Facultad de Ciencias Exactas y Tecnología

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Influencia de la atención en el aprendizaje perceptual de movimiento
(Facultad de Ciencias Exactas y Tecnología, 2014-07) Trenti, Edgardo Javier; Barraza, José Fernando
La capacidad del ser humano de mejorar su desempeño en tareas visuales mediante el aprendizaje ha sido objeto de diversos estudios. La información disponible en un estímulo complejo impide el procesamiento completo del mismo. Una tarea visual específica requiere concentrar recursos limitados con el propósito de acometer su resolución de manera eficiente. El procesamiento de imágenes en movimiento es un desafío que enfrentamos diariamente, de manera aparentemente sencilla. Sin embargo, el cálculo que realizan las distintas funciones visuales comprende una marcada complejidad y la concurrencia de diversos subsistemas de apoyo. Una característica esencial en el desenvolvimiento del sistema visual humano es la capacidad de atender a la información que resulta relevante a los fines de producir resultados satisfactorios mediante una utilización ´optima de los recursos disponibles. El mecanismo de filtrado de la información relevante requiere desatender otras fuentes de información presentes en el estímulo. La existencia de herramientas que permitan hacer un uso eficiente de la información disponible requiere la interacción entre las distintas ´áreas del cerebro encargadas de procesar dimensiones particulares del estímulo que enfrenta. El aprendizaje perceptual de movimiento es un campo de investigación que posibilita la construcción de modelos que intenten explicar el comportamiento de observadores humanos. La pregunta básica es la siguiente: ¿cuáles son los mecanismos que permiten la mejora en el desempeño a corto plazo en tareas visuales? Se puede interpretar a la mejora en el desempeño frente a una tarea como un proceso de aprendizaje. La atención juega un rol preponderante en el proceso de aprendizaje perceptual. La plasticidad de las conexiones neuronales permiten formular la hipótesis de la influencia del mecanismo atencional en el proceso de aprendizaje perceptual, al ponderar con mayor peso los canales que transportan información relevante a la tarea. El movimiento se caracteriza, en su proyección a dos dimensiones, mediante los parámetros de dirección y rapidez. En este trabajo se ha utilizado una de las dimensiones, rapidez, para definir una tarea de discriminación, mientras que la segunda dimensión, dirección, ha sido la encargada de distinguir la información relevante de aquella que resulta inútil a la tarea específica. El diseño de experimentos para la recolección de datos provenientes de observadores reales ha permitido el análisis de los mismos utilizando herramientas que establecen un marco de referencia, como es el observador ideal, para comparar desempeños y analizar cuantitativamente la eficiencia de los observadores. Se formularon distintos modelos de suboptimalidad que intentan ajustar los resultados observados en humanos. A partir de la concepción algorítmica del proceso, se procedió a la búsqueda de dispositivos que reflejen las estructuras biológicas disponibles en el cerebro humano para implementar el modelo computacional desarrollado.
Sistemas y sensores incorporados a ropa inteligente para monitoreo ambulatorio inalámbrico de la Insuficiencia Cardíaca Congestiva
(Facultad de Ciencias Exactas y Tecnología, 2018) Goy, Carla Belén; Herrera, Myriam C.
La Insuficiencia Cardíaca (IC) afecta a más de 25 millones de personas a nivel mundial siendo la principal causa de hospitalizaciones en mayores de 65 años en los países desarrollados. Gran parte de estas hospitalizaciones ocurren debido a congestión venosa, por lo que, su detección temprana constituye un objetivo fundamental para poder evitarlas. En este contexto, resulta necesario investigar y desarrollar tecnologías no invasivas capaces de detectar precozmente la congestión en pacientes hospitalizados y ambulatorios. En esta tesis se diseña y desarrolla un sistema no invasivo para la detección temprana de la congestión mediante el cálculo de parámetros vasculares utilizando la técnica de pletismografía de oclusión venosa (POV) en los miembros. El sistema incluye un pletismógrafo analógico digital automático, electrodos textiles y sensores de presión capaces de medir la presión de contacto sistema/paciente. El pletismógrafo es un impedancímetro tetrapolar con hardware y software dedicados comunicados por una placa de adquisición, manguito oclusor y bomba/electroválvula para el inflado/desinflado automático del manguito. Su repetibilidad es del 95% y permite obtener señales de POV con el patrón de la bibliografía. La técnica empleada por el pletismógrafo permite utilizarlo en el hogar para seguimiento ambulatorio. Se construyen y evalúan 5 tipos de electrodos textiles fabricados con diferentes telas conductoras; se determinan sus características eléctricas 3resistencia laminar vs. distancia e impedancia de contacto electrodo/piel- utilizando 2 sets experimentales especialmente desarrollados y se evalúa su desempeño registrando señales POV en voluntarios sanos. Se obtiene correlación directa entre los resultados de la caracterización eléctrica y su desempeño en el registro. Los electrodos fabricados con una tela bañada en plata -76% nylon y 24% fibra elástica- presentan el mejor desempeño permitiendo obtener señales de mayor amplitud. Se fabrican 11 tipos de sensores de presión colocando láminas piezorresistivas entre telas conductoras; variando área activa, tipo de tela y/o número de láminas piezorresistivas. Se evalúa repetibilidad, sensibilidad y rango a partir de sus curvas de calibración; se analiza -con experimentos factoriales usando ANOVA- la influencia del área activa y del tipo de tela en la sensibilidad y rango. Se encuentra que los sensores multicapas y los fabricados con ciertas telas no se desempeñan adecuadamente mientras que el resto de los mismos poseen repetibilidad>90%; sensibilidad dependiente del área activa, del tipo de tela y de la interacción entre ambos; y rango dependiente inversamente de dicha área. Los electrodos textiles y los sensores de presión son aptos para incorporarse a "ropa inteligente". Finalmente, se evalúa la capacidad del sistema completo para la detección de la congestión midiendo 9 parámetros vasculares en voluntarios sanos y en pacientes con distintos grados de congestión. Se encuentra que ciertos parámetros permiten detectar desde niveles bajos de congestión y que el flujo sanguíneo y la capacitancia venosa son los que mejor representan el grado de la misma. El monitoreo en el hogar de algunos de los parámetros vasculares propuestos, utilizando un sistema de vestir que incluya el equipo de pletismografía, los electrodos textiles y los sensores de presión, podría servir para detectar precozmente la congestión en pacientes con IC.
