Ingeniería y Ciencia

**Caracterización de tejido cerebral artificial utilizando Inverse-FEM para simular indentación y comprensión**

The realistic simulation of tool-tissue interactions is necessary for the development of surgical simulators and one of the key element for it realism is accurate bio-mechanical tissue models. In this paper, we determined the mechanical properties of soft tissue by minimizing the difference between experimental measurements and the analytical or simulated solution of the deformation. Then, we selected the best model parameters that fit the experimental data to simulate a bonded compression and a needle indentation with a flat-tip. We show that the inverse FEM allows accurate material property estimation. We also validated our results using multiple tool-tissue interactions over the same specimen.

Una simulación realista de la interacción tejido-herramienta es necesaria para desarrollar simuldores quirúrgicos, y la presición en modelos biomecánicos de tejidos es determinante para cumplir tal fin. Los trabajos previos han caracterizado las propiedades de tejidos blandos; sin embargo, ha faltado una validación apropiada de los resultados. En este trabajo se determinaron las propiedades mecánicas de un tejido blando minimizando la diferencia entre las mediciones experimentales y la solución analítica o simulada del problema. Luego, fueron seleccionados los parámetros que mejor se ajustaron a los datos experimentales para simular una compresión con fricción y la indentación de una aguja con punta plana. Se concluye que el inverse-FEM permite la precisa estimación de las propiedades del material. Además, estos resultados fueron validados con varias interacciones tejido-herramienta sobre el mismo espécimen.

Características de tiempo-frecuencia para la estimación de la posición de los órganos articuladores en consonantes explosivas

Acoustic-to-Articulatory inversion offers new perspectives and interesting applications in the speech processing field; however, it remains an open issue. This paper presents a method to estimate the distribution of the articulatory information contained in the stop consonants' acoustics, whose parametrization is achieved by using the wavelet packet transform. The main focus is on measuring the relevant acoustic information, in terms of statistical association, for the inference of the position of critical articulators involved in stop consonants production. The rank correlation Kendall coefficient is used as the relevance measure. The maps of relevant time-frequency features are calculated for the MOCHA-TIMIT database; from which, stop consonants are extracted and analysed. The proposed method obtains a set of time-frequency components closely related to articulatory phenemenon, which offers a deeper understanding into the relationship between the articulatory and acoustical phenomena. The relevant maps are tested into an acoustic-to-articulatory mapping system based on Gaussian mixture models, where it is shown they are suitable for improving the performance of such a systems over stop consonants. The method could be extended to other manner of articulation categories, e.g. fricatives, in order to adapt present method to acoustic-to-articulatory mapping systems over whole speech.

La inversión articulatoria ofrece nuevas perspectivas y aplicaciones interesantes en el campo de la voz; sin embargo, es aún un problema por resolver. El presente trabajo ofrece un método para la estimación de la distribución de la información articulatoria contenida en la acústica de consonantes explosivas, cuya parametrización se realiza mediante la transformada wavelet packet. El trabajo se centra principalmente en estimar la información acústica relevante, en términos de asociación estadística, para la inferencia de la posición de los órganos articuladores críticos involucrados en la producción de consonantes explosivas. Se usa el coeficiente de Kendall a modo de medida de relevancia. Los mapas de relevancia de tiempo-frecuencia se calculan para la base de datos MOCHA-TIMIT; de la cual, las zonas correspondientes a las consonantes explosivas son analizados. El método propuesto entrega un conjunto de componentes de tiempo-frecuencia intimamente relacionados al fenómeno articulatorio, lo cual ofrece un entendimiento más profundo de la relación existente entre los fenómenos articulatorio y acústico. Los mapas de relevancia se prueban en un sistema de inversión articulatoria basado en modelos de mezclas gausianas, donde se muestra que mejoran el desempeño de los mencionados sistemas aplicados sobre consonantes explosivas. El método se puede extender a otras categorías articulatorias, p.e. fricativas, con el fin de adaptar el presente método a sistemas de inversión articulatoria sobre voz continua

Algunas soluciones exactas para una ecuación de Klein Gordon

In solving practical problems in science and engineering arises as a direct consequence differential equations that explains the dynamics of the phenomena. Finding exact solutions to this equations provides importan information about the behavior of physical systems. The Lie symmetry method allows to find invariant solutions under certain groups of transformations for differential equations.This method not very well known and used is of great importance in the scientific community. By this approach it was possible to find several exact invariant solutions for the Klein Gordon Equation uxx - utt = k(u). A particular case, The Kolmogorov equation uxx - utt = k1u + k2u n was considered. These equations appear in the study of relativistic and quantum physics. The general solutions found, could be used for future explorations on the study for other specific K(u) functions.

