additional visualization technique must be employed. For its part, dry etching simulators usually employ an explicit representation technique to evolve the surface being etched according to etching models. This strategy can produce unrealistic results, specially in complex situations like the interaction of multiple surfaces. Despite some models that use implicit representation have been published, they have never been directly compared with real experiments and computational performance of the implementations have not been properly analysed. The commented limitations are addressed in the various chapters of the present thesis, producing the following contributions: - An efficient LS implementation in order to improve the visual representation of atomistic wet etching simulators. This implementation produces continuous surfaces from atomistic results. - Definition of a new LS-based model which can directly use experimental data of many etchant solutions (such as KOH, TMAH, NH4HF2, and IPA and Triton additives) to simulate wet etching processes of various substrate materials (e.g. silicon and quartz). - Validation of the developed wet etching simulator by comparing it to experimental and atomistic simulator results. - Implementation of a LS-based tool which evolves the surface being etched according to dry etching models in order to enable the simulation of complex processes. This implementation is also validated experimentally. - Acceleration of the developed wet and dry etching simulators by using Graphics Processing Units (GPUs). / [ES] El tema principal de la presente tesis consiste en mejorar la simulación de los procesos de fabricación utilizando el método Level Set (LS). El LS es una técnica matemática utilizada para la evolución de frentes según un movimiento definido por unas leyes. La principal ventaja de este método es que el frente está embebido dentro de una función definida en una dimensión superior. Actualizar dicha función en lugar del propio frente permite tratar de forma trivial situaciones complejas como la separación o la colisión de diversos frentes. En concreto, este documento se centra en los procesos de atacado húmedo y seco, los cuales son ampliamente utilizados en el proceso de fabricación de Sistemas Micro-Electro-Mecánicos (MEMS, de sus siglas en inglés). Un MEMS es un sistema formado por elementos mecánicos, sensores, actuadores y electrónica. Estos dispositivos hoy en día son utilizados en muchos campos de la industria como la seguridad automovilística, sensores de movimiento y teléfonos inteligentes. El proceso de atacado húmedo consiste en eliminar de forma selectiva el material del sustrato (por ejemplo, silicio o cuarzo) con una solución líquida con el fin de formar una estructura específica. Éste es un proceso complejo pues el resultado depende de muchos factores, tales como la estructura cristalográfica del material, la solución atacante o su temperatura. De forma similar, los procesos de atacado seco son utilizados para eliminar el material del sustrato, sin embargo, se utilizan sustancias gaseosas en la fase de atacado. En ambos casos, la utilización de un simulador capaz de predecir de forma precisa el resultado de un experimento concreto implicaría una reducción significativa del tiempo de diseño y de los costes. Existen unos pocos simuladores del proceso de atacado húmedo basados en el método LS, no obstante tienen muchas limitaciones y nunca han sido validados con experimentos reales. Por otro lado, los simuladores atomísticos son hoy en día considerados los simuladores más avanzados pero tienen algunos inconvenientes como la necesidad de un proceso de calibración previo para poder utilizar los datos experimentales. Además, debe invertirse mucho esfuerzo para crear un modelo atomístico para la simulación de materiales de sustrato con distintas estructuras atomísticas. Asimismo, el resultado final siempre está formado por átomos inconexos que dificultan una correcta visualización y un correcto entendimiento de aquellas estructuras complejas, por tanto, normalmente debe emplearse una técnica adicional para la visualización de dichos resultados. Por su parte, los simuladores del proceso de atacado seco normalmente utilizan técnicas de representación explícita para evolucionar, según los modelos de atacado, la superficie que está siendo atacada. Esta técnica puede producir resultados poco realistas, sobre todo en situaciones complejas como la interacción de múltiples superficies. A pesar de que unos pocos modelos son capaces de solventar estos problemas, nunca han sido comparados con experimentos reales ni el rendimiento computacional de las correspondientes implementaciones ha sido adecuadamente analizado. Las expuestas limitaciones son abordadas en la presente