TecnoLógicas

At source of nanotechnology

Heterogeneous architecture to process swarm optimization algorithms

Desde años recientes, el paralelismo hace parte de la arquitectura de las computadoras personales al incluir unidades de co-procesamiento como las unidades de procesamiento gráfico, para conformar así una arquitectura heterogénea. Este artículo presenta la implementación de algoritmos de enjambres sobre esta arquitectura para resolver problemas de optimización de funciones, destacando su estructura inherentemente paralela y sus propiedades de control distribuido. En estos algoritmos se paralelizan los individuos de la población y las dimensiones del problema gracias a la granuralidad del sistema de procesamiento, que además proporciona una baja latencia de comunicaciones entre los individuos debido al procesamiento embebido. Para evaluar las potencialidades de los algoritmos de enjambres sobre la plataforma heterogénea, son implementados dos de ellos: el algoritmo de enjambre de partículas y el algoritmo de enjambre de bacterias. Se utiliza la aceleración como métrica para contrastar los algoritmos en la arquitectura heterogénea compuesta por una GPU NVIDIA GTX480 y una unidad de procesamiento secuencial, donde el algoritmo de enjambre de partículas obtiene una aceleración de hasta 36,82x y el algoritmo de enjambre de bacterias logra una aceleración de hasta 9,26x. Además, se evalúa el efecto al incrementar el tamaño en las poblaciones donde la aceleración es significativamente diferenciable pero con riesgos en la calidad de las soluciones.

Since few years ago, the parallel processing has been embedded in personal computers by including co-processing units as the graphics processing units resulting in a heterogeneous platform. This paper presents the implementation of swarm algorithms on this platform to solve several functions from optimization problems, where they highlight their inherent parallel processing and distributed control features. In the swarm algorithms, each individual and dimension problem are parallelized by the granularity of the processing system which also offer low communication latency between individuals through the embedded processing. To evaluate the potential of swarm algorithms on graphics processing units we have implemented two of them: the particle swarm optimization algorithm and the bacterial foraging optimization algorithm. The algorithms performance is measured using the acceleration where they are contrasted between a typical sequential processing platform and the NVIDIA GeForce GTX480 heterogeneous platform; the results show that the particle swarm algorithm obtained up to 36.82x and the bacterial foraging swarm algorithm obtained up to 9.26x. Finally, the effect to increase the size of the population is evaluated where we show both the dispersion and the quality of the solutions are decreased despite of high acceleration performance since the initial distribution of the individuals can converge to local optimal solution.

Effect of trade and regulatory policies on level users satisfaction of mobile phone service in Colombia

En esta investigación se identificó y cuantificó el efecto de las políticas legislativas, normativas y de comercio en el nivel de satisfacción de los usuarios del servicio de telefonía móvil en Colombia. Para ello se realizó un análisis de mercado y comercio de la telefonía móvil, así como de las políticas legislativas, normativas y de calidad y satisfacción de los usuarios del servicio en Colombia, para el periodo 2000-2012. Como resultado se formularon siete modelos matemáticos del nivel de satisfacción en el país y del segmento prepago y postpago de los tres operadores con mayor participación en el mercado, a través de tres factores como son las cifras de importaciones de teléfonos móviles, la cantidad de teléfonos homologados y la distribución del mercado entre operadores, y se estimaron los niveles no reportados por el regulador para el periodo 2010-2012, encontrando una tendencia constante cercana al 70%. Se concluye que en el mercado de la telefonía móvil existen efectos regulatorios adicionales a los medidos y declarados por regulador, los cuales limitan la garantía de un nivel mínimo de calidad del servicio como requisito de operación dentro del mercado. La presencia del factor de importación en todos los modelos refleja los efectos de la evolución del mercado sobre la satisfacción de los usuarios del servicio de telefonía móvil, dados por la implementación de nuevas tecnologías, la oferta de nuevos servicios y la participación de nuevos operadores.