Diseño y optimización de cadenas de suministros de biocombustibles con criterios de sustentabilidad
(Universidad Nacional de Tucumán. Facultad de Ciencias Exactas y Tecnología., 2018) Wheeler, Jonathan; Mele, Fernando Daniel
En esta Tesis de Doctorado se realizaron tareas de investigación y desarrollo en el área de sistemas de soporte a la toma de decisiones para la gestión de cadenas de suministros y la planificación estratégica del sector de la industria de biocombustibles. Un punto importante de este trabajo fue la consideración de los aspectos económico-financieros junto con indicadores ambientales, lo que permite fijar estrategias para el desarrollo sustentable de la actividad industrial. Dado que el sector de los biocombustibles está creciendo notablemente a nivel mundial, ante la necesidad de utilizar fuentes renovables de energía, resulta de vital importancia establecer estrategias que permitan garantizar la sostenibilidad de las actividades industriales conjuntamente con las de la sociedad, cuidando del medio ambiente. En particular se han desarrollado herramientas novedosas para el soporte en la toma de decisiones en el ámbito de cadenas de suministros de biomasa, a partir de la integración de técnicas de programación matemática para el modelado de procesos y distintas estrategias para la resolución de problemas con múltiples criterios. Se han utilizado sistemas de cómputo para lograr encontrar diseños y estrategias óptimas para dar solución a los distintos desafíos que propone el sector. El trabajo realizado extiende el uso del modelado matemático como herramienta de gestión, tanto a nivel industrial como gubernamental, y permite apoyar y sistematizar las decisiones estratégicas del sector. Además, la inclusión de aspectos ambientales, tales como el uso de la tierra y la emisión de gases de efecto invernadero, mediante la técnica del Análisis del Ciclo de Vida permite cuantificar el daño ambiental de la actividad y establecer políticas para su reducción. Las aplicaciones de las estrategias desarrolladas tienen un fuerte impacto regional debido a su vínculo, por ejemplo, con la industria sucroalcoholera del Noroeste Argentino (NOA). Con la debida difusión, podría darse la potencial adaptación del sector productivo a las nuevas tendencias de gestión que se están difundiendo en el mundo.
Desarrollo de estrategias para la producción de bioetanol utilizando hidrolizados de recursos lignocelulósicos
(Facultad de Ciencias Exactas y Tecnología, 2018-08) Manfredi, Adriana Paola; Perotti, Nora I.; Martínez, María A.
Frente a la necesidad de generar conocimiento y aportar al desarrollo de energías renovables, esta tesis se dirigió a la evaluación y diseño de estrategias para la producción de bioetanol a partir de materia prima lignocelulósica: bagazo y residuo agrícola de cosecha (RAC) de caña de azúcar. Como fuente de carbono renovable más abundante en la naturaleza y altamente energética, la biomasa lignocelulósica es ideal para el desarrollo de procesos sustentables. Su utilización eficiente requiere de pretratamientos para abrir su estructura y así facilitar el acceso de enzimas sacarificantes; los monosacáridos producidos son luego convertidos a bioetanol por fermentación. Para el desarrollo de procesos potencialmente viables, en este trabajo se evaluaron y optimizaron pretratamientos de bagazo y RAC, se desarrollaron formulaciones enzimáticas sacarificantes y se produjo etanol de segunda generación (2G) en diferentes configuraciones de proceso. Como métodos químicos, se realizaron pretratamientos con NaOH y H2SO4 sobre RAC, mientras que el pretratamiento fisicoquímico por explosión de vapor (EV) se usó sobre bagazo y RAC aplicando la metodología de diseño de superficie de respuesta para evaluar el efecto de la temperatura y el tiempo sobre la recuperación de azúcares fermentables. Los puntos óptimos obtenidos permitieron recuperar valores mayores al 76 % de glucosa y al 60 % de xilosa, y fueron usados en las siguientes etapas. La sacarificación enzimática fue abordada con el uso de enzimas comerciales suplementadas con enzimas propias. A tal fin, se construyó una colección de cepas productoras de enzimas de interés, provenientes de nichos de la agroindustria local y de intestino de insectos xilófagos. De un total de 233 aislamientos bacterianos identificados de acuerdo a la secuencia del gen ribosomal 16S, fueron seleccionados Bacillus sp. AR03 y Paenibacillus sp. AR247. La producción enzimática se realizó usando reactor tanque agitado (1 L) y medios de cultivo diseñados mediante métodos estadísticos. Las celulasas producidas por la cepa AR03 presentaron características adecuadas para aplicaciones en biorrefinería, ya que no fueron afectadas por la presencia de diversos aditivos, y su actividad mejoró en presencia de varios metales. Sin embargo, su uso en la sacarificación resultó poco significativo. De manera diferente, la utilización de la mezcla enzimática producida por Paenibacillus sp. AR247 permitió incrementar el rendimiento de glucosa hasta un 37 %, con respecto a la mezcla comercial, luego de la sacarificación de las biomasas pretratadas por EV, lo que fue el resultado más prometedor en vista de la literatura existente a la fecha. Finalmente, la producción de bioetanol fue realizada a partir de RAC pretratado por métodos químicos y fisicoquímico, y sacarificado con enzimas comerciales de última generación, utilizando dos configuraciones de proceso: sacarificación y fermentación simultaneas (SFS) y presacarificación, sacarificación y fermentación simultaneas (PSFS). Los ensayos de fermentación con Saccharomyces cerevisiae Ethanol Red® se realizaron con alta carga de sólidos (20 %). El proceso pretratamientofermentación [NaOH-PSFS] produjo 4,8 % (p/p) de etanol y fue el más eficiente, aunque se logró un resultado significativo con la combinación [EV-PSFS], debido a que no involucra el uso de reactivos contaminantes y resultó en la producción de 3,2 % (p/p) de etanol 2G.
