Tesis de Postgrado 2021

 

A continuación se presentan las Tesis de postgrado de Doctorado y Magíster realizadas durante el año 2021:

RUBÉN DAVID AYLWIN PINCHEIRA – DOCTORADO EN CIENCIAS DE LA INGENIERIA

RUBÉN DAVID AYLWIN

Profesor supervisor Andres Rodrigo Guesalaga Meissner / Carlos Jerez
Título Uncertainty Quantification and Shape Optimization in Computational Electromagnetics
Resumen breve  La tesis se enfoca en la dependencia de soluciones a las ecuaciones de Maxwell (campos electromagnéticos), y la geometría del dominio en consideración, en las áreas de cuantificación de incertidumbre de dominio y optimización de forma. En la parte 1, nos enfocamos en las ecuaciones de Maxwell en dominios con geometría incierta (estocástica), donde la incertidumbre puede estar dada por errores de manufactura o desgaste, por ejemplo. Encontramos condiciones, tanto sobre la incertidumbre en el sistema como sobre la implementación numérica del método de los elementos finitos, que permiten la aproximación eficiente de los momentos estadísticos de los campos electromagnéticos y de medidas de interés asociadas. En la parte 2, estudiamos el diseño óptimo de dispositivos ópticos periódicos (gratings o rejillas) mediante el método de elementos de frontera (para resolver los campos electromagnéticos) y usando cálculo de forma (calculo diferencial en espacios de
geometrías) para el cálculo de derivadas. Luego de un estudio preliminar justificando el uso del método de elementos de frontera en dominios de periódicos (incluyendo una nueva definición para espacios de Sobolev de funciones periódicas), comparamos el rendimiento de tres métodos de optimización distintos y consideramos, finalmente, una aplicación práctica.    
Presentado 09/04/2021

 

JOSÉ ANDRÉS PINTO DENEGRI – DOCTORADO EN CIENCIAS DE LA INGENIERIA

JOSÉ ANDRÉS PINTO

Profesor supervisor Miguel Attilio Torres Torriti / Carlos Jerez
Título Spectral Methods for Boundary Integral Equations in Complex Media
Resumen breve Esta tesis analiza e implementa métodos espectrales para la resolución de ecuaciones diferenciales ligadas a problemas de difracción de ondas formuladas por medio de elementos de frontera. Los métodos de espectrales son particularmente interesantes pues comúnmente permiten obtener convergencia a una mayor tasa que los métodos más
ampliamente utilizados. Esto es de especial interés en problemas de difracción de ondas, pues los métodos usuales incurren en costos excesivos (en tiempo y memoria necesaria) para problemas de alta frecuencia. En esta tesis mostramos tres problemas de interés, refracción para múltiples arcos, para estructuras quasiperiodicas y para superficies abiertas. En cada uno de los problemas detallamos la implementación del método correspondiente y analizamos rigurosamente la convergencia. Posibles extensiones pueden ser llevadas a cabo en el marco de superficies con múltiples puntos de conexión o en diferentes contextos en que se necesita la solución reiterada (y deseablemente rápida) de problemas de difracción. El foco es desde un punto de vista del análisis numérico, incluyendo el análisis funcional subyacente, pero los métodos elaborados pueden ser utilizados en distintos problemas de ingeniería.
Presentado 29/04/2021

 

RENZO IGNACIO BARRAZA ALTAMIRANO – MAGÍSTER EN CIENCIAS

RENZO IGNACIO BARRAZA

Profesor supervisor Angel Abusleme
Título ASIC multicanal con control de ganancia para la lectura de detectores SiPM
Resumen breve El presente documento de tesis expone los resultados del diseño y envío a fabricar de un ASIC (application specific integrated circuit) capaz de leer señales generadas por detectores SiPM/MPPC en un rango que va desde 1 pixel hasta 3000 pixeles activados. Además el circuito posee la capacidad de alterar de forma fina la ganancia del sensor que se encuentra leyendo, de modo que el usuario puede corregir discrepancias en las ganancias de varios detectores conectados al mismo tiempo.
A partir de las simulaciones post layout de chip, se concluye que el circuito cumple los requerimientos para los que fue diseñado. Además es capaz de manejar detectores de capacitancias que varíen en varios cientos de pF.
Se espera que en el futuro el circuito diseñado pueda ser probado con detectores reales y luego ser usado en experimentos de física de partículas que requieran la lectura de fotomultiplicadores de silicio
Presentado 14/01/2021

 