This research characterized and quantified the effect of the legislative policy, regulations, and trade policies in the level users satisfaction of the mobile phone service in Colombia. For this, we conducted a market and commerce analysis of mobile telephone, as well as legislative, regulatory, quality and satisfaction policies of service users in Colombia, for the period 2000-2012. As a result seven mathematical models were formulated of the level users satisfaction in Colombia and prepaid and postpaid segment of the three operators with greater market share, through three factors like value of importation of mobile phones, quantity of phones approved and market sharing between operators, levels not reported by regulator were estimated for the period 2010-2012 and a consistent trend of about 70% was discovered. We conclude that in the mobile phone market there are regulatory effects additional to the measured and reported by the regulator, which limit the guarantee of a minimum level of quality of service as an operational requirement within the market. The presence of the importation factor in all models reflects the effects of market evolution on the user satisfaction of mobile phone service, given by the implementation of new technologies, new services offers and the participation of new mobile phone operators.

Global control of reaction wheel pendulum through energy regulation and extended linearization of the state variables

En este documento se presenta el diseño y la simulación de un controlador global para el péndulo invertido con rueda de reacción empleando métodos de regulación de energía y linealización extendida de las variables de estado. La regulación de energía propuesta se fundamenta en la variación gradual de la energía del sistema para alcanzar la posición vertical invertida. La señal de entrada requerida se obtiene a partir de la aplicación del teorema de estabilidad de Lyapunov. El control por realimentación extendida de las variables de estado se emplea para obtener una función no lineal suave que extienda la región de operación del sistema en un rango mayor, en contraste con la realimentación estática de las variables de estado que se obtiene mediante métodos de linealización aproximada alrededor de un punto de operación. El controlador diseñado opera a partir de la conmutación de las señales de control dependiendo de la región de operación y para verificar su robustez y eficiencia se aplican perturbaciones en la señal de control y en las variables medidas. Finalmente las simulaciones y pruebas realizadas sobre el modelo del sistema físico, permiten observar la versatilidad y funcionalidad del controlador propuesto en toda la región de operación del péndulo.

This paper presents the design and simulation of a global controller for the Reaction Wheel Pendulum system using energy regulation and extended linearization methods for the state feedback. The proposed energy regulation is based on the gradual reduction of the energy of the system to reach the unstable equilibrium point. The signal input for this task is obtained from the Lyapunov stability theory. The extended state feedback controller design is used to get a smooth nonlinear function that extends the region of operation to a bigger range, in contrast with the static linear state feedback obtained through the method of approximate linearization around an operating point. The general designed controller operates with a switching between the two control signals depending upon the region of operation; perturbations are applied in the control signal and the (simulated) measured variables to verify the robustness and efficiency of the controller. Finally, simulations and tests using the model of the reaction wheel pendulum system, allow to observe the versatility and functionality of the proposed controller in the entire operation region of the pendulum.

Threshold calculation for R wave detection in complex cardiac

La señal electrocardiográfica es una señal eléctrica con una amplitud de 1 mV aproximadamente y componentes espectrales entre 0,7 y 100 Hz. El electrocardiograma representa el comportamiento eléctrico del corazón humano y está conformado principalmente por un grupo de ondas denominado el complejo cardiaco. Las ondas que componen el complejo cardiaco son: P, Q, R, S y T. La onda R corresponde a la onda positiva de mayor amplitud de la señal electrocardiográfica y el tiempo entre cada onda permite el cálculo de la frecuencia cardiaca instantánea. Para el cálculo del tiempo entre cada onda R es necesario la implementación de un sistema de filtrado que permita una atenuación de las componentes espectrales que no pertenecen a esta forma de onda. Posteriormente se procede a un proceso de umbralización que consiste en generar una señal binaria que toma el valor de uno en la muestra que registra la existencia de una onda R y cero en las demás muestras. El objetivo de este trabajo es presentar los resultados obtenidos al implementar un algoritmo para el establecer del umbral basado en el cálculo del histograma de la señal electrocardiográfica que ha sido previamente tratada a través de un sistema basado en bancos de filtros.