En la solución de problemas prácticos de las ciencias y la ingeniería surgen como consecuencia directa ecuaciones diferenciales que dan razón de la dinámica de los fenómenos. El encontrar soluciones exactas a estas ecuaciones proporciona información importante sobre el comportamiento de sistemas físicos. El método de las simetrías de Lie permite encontrar soluciones invariantes bajo ciertos grupos de transformaciones para ecuaciones diferenciales. Mediante este método fue posible encontrar familias de soluciones exactas invariantes para la ecuación de Klein Gordon uxx - utt = k(u): En particular, se consideró la ecuación de Kolmogorov uxx - utt = k1u + k2u n. Estas ecuaciones aparecen en el estudio de la física relativista y cuántica. Las soluciones generales encontradas podrían emplearse en futuros desarrollos en el estudio para otro tipo de funciones k(u).

Método del elemento reproductor del núcleo para soluciones de problemas elasto-estáticos

The Reproducing Kernel Element Method (RKEM) is a relatively new technique developed to have two distinguished features: arbitrary high order smoothness and arbitrary interpolation order of the shape functions. This paper provides a tutorial on the derivation and computational implementation of RKEM for Galerkin discretizations of linear elastostatic problems for one and two dimensional space. A key characteristic of RKEM is that it do not require mid-side nodes in the elements to increase the interpolatory power of its shape functions, and contrary to meshless methods, the same mesh used to construct the shape functions is used for integration of the stiffness matrix. Furthermore, some issues about the quadrature used for integration are discussed in this paper. Its hopes that this may attracts the attention of mathematicians.

El Método del Elemento Reproductor del Núcleo (RKEM) es una técnica relativamente nueva desarrollada para tener dos propiedades distinguidas: suavidad de orden arbitrario y funciones de interpolación de orden arbitrario. Este artículo provee un tutorial acerca de la deducción e implementación de RKEM en discretizaciones de Galerkin en problemas elasto-estáticos en una y dos dimensiones. Una característica clave de RKEM es que no requiere de nodos intermedios en los lados de los elementos para incrementar el poder de interpolación de sus funciones de forma, y contrario a los métodos sin malla, la misma malla usada para construir las funciones de forma es usada para la integración de la matriz de rigidez. Además, algunas cuestiones acerca de la cuadratura usada para integración son discutidas en el artículo. Se espera que esto pueda atraer la atención de matemáticos.

La radiación infrarroja como mecanismo de transferencia de calor de alta calidad en procesos de calentamiento

En este artículo se pretende abordar la radiación infrarroja como un mecanismo principal de transferencia de calor de alta calidad en diferentes procesos de calentamiento, resaltar la pertenencia y problemática en el uso, la caracterización y el diseño de las tecnologías propias accionadas por sistemas de combustión. Para esto, se resume su fenomenología, sus definiciones, suposiciones y soluciones; se abordan algunos métodos numéricos utilizados para la solución de la ecuación de transferencia de radiación (Radiative Transfer Equation (RTE)) y el acoplamiento de éstos a los códigos CFD (Computational Fluids Dynamics); como también los tipos de equipos radiantes utilizados con mayor frecuencia, en especial los tubo radiantes; al igual que ciertas metodologías experimentales usadas para caracterizar los sistemas radiantes, y algunas metodologías de diseño. Se encontró, que el modelo del flux y el de transferencias discretas son pertinentes para darle solución al fenómeno con ayuda de los códigos CFD, como también, que el elemento de medición principalmente utilizado en las mediciones experimentales es el radiómetro; y que la metodología de diseño más práctica puede ser la optimización.

This paper tries to address the infrared radiation as a primary mechanism of heat transfer of high-quality in different heating processes, to highlight the issues and applicability in the use, the characterization and design of the technologies powered by combustion systems. For this, it summarizes its phenomenology, definitions, assumptions and solutions; addresses some numerical methods used to solve the Radiative Transfer Equation (RTE) and its coupling to CFD codes (Computational Fluids Dynamics); as also the types of radiant equipment usually used, in especial the radiant tubes; as well as certain experimental methodologies used to characterize radiant systems, and some design methodologies. It was found, that the flux model and the discrete transfer are sufficient to give solution to the radiation heat transfer phenomenon with the help of CFD codes, as well as the measuring device mainly used in experimental measurements is the radiometer, and the most practical design methodology may be the optimization.

Edificios de concreto reforzado siguiendo la NSR-10 vs sismo de Quetame registrado en Bogotá D.C.