Estudios de Superficies de Nanoestructuras Semiconductoras
(Facultad de Ciencias Exactas y Tecnología, 2019) Tosi, Ezequiel; Comedi, David Mario
Los nanohilos semiconductores son materiales básicos para el desarrollo de una nueva electrónica flexible donde pueden funcionar como elementos activos o como conectores, dando origen a dispositivos versátiles desde el régimen nanométrico hasta la escala macroscópica. Prácticamente todas sus aplicaciones dependen sensiblemente de la capacidad de controlar la síntesis de las nanoestructuras y sus propiedades electrónicas y ópticas. En este contexto, debido a su pequeño volumen y alta área de superficie específica, el estado de la superficie juega un rol preponderante, y para controlarla es muy importante conocer sus propiedades características, y su modificación ante procesos de adsorción, desorción, y otras modificaciones, sean estructurales o de composición química. Es bien sabido, además, que las las propiedades eléctricas en los semiconductores, en particular, dependen de la superficie. Resulta entonces fundamental comprender y controlar las propiedades de las superficies que conforman una nanoestructura de semiconductores. En este Trabajo de Tesis, se propuso como objetivo el generar conocimiento relevante a la comprensión de fenómenos fisicoquímicos que afectan procesos superficiales en nanoestructuras de semiconductores de importancia para la determinación de sus propiedades electrónicas. En particular, se planteó estudiar los estados electrónicos de superficie en nanohilos de ZnO, a través de métodos analíticos fisicoquímicos sensibles a la superficie. Para esto, se dedicó la primera parte del trabajo a la exploración de métodos de preparación de muestras de NHs adecuadas para dichos experimentos. Se estudió el crecimiento de NHs de ZnO sobre grafito compactado en un horno tubular tipo libro con dos zonas de calentamiento, por el método de transporte en fase vapor bajo flujo de gases Ar y O2. Allí se perfeccionaron los parámetros para el crecimiento y cosecha de laminillas de NHs. Posteriormente se optimizó el crecimiento en un horno tubular de zona única, obteniéndose una lámina autosostenida de alta densidad de NHs sin orientación preferencial, con ~ 60nm de diámetro medio y longitudes entre 2 y 6 μm. Luego, se utilizaron arreglos de fibras de carbón como sustratos de crecimiento, obteniéndose NHs de ~ 40nm de diámetro y ~ 700nm de longitud medios alrededor de toda la circunferencia de las fibras más expuestas y de las fibras subyacentes. Todos los NHs crecieron orientados respecto a la dirección radial en ángulos de alrededor ±30° y directamente sobre la superficie de las fibras de carbono. Los NHs crecidos sobre sustratos carbonosos se estudiaron por difracción de rayos X, obteniéndose para la laminilla de NHs un difractograma que concuerda bien con el de un estándar policristalino de ZnO, y para los NHs sobre fibras de carbono evidencia de orientación preferencial, asociada al hecho de que los NHs en este caso se alinean preferentemente en las direcciones −30° y +30°. Finalmente, se exploraron dos métodos distintos para la transferencia de NHs desde el sustrato de crecimiento hacia otros sustratos de interés. Primero se implementó y caracterizó un método de transferencia por goteo, a partir de una suspensión de alta densidad de NHs en alcohol isopropílico que se depositó sobre sustratos de Si, fijándose los NHs luego de la evaporación del solvente, con el que se obtuvieron resultados satisfactorios con alta densidad de NHs transferidos, pero sin control de la orientación de los mismos. Luego, se desarrolló un mecanismo de impresión “en seco”, a partir de los NHs en fibras de carbono, que permitió la transferencia controlada y semi-orientada de NHs sobre sustratos de Si. Este significó un avance de gran importancia puesto que permitió disponer de un sistema de NHs individuales con sus caras laterales expuestas para el ensayo de distintas técnicas de exploración superficial. Con espectroscopía de fotoelectrones excitados por rayos X (XPS) se estudió la composición química y las características principales de la región de la banda de valencia cercana al nivel de Fermi en la región superficial para NHs de ZnO sobre grafito compactado, sobre fibras de carbono y transferidos en seco sobre Si, además de un cristal ZnO(0001) (es decir, la cara polar del Zn) que se tomó como referencia. En las primeras dos muestras se determinó el máximo de la banda de valencia en ~3 eV, lo que permitió ubicar el mínimo de la banda de conducción a ~ 0.3 − 0.4 eV arriba del nivel de Fermi, en concordancia con la naturaleza del ZnO como semiconductor tipo-n. En los NHs transferidos sobre Si, se observó un espectro de fotoelectrones correspondiente a una combinación de los espectros XPS de Si limpio y el cristal ZnO(0001), consistente con tan sólo un 5% del área analizada cubierta con NHs, en concordancia con observaciones por microscopía electrónica de barrido de la misma muestra. Las medidas de XPS arrojaron espectros similares para todas las configuraciones de NHs estudiadas dentro de las incertezas experimentales. Se estudió la fotoluminiscencia (FL) a temperatura ambiente de los NHs de ZnO crecidos sobre grafito compactado (sobre el fondo del crisol y en pastillas), sobre fibras de carbono, y se las comparó con la FL del cristal ZnO(0001) y de NHs convencionales crecidos sobre Si precatalizado con Au. En los NHs sobre sustratos carbonosos se midió una altísima intensidad de emisión ultravioleta, acompañada por una muy baja intensidad de emisión visible, en contraste con lo que ocurre con los NHs crecidos sobre Si. Se encontró que la emisión UV es casi 85 veces mayor que la emisión verde para la laminilla de NHs sobre grafito compactado en el fondo del crisol, lo que lleva a una relación de intensidades de hasta ~10^3 veces más grande que la obtenida para NHs de ZnO crecidos sobre Si por el método de transporte en fase vapor convencional. Se estudió la dependencia de la FL de los NHs sobre grafito compactado en el fondo del crisol, con la potencia de excitación del láser, comparando con los resultados obtenidos en NHs crecidos sobre Si y en el cristal ZnO(0001), y se encontró dependencia de la intensidad de la FL con la potencia del láser aproximadamente lineal para la emisión visible y súper-lineal para la emisión de borde de banda. Contrario a lo esperado, se midió que la evolución de la intensidad de la FL en el UV para los NHs de ZnO sobre grafito compactado con la potencia del láser sigue el mismo comportamiento que para las otras muestras estudiadas, lo que