CHRISTIAN MATÍAS ESCOBAR ARCE – MAGÍSTER EN CIENCIAS

Profesor supervisor Patricio De la Cuadra
Título Design of a preprocessing system for sounds obtained from chest auscultation
Resumen breve La auscultación es un proceso simple, de bajo costo y no invasivo para realizar diagnósticos de enfermedades respiratorias. Sin embargo, sus principales dificultades es que estos sonidos se concentran en una banda de frecuencia muy baja, se traslapan con los sonidos cardiacos y su interpretación está sujeta a la experiencia del médico. Con el avance de la tecnología se han creado estetoscopios digitales que permiten registrar estos sonidos para analizarlos. En este trabajo se propone el diseño de un sistema de dos etapas. En la primera etapa se realiza la detección de los sonidos cardiacos fundamentales usando una CNN con arquitectura encoder-decoder sobre una base de datos de 792 fonocardiogramas de 135 pacientes distintos (54 de estos pacientes presenta alguna patología cardiaca). En esta etapa se reporta un alto desempeño (cercano a 93 1.1% para distintas métricas como exactitud, sensibilidad, precisión y valor F1) a partir de una validación cruzada de k = 10 iteraciones. Además, se muestra que es un sistema robusto que presenta un alto desempeño independiente de las características de entrada de la red. En la segunda etapa se proponen distintos métodos de separación de fuentes mediante un proceso de descomposición con Factorización No Negativa de Matrices (NMF). Entre los métodos propuestos, los que aplican NMF sobre la señal completa y reemplazan los segmentos en la posición del sonido cardiaco con el sonido respiratorio estimado, en conjunto con el criterio de asignación de componentes basado en la correlación temporal con las posiciones del sonido cardiaco obtienen mejores resultados en cuanto a la reconstrucción del sonido respiratorio (0.96 0.01 en correlación temporal y espectral, 0.001 0.0006 en error cuadrático medio y 11.86 1.59 dB en razón señal a distorsión). A partir de este proceso, se tendrá un sonido respiratorio limpio que podría ser utilizado en un sistema de clasificación de enfermedades respiratorias.
Presentado 13/07/2021

 

GENARO SEBASTIÁN LAYMUNS RICHARD – MAGÍSTER EN CIENCIAS

GENARO SEBASTIÁN LAYMUNS

Profesor supervisor Alejandro Sánchez
Título Corrected Immersed Boundary Finite Element Methods for Moving Stokes Interface Problem
Resumen breve
Presentado 27/07/2021

MATÍAS ALEJANDRO SEPÚLVEDA PRADENAS – MAGÍSTER EN CIENCIAS

MATÍAS ALEJANDRO SEPÚLVEDA

Profesor supervisor  Christian Oberli
Título On the deadline miss probability of routing metrics
Resumen breve Muchas aplicaciones críticas de tiempo requieren que las mediciones realizadas por una Red inalámbrica de Sensores (RIS) cumplan con un requerimiento de deadline. Ejemplos
de estas aplicaciones son los sistemas de alerta temprana, donde las mediciones deben llegar dentro de un tiempo predefinido para ser útiles.
En este trabajo, se presenta un modelo para caracterizar los retardos experimentados por las mediciones con foco en el paper de la métrica de enrutamiento en estos retardos.
Con las estadísticas de retardo de enlace podemos calcular estadísticas de retardo de los caminos y nodos. Para el caso general de redes que funcionan con una tabla de ruteo
deadline-aware, se desarrolla un algoritmo para calcular la función de densidad de probabilidad (FDP) del retardo end-to-end.
Con estos recursos podemos comparar el desempeño, en términos de deadline miss probability, de una serie de métricas de ruteo. Pese a que este trabajo está enfocado en
RIS, puede ser aplicado para comprar el desempeño de cualquier tipo de red con costos asociados a sus enlaces.
Presentado 26/01/2021

 

JUAN PABLO MENA RÍOS – MAGÍSTER EN CIENCIAS

JUAN PABLO MENA

Profesor supervisor  Felipe Núñez
Título Age of information in iot-based wireless networked control systems
Resumen breve Hoy en día el diseño de los sistemas de control en redes inalámbricas (WNCS) considera las capas de control y comunicación de forma separada. Como un paso hacia el cambio de esta perspectiva, este trabajo analiza la interacción entre ambas capas utilizando los conceptos de la edad de la información (AoI) y la edad pico en WNCS. En particular, el análisis se centra en cómo se comportan las métricas basadas en el concepto de la edad del estado en distintos esquemas inalámbricos de control de acceso al medio (MAC) típicamente utilizados en las implementaciones de IoT, y cómo estas se relacionan con la calidad de control de los lazos.
Se revisan diferentes conceptos relevantes para el estudio de sistemas de control en redes. Luego, se derivan expresiones para AoI, la edad pico y la probabilidad de que la edad pico supere un umbral relacionado con la estabilidad del lazo para casos de WNCS que utilizan dos tipos distintos de protocolos CSMA/CA y un tipo de TDMA. Además, se establecen ideas sobre la utilidad de ciertos protocolos MAC dependiendo de los requisitos de diseño específicos, y se realizan comparaciones efectivas en el contexto de ejemplos de problemas de diseño.
Presentado 23/03/2021