Se presenta el análisis no lineal dinámico en tres direcciones de 6 edificios de concreto reforzado de 5, 12 y 20 pisos, diseñados con la NSR-10 y la zonificación de respuesta sísmica de Bogotá del año 2010. Estos 6 edificios, con planta típica idéntica, fueron sometidos a 78 señales sísmicas del sismo de Quetame (año 2008) registradas por 26 estaciones de la red de acelerógrafos de Bogotá (RAB). Para el diseño de los edificios se utilizaron los espectros de respuesta de aceleración absoluta para las zonas: ''Piedemonte-B'' y ''Lacustre- 500'' de la microzonificación sísmica de Bogotá. Posteriormente, se calcularon las rótulas plásticas para cada elemento estructural de los 6 edificios, y en el caso de las columnas, también sus diagramas de interacción. Luego, las edificaciones tridimensionales fueron sometidas simultáneamente a los registros contra el tiempo norte-sur, este-oeste y vertical. Para cada edificio sometido a las señales de cada estación, se obtuvieron las demandas de deriva, los desplazamientos de la cubierta, el cortante en la base y los niveles de daño según estimadores internacionalmente aceptados. Finalmente, se generaron mapas de demandas de deriva y aceleración por edificio en la ciudad de Bogotá D.C. Los resultados sugieren que los edificios diseñados con la amenaza sísmica de la nueva microzonificación de Bogotá y con las estipulaciones de la NSR-10, presentarán daños excesivos asociados a estados límites como son los de ''seguridad de vidas'' para un sismo de baja magnitud como fue el de Quetame, que equivalió a solo una fracción de aquel que corresponde al comportamiento real bajo el escenario de diseño.

A three dimensional nonlinear dynamic analysis of 6 concrete reinforced buildings of 5, 12 and 20 stories, designed according to NSR-10 and seismic response zoning for Bogotá 2010 version is presented. These 6 buildings were subjected to 78 seismic signals of the Quetame earthquake (2008) registered in 26 stations of the Bogotá's accelerometer array (RAB). ''Piedmont-B'' and ''Lacustrine-500'' absolute acceleration design response spectra from the seismic response zoning of Bogota (2010) were used to design buildings analyzed. Plastic hinges were defined and assigned to each of the structural elements of the 6 buildings, and for columns the interaction diagrams were established too. With these nonlinear parameters, the 6 structures were subject simultaneously to the time history registers North-South, East-West and vertical. For each building and for each seismic register the performance levels, the interstory drifts, roof displacements and base shear demanded were determined. With this information seismic demand maps were plotted for Bogota for each one of buildings. The results suggest that, buildings designed under the new rules to Bogotá and provisions of NSR-10, develop strong damage level, related to limit states, such as: ''llife security'' for low-magnitude quake, was the Quetame earthquake, so far, from the design scenario.

**Tratamiento de outliers para el estudio de transmisión de vibraciones del ferrocarril**

En este trabajo se presenta el resulado del análisis de datos de vibraciones inducidas por la propagación de ondas originadas por el paso de trenes, metro y tranvía. Dichos datos han sido tomados con aelerómetros de fibra optica, dentro del marco del proyecto de investigación TRAVIESA (Transmisión de Vibraciones del ferrocarril urbano al entorno: Estrategias, Tecnologías y materiales para su atenuación) financiado por el CDTI y el Ministerio De Ciencia e Innovación del Gobierno de España. La metodología desarrollada permite caracterizar el nivel de las vibraciones que afectan a los diferentes elementos de la infraestructura ferroviaria y los edificios cercanos. La tecnología de los acelerómetros es la fibra óptica y las mediciones fueron realizadas por el Instituto Tecnológico de Óptica, Color e Imagen (AIDO).

This paper presents the data analysis of the vibration induced by the propagation of waves caused by passing trains, metro and tram. These data are taken with an optical fiber accelerometer within the framework of the research project TRAVIESA (Transmisión de Vibraciones del ferrocarril urbano al entorno: Estrategias, Tecnologías y materiales para su atenuación) funded by CDTI and the Ministry of Science and Innovation of the Government of Spain. The methodology was developed to characterize the level of vibrations that affect different elements of railway infrastructure and nearby buildings. Optical fiber accelerometers were used and the measurements were made by the Technological Institute of Optics, Colour and Imaging (AIDO).