indicaría un mecanismo de generación de la luminiscencia UV similar para las diferentes muestras, a pesar de la gran diferencia de intensidades. Sin embargo, se observó que la posición del pico de FL en el UV se corre hacia el rojo en el caso de los NHs sobre grafito compactado, efecto que no se observa en ninguna de las otras muestras estudiadas. Al comparar la forma de los picos de emisión se encontró que, mientras los picos de emisión UV se superponen sin diferencias apreciables en la forma, el pico de emisión verde de los NHs de ZnO sobre grafito compactado presenta marcadas diferencias, lo que condujo a pensar en la existencia de mecanismos de emisión verde que se hayan suprimidos en los NHs crecidos sobre grafito compactado, debido a las diferencias durante el proceso de crecimiento descrito. Se propone que los NHs crecidos sobre grafito compactado dentro del crisol poseen una densidad de defectos mucho menor que las otras muestras, tanto de centros luminiscentes como centros de recombinación no radiativos, dando origen a la alta emisión en el UV. Se simularon la dinámica de los gases transportadores y la trayectoria de los átomos de Zn dentro del horno tubular variando la orientación del crisol porta-sustratos y la posición del sustrato durante el crecimiento de los nanohilos por transporte de vapor, y se encontró que las partículas de Zn viajan hasta 10 veces más lento sobre el sustrato de crecimiento cuando el crisol se encuentra con su abertura hacia arriba (como la utilizada para crecer NHs sobre grafito compactado), respecto de la posición hacia abajo (utilizada para crecer NHs sobre pastillas de grafito). De esta manera, los átomos de Zn que contribuyen al crecimiento de los NHs en la primer configuración llegan con menor velocidad y se acomodan en sus correspondientes posiciones en la red cristalina de forma ordenada, dando lugar a NHs con una densidad superficial de defectos mucho más baja que la obtenida para la segunda configuración. Por lo tanto, se reduce la densidad de defectos superficiales que actúan como centros luminiscentes en el visible, así como aquellos que actúan como centros de recombinación no radiativa. Como resultado combinado de esto, la emisión en el visible se reduce y la intensidad de emisión UV debida a recombinaciones excitónicas aumenta considerablemente. Con microscopía C-AFM se analizó la topografía y el perfil tridimensional de NHs de ZnO transferidos sobre Si y NHs de ZnO crecidos por síntesis hidrotérmica a baja temperatura sobre sustratos de Si. De esta forma fue posible acceder a información proveniente de las caras laterales (10¯10) y puntas (0001) de los NHs por separado. Con esta técnica no sólo fue posible estudiar conjuntos de nanohilos agrupados sino también analizar nanohilos individuales. Los perfiles de altura en los NHs transferidos presentan un escalón abrupto en la posición de los mismos, con una altura promedio entre 40 y 80 nm, mientras que en los NHs verticales se obtiene un perfil en pendiente debido a artefactos entre la punta del AFM y el lateral del nanohilo mientras ésta sube. Utilizando un tipo especial de punta cónica súper fina y el modo de operación de alta resolución QNM, se pudo observar el perfil topográfico de estos NHs, eliminándose los artefactos de interacción punta-muestra. Además de la topografía, se midieron con CAFM mapas bidimensionales de corriente eléctrica para los NHs recostados y para los NHs verticales respecto del plano del sustrato. Se caracterizó el comportamiento I-V en NHs individuales horizontales y verticales. En los NHs horizontales se obtuvieron curvas tipo diodo con un voltaje de umbral ~ −0.2 V. Los mismos resultados se obtuvieron en las curvas I-V sobre la cara (0001) de los NHs verticales, pero con un voltaje umbral entre −1V y −3 V. Se calcularon las densidades de corriente y se realizó el análisis de las características I-V en términos de la formación de una barrera Schottky entre la punta del AFM y las superficies de los NHs, obteniéndose resultados que están en aceptable acuerdo con los reportados en la bibliografía. Se utilizó XPS para estudiar el doblado de bandas en la superficie limpia del cristal ZnO(0001) en condiciones de ultra alto vacío, y los cambios que se producen durante la adsorción de especies electropositivas (Sn y Mg) y electronegativas (Se y TCNQ). Se registraron los cambios durante las adsorciones de todos los niveles internos accesibles en el experimento, así como también los niveles de la banda de valencia. Esto permitió determinar que el doblado de las bandas afectó de la misma manera a los niveles localizados y extendidos, así como a los niveles internos de los átomos de O y Zn. Se encontró que la adsorción de especies electronegativas, que cargan la superficie negativamente con respecto al volumen, produce siempre doblado de bandas hacia arriba, y la de las especies electropositivas, que cargan la superficie positivamente, produce siempre doblado de bandas hacia abajo. Con respecto a la magnitud del doblado, se encontró que, mientras los doblados de bandas hacia abajo siempre estuvieron cerca del límite dado por las distancias (en el volumen) del máximo de la banda de valencia y el mínimo de la banda de conducción al nivel de Fermi, los doblados de bandas hacia arriba fueron siempre mucho más pequeños. Esto se explicó en términos del llenado incompleto del nivel aceptor del adsorbato, que actúa como un regulador que fija el doblado de bandas en un cierto valor. Aunque se utilizaron tasas de adsorción muy bajas, para ningún adsorbato fue posible observar el desarrollo gradual del doblado de banda; esto significa que la banda doblada se forma con una densidad muy pequeña de adsorbatos, y satura muy rápidamente. Finalmente se analizaron los doblados de bandas en otros dos casos de interés: cuando la superficie de ZnO(0001) está expuesta a condiciones atmosféricas y cuando se ve alterada por el bombardeo con iones Ar+. En ambos casos las modificaciones de la superficie produjeron un doblado de bandas hacia abajo. El desplazamiento descendente en el caso del bombardeo con Ar+ se atribuyó al sputtering preferencial de los átomos de O; esto produce una ligera metalización de la región superficial (por enriquecimiento con Zn) y, por lo tanto, condiciones similares a las obtenidas al adsorber Sn o Mg. El caso de la modificación por exposición a condiciones atmosféricas se puede explicar teniendo en cuenta la baja reactividad de la superficie ZnO(0001) (terminada en Zn) con los adsorbatos más electronegativos (O2 y OH) y el efecto dominante de contaminación asociada al C.