 

FELIPE ANDRÉS SÁNCHEZ VARAS – MAGÍSTER EN CIENCIAS

FELIPE ANDRÉS SÁNCHEZ

Profesor supervisor  Christian Oberli
Título Plataforma de análisis para mejorar la resiliencia de redes inalámbricas de sensores
Resumen breve En el Laboratorio de Tecnologías Inalámbricas UC (LatinaUC), las redes inalámbricas de sensores han sido una de las principales líneas de investigación. Estas se caracterizan por monitorear procesos de distinto tipo, siendo las aplicaciones que involucran eventos hidrometereológicos los mayormente estudiados. Las estaciones que contienen a los sensores se caracterizan por ubicarse en lugares remotos y en muchas ocasiones de difícil acceso, por lo que se ven expuestas a perturbaciones que pueden producir fallas y dificultar la llegada de los datos medidos. En función de esto, dar garantías de un funcionamiento resiliente ante las perturbaciones que una red pueda sufrir, es una característica fundamental que LatinaUC requiere. Para lo que es necesario poder evaluar el desempeño y proponer mejoras para los proyectos que han sido y continuarán siendo desarrollados. LatinaUC cuenta con un software de desarrollo propio, SNAPY, el que tiene la capacidad de realizar analíticas diarias. Sin embargo, es insuficiente para realizar el procesamiento de los datos a un nivel que permita innovar, debido a una serie de limitaciones que posee, lo que dificulta la incorporación de nuevas capacidades. En este trabajo se propone una serie de mejoras para crear una plataforma de análisis que permita incrementar la resiliencia de redes inalámbricas de sensores. Se implementaron y validaron una serie de mejoras a SNAPY, permitiendo evaluar el comportamiento de una red ya desplegada en terreno, visualizando y analizando situaciones de operación normal y con fallas. Esta plataforma tiene la capacidad de incorporar nuevas analíticas y generar nuevos conocimientos a lo ya estudiado, lo que permitirá sentar las bases para futuros estudios que sean realizados en LatinaUC, con el objetivo de lograr redes resilientes ante adversidades.
Presentado 23/03/2021

 

FRANE ANTUN SAZUNIC LJUBETIC – MAGÍSTER EN CIENCIAS

FRANE ANTUN SAZUNIC

Profesor supervisor Carlos Alberto Sing Long Collao
Título Interpretable reduced order modeling for fast fire dynamics simulation.
Resumen breve La simulación de fuego encuentra usos importantes en la predicción de la evolución de incendios, la que ayuda a los servicios de respuesta a emergencias en sus esfuerzos de extinción de incendios. La predicción se realiza mediante modelos computacionales que asimilan y sintetizan los datos provenientes de los sensores distribuidos en el edificio para predecir la evolución a corto plazo del incendio. El proceso de asimilación requiere la ejecución iterativa de simulaciones futuras, que requiere una gran cantidad de tiempo y recursos computacionales. Los modelos de incendios actuales parecen estar en dos extremos del espectro. Por un lado, los modelos de zona proporcionan información muy básica, pero con una rapidez mayor que tiempo real, y, por otro lado, los modelos de dinámica de fluidos computacional (DFC) proporcionan información detallada, pero la simulación en tiempo real generalmente no es posible. Por lo tanto, existe la necesidad de disponer un modelo que permita al usuario controlar el intercambio entre la eficiencia computacional y la reproducción de la física involucrada. Para abordar este desafío, proponemos un modelo de orden reducido interpretable para la dinámica del fuego. Creemos que nuestro modelo tiene la ventaja de ser interpretable, flexible y eficiente. Los resultados numéricos muestran que nuestro modelo es capaz de adaptarse y reproducir las estructuras espaciales del flujo en diferentes resoluciones.
Presentado 23/04/2021

 

PABLO WALKER GALDAMES – MAGÍSTER EN CIENCIAS

PABLO WALKER

Profesor supervisor Angel Abusleme 
Título Slice-based analog design and its application to particle physics instrumentation.
Resumen breve
Presentado 25/06/2021

 

Tesis de Postgrado 2020