tesis y se han producido las siguientes contribuciones: - Implementación eficiente del método LS para mejorar la representación visual de los simuladores atomísticos del proceso de atacado húmedo. - Definición de un nuevo modelo basado en el LS que pueda usar directamente los datos experimentales de muchos atacantes para simular el proceso de atacado húmedo de diversos materiales de sustrato. - Validación del simulador comparándolo con resultados experimentales y con los de simuladores atomísticos. - Implementación de una herramienta basada en el método LS que evolucione la superficie que está siendo atacada según los modelos de atacado seco para habilitar la simulación de procesos comple / [CA] El tema principal de la present tesi consisteix en millorar la simulació de processos de fabricació mitjançant el mètode Level Set (LS). El LS és una tècnica matemàtica utilitzada per a l'evolució de fronts segons un moviment definit per unes lleis en concret. El principal avantatge d'aquest mètode és que el front està embegut dins d'una funció definida en una dimensió superior. D'aquesta forma, actualitzar la dita funció en lloc del propi front, permet tractar de forma trivial situacions complexes com la separació o la col·lisió de diversos fronts. En concret, aquest document es centra en els processos d'atacat humit i sec, els quals són àmpliament utilitzats en el procés de fabricació de Sistemes Micro-Electro-Mecànics (MEMS, de les sigles en anglès). Un MEMS és un sistema format per elements mecànics, sensors, actuadors i electrònica. Aquests dispositius han guanyat molta popularitat en les últimes dècades i són utilitzats en molts camps de la indústria, com la seguretat automobilística, sensors de moviment i telèfons intel·ligents. El procés d'atacat humit consisteix en eliminar de forma selectiva el material del substrat (per exemple, silici o quars) amb una solució líquida, amb la finalitat de formar una estructura específica. Aquest és un procés complex ja que el resultat de un determinat experiment depèn de molts factors, com l'estructura cristal·logràfica del material, la solució atacant o la seva temperatura. De manera similar, els processos d'atacat sec son utilitzats per a eliminar el material del substrat, no obstant, s'utilitzen substàncies gasoses en la fase d'atacat. En ambdós casos, la utilització d'un simulador capaç de predir de forma precisa el resultat d'un experiment en concret implicaria una reducció significativa del temps de disseny i dels costos. Existeixen uns pocs simuladors del procés d'atacat humit basats en el mètode LS, no obstant tenen moltes limitacions i mai han sigut validats amb experiments reals. Per la seva part, els simuladors atomístics tenen alguns inconvenients com la necessitat d'un procés de calibratge previ per a poder utilitzar les dades experimentals. A més, deu invertir-se molt d'esforç per crear un model atomístic per a la simulació de materials de substrat amb diferents estructures atomístiques. Així mateix, el resultat final sempre està format per àtoms inconnexos que dificulten una correcta visualització i un correcte enteniment d'aquelles estructures complexes, per tant, normalment deu emprar-se una tècnica addicional per a la visualització d'aquests resultats. D'altra banda, els simuladors del procés d'atacat sec normalment utilitzen tècniques de representació explícita per evolucionar, segons els models d'atacat, la superfície que està sent atacada. Aquesta tècnica pot introduir resultats poc realistes, sobretot en situacions complexes com per exemple la interacció de múltiples superfícies. A pesar que uns pocs models son capaços de resoldre aquests problemes, mai han sigut comparats amb experiments reals ni tampoc el rendiment computacional de les corresponents implementacions ha sigut adequadament analitzat. Les exposades limitacions son abordades en els diferents capítols de la present tesi i s'han produït les següents contribucions: - Implementació eficient del mètode LS per millorar la representació visual dels simuladors atomístics del procés d'atacat humit. - Definició d'un nou model basat en el mètode LS que puga utilitzar directament les dades experimentals de molts atacants per a simular el procés d'atacat humit de diversos materials de substrat. - Validació del simulador d'atacat humit desenvolupat comparant-lo amb resultats experimentals i amb els de simuladors atomístics. - Implementació d'una ferramenta basada en el mètode LS que evolucione la superfície que està sent atacada segons els models d'atacat sec per, d'aquesta forma, habilitar la simulació de processo / Montoliu Álvaro, C. (2015). Study, Modelling and Implementation of the Level Set Method Used in Micromachining Processes [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/58609