Sistema de telemonitoreo no invasivo para el seguimiento de pacientes ambulatorios con Insuficiencia Cardíaca: Impacto en la detección temprana de la descompensación cardíaca y en la calidad de vida
(Facultad de Ciencias Exactas y Tecnología, 2019) Yanicelli, Lucía María; Herrera, Myriam Cristina
La Insuficiencia Cardíaca (IC) es considerada como la incapacidad del corazón de aportar sangre -y por ende oxígeno- en una tasa acorde con los requerimientos metabólicos del organismo. Esta incapacidad del corazón puede deberse a un defectuoso llenado cardíaco y/o a contracción o vaciado dificultado. Los mecanismos compensatorios aumentan el volumen sanguíneo y elevan las presiones de llenado, la frecuencia cardíaca, y la masa muscular cardíaca para mantener la función de bomba y causar redistribución del flujo. Eventualmente, sin embargo -pese a los mecanismos compensadores- la capacidad del corazón para contraerse y relajarse declina progresivamente, y la IC empeora (Givertz et al., 2001). A pesar de los avances en el tratamiento médico, la IC constituye la principal causa de muerte en el mundo occidental, siendo la enfermedad que produce el mayor número de hospitalizaciones en pacientes mayores de 65 años, generando elevados costos al sistema de salud. Las razones más comunes para el reingreso hospitalario por IC son las demoras en el reconocimiento de los síntomas, el incumplimiento de la dieta y la medicación, y la falta de conocimientos y habilidades para una autogestión competente. Algunos estudios señalan que después del alta, programas multidisciplinarios de tratamiento, es decir telemonitorización o apoyo telefónico estructurado, pueden evitar gran parte de los reingresos relacionados con la IC, con una mejora también de la mortalidad (20%), la duración de la estancia hospitalaria y la calidad de vida (Inglis et al., 2016). Además, el seguimiento de pacientes a distancia a través del uso de nuevas tecnologías (TICs), tales como el seguimiento mediante teléfonos inteligentes, los sistemas interactivos de respuesta de voz, y la transmisión de datos electrónicos se han propuesto como posibles soluciones del problema de la readmisión (Pare et al., 2007; Chaudhry et al., 2010; Saponara et al., 2012; Purcell et al., 2014). Debido a este panorama, y especialmente al incremento del interés en mejorar los resultados y la calidad del cuidado de los pacientes con IC, en esta tesis se propone diseñar, desarrollar y evaluar un sistema que permita el seguimiento no invasivo del paciente ambulatorio, y que a través del monitoreo de ciertas variables fisiológicas y del estado general del paciente sea capaz de detectar y alertar posibles descompensaciones. Mediante un estudio exhaustivo de la experiencia clínica de la patología a nivel mundial, a partir del estudio de los "consensos médicos sobre IC" -publicados por las asociaciones de cardiología más reconocidas- se detectan una serie de aspectos (parámetros a monitorear, educación para la salud) que deberían tenerse en cuenta a la hora de abordar el diseño de un sistema de televigilancia para pacientes con IC. A partir de una revisión crítica de los diferentes sistemas de telemonitoreo que existen y están en desarrollo a nivel mundial, y del análisis de los consensos médicos, se especifican los requisitos con los que deben contar los sistemas de telemonitoreo no invasivo para pacientes con IC. Se realiza el diseño y el desarrollo de un sistema de telemonitoreo, al que se denomina iC. El sistema incluye una aplicación para dispositivos móviles para el paciente -desarrollo nativo en Android-, una aplicación web para el personal de salud y una interfaz de programación de aplicaciones (API) que permite el almacenamiento y la comunicación de datos/información entre las aplicaciones paciente y personal de salud. Se lleva a cabo la evaluación del impacto del sistema de telemonitoreo en una población de pacientes con IC mediante un estudio clínico realizado en una institución pública de salud con el apoyo de personal médico y técnico. Se trabaja con un grupo "control" al que se atiende en consultorio y un grupo "intervención", al que además del tratamiento convencional, se le instruye para usar el Sistema de Telemonitoreo. El análisis de la evolución de ambos grupos se realiza mediante el uso de encuestas -previamente validadas- de: 1) Calidad de vida (Minnesota Living with Heart Failure, MLHFQ), 2) conocimientos del paciente sobre su enfermedad (Knowledge of Chronic Heart Failure), 3) adherencia al tratamiento farmacológico (Escala de Morisky Modificada) y 4) Autocuidado (European Heart Failure self-care behavior scale), todas ellas aplicadas al inicio y a los 3 meses del seguimiento. Al iniciar el estudio