Detección de transacciones fraudulentas a través de un Modelo Lineal Mixto Generalizado

The detection of bank frauds is a topic which many financial sector companies have invested time and resources into. However, finding patterns in the methodologies used to commit fraud in banks is a job that primarily involves intimate knowledge of customer behavior, with the idea of isolating those transactions which do not correspond to what the client usually does. Thus, the solutions proposed in literature tend to focus on identifying outliers or groups, but fail to analyse each client or forecast fraud. This paper evaluates the implementation of a generalized linear model to detect fraud. With this model, unlike conventional methods, we consider the heterogeneity of customers. We not only generate a global model, but also a model for each customer which describes the behavior of each one according to their transactional history and previously detected fraudulent transactions. In particular, a mixed logistic model is used to estimate the probability that a transaction is fraudulent, using information that has been taken by the banking systems in different moments of time.

La detección de fraudes ha sido uno de los temas en el que muchas compañías del sector financiero han invertido más tiempo y recursos con el fin de mitigarlo y de esta forma mantenerse a salvo; sin embargo, encontrar patrones dentro de las metodologías empleadas para cometer fraude en entidades bancarias es un trabajo que involucra ante todo conocer muy bien el comportamiento del individuo, con la idea de finalmente hallar dentro de todas sus transacciones aquellas que no corresponderían a lo que habitualmente éste hace. De esta forma, las soluciones planteadas hasta la fecha, para este problema se han trasladado únicamente a poder identificar outliers o datos atípicos dentro de la muestra que se está analizando, lo cual no permite analizar cada individuo de manera individual y mucho menos realizar un pronóstico de fraudes. En este trabajo se evalúa el uso de un modelo logístico mixto para la detección de fraudes. Este modelo, a diferencia de los métodos convencionales para detección de fraudes, considera la variabilidad de las transacciones realizadas por cada individuo; lo que permite generar no sólo un modelo global, sino también un modelo por cada individuo que permite estimar la probabilidad de que una transacción realizada sea fraudulenta, teniendo en cuenta su historial de transacciones y las transacciones fraudulentas detectadas previamente.

Sobre la distancia mínima de códigos AG unipuntuales castillo

Presentamos una caracterización de la cota inferior d* para la distancia mínima de códigos algebraico-geométricos unipuntuales sobre curvas castillo. Calculamos explícitamente esta cota en el caso de un semigrupo de Weierstrass generado por dos elementos consecutivos. En particular, obtenemos una caracterización más simple del valor exacto de la distancia mínima para códigos Hermitianos.

We present a characterization of the lower bound d* for minimum distance of algebraic geometry one-point codes coming from castle curves. This article shows explicit calculations of this bound in the case of a Weierstrass semigroup generated by two consecutive elements. In particular, we obtain a simple characterization of the exact value of the minimum distance Hermitian codes.

**Estudio catalítico comparativo de los sistemas TiO₂ y Nb₂O₅ · 3H₂O en la degradación de cianuro en función del tipo de oxidante**

La viabilidad del uso de otros agentes fotocatalizadores como el niobio, radica en disminuir las energías altas de la banda prohibida para hacerlo competitivo frente al TiO2, sin embargo la presencia de coayudantes de oxidación, tales como H2O2 y O3 podrían presentar resultados sorprendentes en el desempeño catalítico, debido a una mayor generación del radicales OH·. La obtención de óxidos de mayor área y propiedades texturales diferentes al oxido de niobio comercial, mejoran su actividad catalítica en la remoción de cianuro libre. El trabajo presenta resultados experimentales de fotodegradación de cianuro 100mg=l sobre TiO2 Degussa P - 25 y Nb2O5 · 3H2O, usando un fotorreactor CPC con una capacidad de 4L de solución, usando como fuente de radiación la luz solar, tomando una inclinación igual a la latitud de Cartagena 10.45°, los resultados indicaron un claro efecto del pH, el tipo de catalizador y el coayudante de oxidación. La reducción de ion cianuro del efluente contaminado aumento por la adición del agente oxidante (O3 y H2O2). Sugiriendo una mayor susceptibilidad del cianuro libre, para oxidarse a cianato de forma indirecta, por una mayor generación de radicales hidroxilos, inducidos por la presencia de H2O2 o del O3 bajo radiación solar. Se obtuvo porcentajes de oxidación fotocatalítica de cianuro libre, entre el 64% y 72% usando Nb2O5 · 3H2O y un rango entre 67% y 71% usando TiO2 Degussa P - 25. Los catalizadores fueron caracterizados estructuralmente usando DRX, BET,Raman e FT-IR, con la finalidad de correlacionar los cambios morfológicos con el desempeño catalítico.