The electrocardiographic signal is an electrical signal and its amplitude is 1 mV approximately and spectral components between 0.7 and 100 Hz. The electrocardiographic signal represents the electrical behavior of the human heart and it has a group of waves called the cardiac complex. Waves comprising the cardiac complex are: P, Q, R, S and T. The R-wave corresponds to the positive wave of greater amplitude of the electrocardiographic signal and the time between each wave allows the calculation of instantaneous heart rate. The calculation of the time between R wave requires implementation of a filtering system that allows an attenuation of the spectral components that do not belong to this waveform. Then proceed to a thresholding process that consists of generating a binary signal which takes the value of one in the sample that records the wave R and zero in the other samples. The principal goal of this paper is to present the results to implement an algorithm for setting the threshold based on the calculation of the histogram of the electrocardiographic signal that has been previously addressed through a system based on filter banks.

Grey water impact on soil physical properties

Debido a la creciente demanda de alimentos producida por el aumento de la población, el agua, como elemento indispensable en el ciclo del crecimiento de las plantas se convierte cada día en un aspecto fundamental de producción. La demanda por el uso de este recurso hace necesario la búsqueda de alternativas que deben ser evaluadas para evitar posibles impactos negativos. En este trabajo se evaluaron las modificaciones en algunas propiedades físicas del suelo regadas con aguas grises sintéticas. Se usó un diseño experimental de un factor: agua gris doméstica y dos tratamientos agua sin tratar (T1) y agua tratada (T2). Las variables de respuesta que se examinaron en el suelo fueron: conductividad eléctrica (CE), porcentaje de sodio intercambiable (PSI), diámetro ponderado medio (DPM) y retención de humedad del suelo (RHS). El agua se utilizó en riego localizado de alta frecuencia, monitoreado por tensiómetros para la producción de un cultivo de fríjol (Phaseolous vulgaris L). Como sistema de filtración se empleó una unidad compuesta por un filtro de arena (FLA) y un humedal artificial de flujo sub-superficial (HFSS). Los tratamientos presentaron diferencias significativas en el PSI y el RHS. El sistema FLA+HFSS es una alternativa para el tratamiento de agua grises debido a la mayor retención de sodio.

Due to the increasing demand for food produced by the increase in population, water as an indispensable element in the growth cycle of plants every day becomes a fundamental aspect of production. The demand for the use of this resource is necessary to search for alternatives that should be evaluated to avoid potential negative impacts. In this paper, the changes in some physical properties of soil irrigated with synthetic gray water were evaluated. The experimental design involved: one factor: home water and two treatments; without treated water (T1) and treated water (T2). The variables to consider in the soil were: electrical conductivity (EC), exchangeable sodium percentage (ESP), average weighted diameter (MWD) and soil moisture retention (RHS). The water used in drip irrigation high frequency was monitored by tensiometer for producing a bean crop (Phaseolous vulgaris L). As filtration system used was employed a unit composed of a sand filter (FLA) and a subsurface flow wetland artificial (HFSS). The treatments showed significant differences in the PSI and the RHS. The FLA+HFSS system is an alternative to the gray water treatment due to increased sodium retention.

Virtual environment for local and remote control of a robot arm for support in engineering teaching

En este artículo se presenta el diseño e implementación de una plataforma virtual, que permite la simulación y mando local y remoto del brazo robot tipo SCARA llamado UV-CERMA, presente en el Laboratorio de Robótica de la Escuela de Ingeniería Eléctrica y Electrónica de la Facultad de Ingeniería de la Universidad del Valle, el robot UV-CERMA ha estado subutilizado desde hace algunos años debido a lo obsoleto de su sistema de control. La plataforma, enfocada con los lineamientos de educación en ingeniería está compuesta por dos aplicaciones que permiten la simulación y el mando y control locales y remotos para el robot, una de las aplicaciones se programó haciendo uso del paquete de National Instruments LabVIEW y la otra aplicación se realizó por medio de software libre, por medio del lenguaje de código abierto Java, ambos desarrollos implementan los modelos cinemático directo y cinemático inverso, un módulo para la planificación y ejecución de trayectorias, otro módulo para el monitoreo de variables y un modelo 3D del robot. Para la manipulación del robot se tiene una interfaz con un joystick, que lo hace más versátil. Las aplicaciones se comunican al robot real mediante una tarjeta de adquisición de datos de National Instruments NI USB-6211, y para el mando remoto la plataforma cuenta con una arquitectura cliente/servidor usando sockets TCP/IP.