no existen diferencias estadísticamente significativas en las características sociodemográficas y sanitarias entre los pacientes del grupo control e intervención, como tampoco en las demás variables, por lo que puede afirmarse que los grupos control e intervención son similares entre ellos. Por otro lado, al finalizar el seguimiento, los resultados indican diferencias estadísticamente significativas en las siguientes variables: a) de la comparación entre el grupo control e intervención: 1- cantidad de respuestas correctas (p=0,015) e incorrectas (p=0,021) del cuestionario conocimientos sobre IC y 2- diferencia entre inicio y fin del cuestionario de autocuidado (p=0,004), ambos casos con empeoramientos en el grupo control y mejoras en el grupo intervención; b) de la comparación de las variables antes y después de la intervención en cada uno de los grupos: 1- disminución de la adherencia al tratamiento del grupo control (p=0,025); 2- mejora de la calidad de vida de los pacientes del grupo intervención (p=0,04) y 3-empeoramiento del autocuidado en el grupo control (p=0,033) y mejora en el grupo intervención (p=0,036). Cabe destacar que durante el estudio clínico en algunos pacientes del grupo intervención –utilizando el sistema de telemonitoreo-, se detectan diversas alertas (potenciales signos de descompensación), frente a las cuales el equipo médico tiene que actuar en consecuencia; por lo dicho se puede inferir que la utilización del Sistema desarrollado tiene la potencialidad de evitar posibles re-hospitalizaciones. Futuras investigaciones podrán valerse de los estudios realizados durante esta tesis y del uso masivo del sistema desarrollado, para recolectar datos específicos sobre el seguimiento a distancia de esta patología.
Estudio de modelos para la identificación de cavidades mediante la tomografía de impedancia eléctrica
(Universidad Nacional de Tucumán. Facultad de Ciencias Exactas y Tecnología., 2019) Santucho, Exequiel Miguel Ángel; Orlando, Antonio; Luege, Mariela; Pilotta, Elvio
En esta tesis se proponen y estudian tres modelos para la reconstrucción de cavidades en el interior de un cuerpo, bajo la técnica de la Tomografía de Impedancia Eléctrica (TIE). Esta técnica brinda el marco físico y conceptual del problema estacionario de la difusión de la corriente eléctrica en un medio conductor. Conociendo los valores de corriente y la distribución del potencial electrostático medidos en el contorno del cuerpo, su estructura interna se determina contrastando esta información con los valores sintéticos calculados sobre los mismos puntos. Basados en la hipótesis de unicidad de valores de conductividad para cada material, el problema se resume en encontrar la función de conductividad para inferir con ella la estructura interna del cuerpo. Cada modelo propuesto consiste en la adopción de un funcional de fidelidad de valores, que es una medida de error entre los datos medidos experimentalmente y los calculados numéricamente, al que se le adiciona un término regularizante para lidiar con el mal condicionamiento de este problema inverso. Para el funcional de fidelidad se proponen dos opciones: uno definido en el contorno del cuerpo y el otro definido en todo su dominio. Para el término regularizante se proponen también dos opciones: un operador clásico sobre la variable de conductividad y otro que penaliza el perímetro de los defectos incógnitas. Para el tratamiento numérico posterior este ́ultimo es aproximado a su vez, en el sentido de la convergencia, a dos funcionales: uno elíptico y otro de área. Para los modelos que consideran al funcional de área como término regularizante se aplican metodologías basadas en la Derivada Topológica, mientras que para el resto se emplean metodologías clásicas de tipo gradiente. La obtención de Derivadas Topológicas no constituye un cálculo trivial, por lo que se aportan sus expresiones analíticas de hasta orden dos, conseguidas mediante dos métodos diferentes. Finalmente, se plantea una metodología de comparación entre los métodos propuestos considerando dos tipos de análisis: uno desagregado que tiene en cuenta parámetros geométricos y visuales de las cavidades encontradas, y otro directo que emplea un criterio de distancia entre la cavidad conseguida y la objetivo. Para cada modelo se desarrollan los algoritmos de reconstrucción y se presentan numerosos experimentos numéricos a fin de mostrar las bondades de cada método. Esta tesis aborda problemas de índole académico y contribuye tanto en el desarrollo de metodologías modernas para resolver el problema de identificación de dominios, como en el planteo de aspectos prácticos para la utilización de la TIE como herramienta de evaluación no destructiva.