This article discusses the viability of using agents such as niobium photocatalyst in decreasing higher energy of the band gap. To do so competitively with TiO2, the presence of oxidation helpers such as H2O2 and O3 could present surprising results in the catalytic performance due to higher generation of OH o radicals. Oxidation helpers are shown to assist in obtaining larger area oxides and textural properties different from commercial niobium oxide, and enhancing its catalytic activity in free cyanide removing. The article presents experimental results of cyanide photodegradation of 100mg/l with Degussa P- 25 TiO2 and Nb2O5·3H2O, using a type CPC photoreactor and sunlight as the radiation source. Taking an inclination equal to Cartagena latitude of 10,450, the results show a clear effect of pH, catalyst type and oxidation auxiliar agent on photodegradation reaction. The ion cyanide reduction of polluted effluent was enhanced by oxidizing agent (O3 and H2O2) addition. This may suggest a greater susceptibility to free cyanide oxidation and cianate indirect oxidation due to higher hydroxyl radical generation, which was induced by H2O2 or O3 presence under solar radiation. The results showed free cyanide photocatalytic oxidation percentages between 64% and 72% using Nb2O5 · 3H2O and 67% and 71% using TiO2 Degussa P-25. The catalysts were characterized structurally by XRD, BET, Raman and FTIR, with the purpose of correlating morphological changes in catalytic performing.

Síntesis de nopol a partir de trementina: revisión del estado del arte

En esta contribución se hace una revisión de los métodos para la síntesis del nopol. Los procesos convencionales abarcan la síntesis térmica y la catalítica con ZnCl2 y los emergentes corresponden a los catalíticos heterogéneos. Se destaca el uso de catalizadores de Sn soportado en materiales mesoporosos producto de las investigaciones de la última década en el Grupo Catálisis Ambiental. La evaluación de las tecnologías existentes de producción de nopol muestra ventajas de la síntesis térmica y la catálisis heterogénea frente al uso de ZnCl2, especialmente por los costos potenciales en la separación y tratamiento de las sales inorgánicas. No obstante, cualquier intento de obtener una alternativa comercial de la tecnología reciente debería reducir los costos requeridos en la producción y regeneración del material catalítico y minimizar el requerimiento de solvente, con el fin que las condiciones moderadas de reacción de la catálisis heterogénea compense adecuadamente los requerimientos energéticos y de tiempo del proceso térmico.

A review about nopol synthesis is included in this contribution. The traditional methodologies include the thermal synthesis and the use of ZnCl2 as a catalyst, and the emergent processes are the heterogeneous catalytic processes. The use of catalysts based on Sn supported on mesoporous materials, as reported by the Environmental Catalysis Research Group 10 years ago, is widely discussed. Among the reported procedures, the homogeneous catalytic processes have the disadvantage of costs associated with separation and treatment of inorganic salts generated during the processes. The commercial alternative for nopol production by heterogeneous catalytic processes should include reduction of costs associated with the production and regeneration of the catalysts. It should also include the minimization of the solvent required for compensating the requirements of time and energy associated with the thermal process with respect to the moderate reaction conditions of the heterogeneous catalytic processes.

Técnicas de fermentación y aplicaciones de la celulosa bacteriana: una revisión

La celulosa bacteriana es un polímero obtenido por fermentación con microrganismos de los géneros Acetobacter, Rhizobium, Agrobacterium y Sarcina, de las cuales la especie más eficiente es la Acetobacter Xylinum. Este polímero presenta la misma estructura química de la celulosa de origen vegetal, pero difiere en su conformación y propiedades fisicoquímicas, lo que lo hace atractivo para diversas aplicaciones, especialmente en las áreas de alimentos, procesos de separación, catálisis y en medicina, gracias a su biocompatibilidad. Sin embargo, el principal problema es la producción a gran escala limitada por los bajos rendimientos, lo que genera la necesidad de desarrollar alternativas que permitan disminuir o eliminar las causas de esta limitación. En este artículo se hace una revisión acerca de la síntesis, producción, propiedades y principales aplicaciones de la celulosa bacteriana, así como de algunas alternativas estudiadas para disminuir los inconvenientes en el escalamiento del proceso.

Bacterial cellulose is a polymer obtained by fermentation with microorganisms from Acetobacter, Rhizobium, Agrobacterium and Sarcina genera. Among them, Acetobacter xylinum is the most efficient specie. This polymer has the same chemical composition of plant cellulose, but its conformation and physicochemical properties are different, making it attractive for several applications, especially in the areas of food, separation processes, catalysis and health, due to its biocompatibility. However, the main problem is the production in mass that is constrained by low yield. It is therefore necessary to develop some alternatives. This paper presents a review about synthesis, production, properties and principal applications of bacterial cellulose, as well as some alternatives to reduce the difficulties for process scaling.