This paper presents the design and implementation of a virtual platform that allows simulation and local and remote command and control of the SCARA robot arm called UV-CERMA, which is installed at the Robotics Laboratory of the Escuela de Ingeniería Eléctrica y Electrónica, Facultad de Ingeniería, Universidad del Valle. The robot has been underutilized for some years due to the obsolete control system. The platform, focused on the engineering education methodology, consists of two applications which simulate the robot and permit its remote and local command and control. One of the applications was implemented on LabVIEW software of National Instruments and the other application was programmed on free software using the open source language Java. Both applications implement forward kinematics and inverse kinematics, have a module for trajectories planning and operation, a module for monitoring the values of the variables and a three dimensional model of the robot. To manipulate the robot, an interface with a joystick was developed, enhancing the versatility of the platform. The applications communicate with the real robot using the National Instruments data acquisition card NI USB-6211, and for the remote connection they have a client-server architecture using TCP/IP sockets.

Preparation and characterization of activated carbon from castor de-oiled cake

Los residuos de biomasa han sido usados para la producción de carbones activados, en este proceso, el método para obtenerlos y la materia prima determinan propiedades como la porosidad y área superficial del carbón. Tras la extracción del aceite de higuerilla se genera un subproducto sólido (torta) de difícil salida, que fue usado en la producción de carbón activado, en busca de la valorización de este residuo sólido. Para tal fin se emplearon dos métodos tradicionales. En primer lugar, activación física usando como agentes activantes vapor de agua, CO2 y una mezcla de estos gases, adicionalmente se realizó activación química usando K2CO3 como agente activante. Algunos de los carbones obtenidos fueron caracterizados usando isotermas de adsorción/desorción de N2 donde se lograron áreas superficiales BET entre 255,98 (m²/g) y 1218,43 (m²/g), del análisis por SEM y EDS se encontró que los materiales obtenidos por ambos tipos de activación son principalmente amorfos y que las características morfológicas de los carbones obtenidos mediante activación física son muy diferentes de los obtenidos por activación química. Finalmente, a través de impregnación con sales de Ni y Mo se evidenció que por características como la alta dispersión obtenida, estos materiales carbonosos presentan un potencial para ser usados como soporte catalítico.

Biomass residues have been used to produce activated carbons. On this process, the activation method and the raw composition determine the properties as porosity and surface area of the charcoal. After the extraction of castor oil, there is a solid byproduct (cake) of low added value, which was used in the production of activated carbon to add value to this waste. For this purpose two traditional methods were used, first, physical activation using as activating agents steam, CO2 and mixture of both, and additionally chemical activation using K2CO3 as the activating agent. Some activated carbons were characterized using N2 adsorption isotherms, BET surface areas varied between 255.98 (m²/g) and 1218.43 (m²/g). By SEM and EDS analysis was possible to observe that materials obtained by the two types of activation are principally amorphous and morphological characteristics of the carbon obtained by physical activation are very different from those obtained by chemical activation. Finally, through impregnation of inorganic phases of Ni and Mo was revealed that the high dispersion characteristics, these carbonaceous materials will have potential to be used as catalyst support.

Trends into rainfall time series of two andes basins of Valle del Cauca (Colombia)