Estudios de superficies de nanoestructuras semiconductoras
(Universidad Nacional de Tucumán. Facultad de Ciencias Exactas y Tecnología., 2019) Tosi, Ezequiel; Comedi, David Mario
El trabajo de tesis se centra en el estudio de los nanohilos semiconductores (NHs) de ZnO, un material clave para el desarrollo de una electrónica flexible. Estos nanohilos se usan como elementos activos o conectores, y sus propiedades electrónicas y ópticas dependen en gran medida de la superficie, que juega un papel importante en su rendimiento. El objetivo es comprender los fenómenos fisicoquímicos que afectan la superficie de los nanohilos y cómo estos influyen en sus propiedades electrónicas. La investigación se enfocó en la síntesis de los nanohilos de ZnO sobre diferentes sustratos, como grafito y fibras de carbono, usando el método de transporte en fase vapor. También se desarrollaron técnicas para transferir los nanohilos a otros sustratos, lo que permite estudiar sus propiedades superficiales en condiciones controladas. Se emplearon métodos de espectroscopía de fotoelectrones (XPS) para analizar la composición química de los nanohilos y se investigaron sus características de fotoluminiscencia (FL), encontrando que los nanohilos sobre grafito compactado mostraban una emisión UV mucho más intensa que los crecidos sobre otros sustratos. Además, se realizó un estudio sobre la dinámica de los gases en el proceso de crecimiento de los nanohilos y su influencia en la densidad de defectos superficiales, lo que afecta las propiedades electrónicas y ópticas. Con microscopía de corriente de punta (C-AFM), se analizaron las propiedades eléctricas de los nanohilos, observando la formación de barreras Schottky en su superficie. Finalmente, se investigaron los efectos del bombardeo con iones Ar+ y la exposición a condiciones atmosféricas sobre la superficie del ZnO, encontrando que estas alteraciones provocaban un desplazamiento en las bandas electrónicas, lo que tiene implicaciones para el control de las propiedades de los nanohilos en aplicaciones electrónicas. En resumen, la tesis proporciona un análisis detallado de la síntesis, transferencia, caracterización y control de las propiedades superficiales de los nanohilos de ZnO, lo que es fundamental para mejorar su rendimiento en dispositivos electrónicos flexibles.
Predicción de Lluvias Máximas para Diseño Hidrológico
(Facultad de Ciencias Exactas y Tecnología, 2019-02) Bazzano, Flavia; Caamaño Nelli, Gabriel; Vrech, Sonia
Los excedentes hídricos producto de eventos meteorológicos extremos representan una amenaza, cuyo impacto puede mitigarse mediante la implementación de las adecuadas medidas estructurales y no estructurales. El proyecto de dichas medidas requiere de un caudal de diseño, que represente el mayor previsible para cierto período futuro, establecido según el riesgo de falla asumido. La escasez de series históricas de aforos lleva, habitualmente, a su evaluación indirecta a partir de una transformación lluvia 3 caudal. Sin embargo, la estimación de la lluvia de diseño es compleja dado que no basta con definir su magnitud, si no que se debe reflejar la variabilidad temporal del fenómeno y su estructura geográfica. En la presente tesis se propone una metodología para la determinación de la lluvia de diseño, tomando como sistema experimental a la provincia de Tucumán. Para ello se parte de tecnología integrada, desarrollada en la provincia de Córdoba, donde se plantean innovaciones metodológicas que contribuyen a su perfeccionamiento. Algunas de las propuestas pretenden salvar áreas de vacancia dentro de la metodología preexistente y otras se realizan a partir del condicionamiento que imponen las condiciones locales y la información disponible. El procedimiento a seguir requiere, en primera instancia, la estimación de la magnitud de la lluvia futura. Para ello, se distinguen dos metodologías diferenciadas según la escala de diseño hidrológico: los proyectos de gran envergadura, se calculan considerando el Valor Límite Estimado o Precipitación Máxima Probable, mientras que obras medianas y pequeñas se dimensionan empleando un modelo probabilístico denominado relación intensidad 3 duración 3 recurrencia (i-d- T). Para el primer caso, se propone en esta tesis una metodología novedosa para estimar estadísticamente la PMP, basada en series aleatorias sintéticas e independiente de los registros locales, mientras que para el segundo caso, se calibra el modelo DIT (Caamaño Nelli y García, 1999), incorporando un análisis de la incidencia del lapso de medición de la lluvia, producto del uso de pluviómetros de alta frecuencia. Una vez establecida la magnitud de la lluvia resta definir su distribución temporal a través de un Hietograma Tipo, para lo cual se evaluan seis estrategias derivando la solución óptima según la información disponible. Luego, como el área medida es siempre una muestra ínfima de la cuenca y el máximo allí predicho no ocurrirá simultáneamente en todos los puntos, se ajusta un algoritmo de atenuación, que convierte la lluvia puntual en una media areal. El ajuste se realiza según un enfoque original que contempla la escala de los eventos meteorológicos. Por último, se propone la regionalización de los parámetros de los modelos de predicción empleando herramientas de la geoestadística, que contemplan la estructura de autocorrelación espacial y cuantifican el error de la interpolación permitiendo evaluar su validez. Los resultados de esta tesis consolidan la tecnología integrada empleada para predicción de lluvias de diseño, cuyo uso se ha difundido en los últimos años a gran parte del país. Los mismos representan una herramienta fundamental para el correcto diseño de obras hidráulicas y planificación urbana y rural en la región.
Determinación de Diagramas de Fases de Aleaciones Ternarias de Base Zr
(Facultad de Ciencias Exactas y Tecnología, 2020-11) Arreguez, Constanza; Nieva, Nicolás
En este trabajo se presentan los resultados obtenidos del estudio experimental de los diagramas de fases ternarios de los sistemas hierro-estaño-circonio (Fe-Sn-Zr) a 800 °C, niobio-estaño-hierro (Nb-Sn-Fe) a 950 °C y hierro-niobio-circonio (Fe-Nb-Zr) a 800 °C. En metalurgia, para la determinación de las propiedades mecánicas, de las microestructuras finales y otras propiedades en los materiales sometidos a diferentes tratamientos térmicos, es común la utilización de diagramas de fases como herramientas que aportan información al mismo tiempo que facilitan la elección de los materiales para una determinada aplicación tecnológica. Los diagramas de fases representan las relaciones entre la estructura, la composición y las cantidades de fases en equilibrio. Aunque en cualquier sistema real se producirán apartamientos del equilibrio, el conocimiento del estado de equilibrio es el punto de partida para entender la mayoría de los procesos. En este trabajo se analizan las fases presentes y sus relaciones de equilibrio, partiendo del conocimiento de los diagramas binarios Fe-Zr, Sn-Zr, Nb-Zr, Fe-Sn, Fe-Nb y Nb-Sn y del conocimiento de los diagramas ternarios correspondientes a los sistemas de interés. Para realizar el trabajo experimental se diseñó y fabricó un conjunto de aleaciones ternarias las cuales se examinaron con distintas técnicas complementarias: microanálisis cuantitativo con microsonda electrónica, microanálisis cualitativo con microscopio electrónico de barrido y espectrometría EDS, difracción de rayos X y observación metalográfica (con microscopía óptica y electrónica). Se exponen finalmente los diagramas de fases resultantes para cada uno de los sistemas, aportando a los cortes isotérmicos propuestos por estudios anteriores. Se informa y discute sobre las fases binarias y ternarias encontradas.