Con el objetivo de detectar cambios o tendencias en la precipitación diaria registrada en las cuencas hidrográficas de los ríos Dagua y Cali, ubicadas al Sur-Occidente colombiano en el Valle del Cauca, se calcularon nueve índices de extremos climáticos utilizando el programa RClimDex. Para esto, se analizaron las tendencias de precipitación en 18 estaciones pluviométricas localizadas en la zona de estudio, con series históricas diarias que oscilaron entre los 21 y 56 años. Los datos fueron sometidos previamente a pruebas de homogeneidad para garantizar consistencia en la información. Los resultados indican cambios en la precipitación, dominados por tendencias crecientes para casi todos los índices; sin embargo la mayoría de las tendencias no presentan alta significancia estadística. Así mismo, se obtuvo un incremento significativo de la precipitación total anual promedio de 15,2 mm (cuenca río Dagua) y 9,1 mm (cuenca río Cali), en las estaciones ubicadas por debajo de los 1500 msnm; de otro lado, en las estaciones ubicadas a mayor altura, se presentan disminuciones. Hay una distribución espacial homogénea para la mayoría de los índices y se observan patrones similares localizados en áreas delimitadas de la zona de estudio, que posiblemente afectarán la producción de escorrentía en las cuencas en los próximos años.

With the goal of detecting changes or trends in registered data of daily rainfall in the basins of rivers Dagua and Cali, located in the south-west of Colombia, in the Valle del Cauca, nine climate extremes indices were calculated using the RClimDex software. For this, precipitation trends were analyzed in 18 rain gauges located in the study area with historical series ranging between 21 and 56 years. Homogeneity tests were made to data to ensure consistency in the information. The results show changes in rainfall, dominated by the increasing trends for almost all indices; however most of the trends do not show high statistical significance. Also, a significant increase in the average annual total rainfall of 15.2 mm (Dagua river basin) and 9.1 mm (Cali river basin) in the stations located below 1500 msnm was obtained. Moreover, in the stations located at higher elevations, decreases were observed. There is a homogeneous spatial distribution for the most of the indices and similar patterns were found located in defined areas of the study zone, which may affect the runoff production in watersheds in the coming years.

Design and construction of automatic sorting station with machine vision

Este artículo presenta el diseño, construcción y caracterización de un sistema automatizado de clasificación de producto en transportador de banda con visión de máquina que integra tecnología Free and Open Source Software y equipos comerciales Allen Bradley. Se definen requerimientos que determinan características: mecánicas de la estación de manufactura, de una aplicación clasificadora de productos con visión de máquina y de automatización del sistema. Para la aplicación de visión de máquina se usa la librería de procesamiento óptico digital de imágenes Open CV, para el diseño mecánico de la estación de manufactura se usa la herramienta CAD Solid Edge y para el diseño e implementación de la automatización se usan normas ISA junto a una metodología de proyectos de ingeniería en automatización integrando un PLC, un inversor, un Panel View y una Red DeviceNet. Se presentan pruebas de funcionamiento clasificando botellas y piezas de PVC en cuatro tipos establecidos, se comprueba el funcionamiento del sistema integrado y la eficiencia de la misma. El tiempo de procesamiento en visión de máquina es 0,290 s en promedio para una pieza de PVC, una capacidad de 206 accesorios x minuto, para botellas se logró un tiempo de procesamiento de 0,267 s, una capacidad de 224 botellas x minuto. Se obtiene un rendimiento mecánico máximo de 32 productos por minuto (1920 productos hora) con el transportador a 22 cm/s y con 40 cm de distancia entre productos obteniendo un error promedio de 0,8%.

This article presents the design, construction and testing of an automatic product sorting system in belt conveyor with machine vision that integrates Free and Open Source Software technology and Allen Bradley commercial equipment. Requirements are defined to determine features such as: mechanics of manufacturing station, an app of product sorting with machine vision and for automation system. For the app of machine vision a library is used for optical digital image processing Open CV, for the mechanical design of the manufacturing station is used the CAD tool Solid Edge and for the design and implementation of automation ISA standards are used along with an automation engineering project methodology integrating a PLC, an inverter, a Panel View and a DeviceNet Network. Performance tests are shown by classifying bottles and PVC pieces in four established types, the behavior of the integrated system is checked so as the efficiency of the same. The processing time on machine vision is 0.290 s on average for a piece of PVC, a capacity of 206 accessories per minute, for bottles was obtained a processing time of 0.267 s, a capacity of 224 bottles per minute. A maximum mechanical performance is obtained with 32 products per minute (1920 products/hour) with the conveyor to 22 cm/s and 40 cm of distance between products obtaining an average error of 0,8%.