Variaciones seculares del campo magnético y su efecto sobre la atmósfera superior y la magnetósfera
(Facultad de Ciencias Exactas y Tecnología, 2020-12) Zossi, Bruno Santiago; Elias, Ana G.
La Tierra posee un campo magnético propio que protege tanto la atmósfera como a los seres vivos de las partículas de alta energía que provienen del Sol. Se cree que este campo se origina en el núcleo externo de nuestro planeta se genera con el movimiento de fluidos cargados. Desde que el ser humano fue capaz de medir con precisión el campo sabemos que no es constante, sino que varía en escalas de tiempo geológicas. Muchos sistemas geofísicos, principalmente relacionados con la atmósfera superior y el espacio alrededor de nuestro planeta, dependen de este campo magnético, por lo que su variación es una fuente de cambios para dichos sistemas. A lo largo de este trabajo vamos a analizar algunos cambios que produce la variación del campo magnético. La ionosfera es una capa de la atmósfera donde la presencia de cargas libres afecta la propagación de ondas electromagnéticas, la existencia de cargas hace que esta capa sea sensible al campo magnético y por ende a las variaciones del mismo. Entre un primer grupo de resultados se muestra como las variaciones del campo geomagnético afecta la contribución iónica a la conductancia de Pedersen, cambiando la idea de que la ionosfera puede aproximarse a una capa conductora "fina", siendo el aporte de la capa F mayoritario en periodos de alta actividad solar y en zonas donde el campo magnético es bajo. Se complementa estos resultados con el estudio de la conductancia en situación de inversión magnética, cuando el campo toma, históricamente, los valores más bajos, cambiando la altura de pico de las conductividades y creciendo exponencialmente su valor. Se llama casquetes polares magnéticos a las regiones de la Tierra donde las líneas de campo conectan el medio interplanetario con la superficie de la Tierra. Estas zonas son de principal interés científico y público debido a que las partículas solares son capaces de entrar hasta la atmósfera superior produciendo perturbaciones tanto en los equipos satelitales como en los sistemas de comunicación terrestres. En un segundo grupo de resultados, se analizan la variación de las zonas aurorales a medida que cambia el campo terrestre. Para esto se diseña un modelo de magnetopausa robusto ante cambios en la estructura del campo magnético. El primer resultado muestra las variaciones del área geométrica de los casquetes polares magnéticos y las zonas aurorales, mostrando que desde aproximadamente 1940 el área del polo norte está disminuyendo, contrario al comportamiento que se deduce con relaciones de escala y aproximaciones dipolares del campo. También se muestran los casquetes polares magnéticos en escenarios de inversión, este resultado muestra como tanto la posición como la forma de las zonas aurorales cambiarían en gran forma antes que se complete una inversión.
Diseño y evaluación hidrodinámica de una microválvula intravesical para tratar afecciones en la vía urinaria masculina
(Facultad de Ciencias Exactas y Tecnología, 2021-01-05) Rearte, Martín; Luege, Mariela; Orlando, Antonio
En el ser humano se presentan diversas patologías que pueden alterar el normal funcionamiento del tracto urinario desembocando en trastornos de la micción entre ellos la incontinencia o retención urinaria. Estas patologías afectan actualmente a más del 4% de la población mundial disminuyendo la calidad de vida e incluso llevando a la exclusión social a más de 300 millones de personas. Con esto en mente y con el asesoramiento de especialistas en urología y clínica general, luego de analizar el espectro de patologías que causan la incontinencia o la retención urinaria, se diseñó un dispositivo biomecánico denominado “microválvula intravesical” (MVI) que al ser ubicado en una zona específica de control en la uretra, permitiría al paciente recuperar parcialmente el control de la micción funcionando en complemento con el aparato urinario devolviéndole al paciente funciones seminaturales mejorando su condición de vida. Este dispositivo inicialmente fue pensado para ser utilizado por hombres, mujeres y niños, pero se enfocó el diseño en un modelo específico para pacientes masculinos de edad media. Para su diseño se utilizó el software SolidWorks® en un modelo paramétrico que permite estudiar varios casos como así también estudiar alternativas para su fabricación. En cuanto a su funcionalidad, la metodología de validación se basó en simulaciones numéricas de fluidos para comparar el gasto energético que implica la inserción de la válvula en la uretra en comparación con obstrucciones generadas por patologías como la hiperplasia prostática. Estas simulaciones fueron realizadas en SolidWorks® Flow Simulation y, adicionalmente, se planteó la metodología a futuro para mejorar la precisión de los resultados en a través de un estudio SFI en Ansys® Fluent. Para validar el concepto de funcionamiento se postuló que el gasto de energía de la válvula debería ser menor al de una obstrucción en el tracto urinario que no causara trastornos posteriores en el paciente a través de la resolución de las ecuaciones de fluido de Navier-Stokes. Para ello se desarrolló una herramienta de diagnóstico comparativo (HDC) basada en uretras masculinas tridimensionales reales con diferentes grados de hipertrofia prostática para estudiar las presiones, velocidades y otros factores del acto miccional. Los resultados se volcaron en prototipos a escala real los cuales se ensayaron en un banco de pruebas para evaluar su desempeño en condiciones de presión intravesical simuladas basadas en estudios urodinámicos obtenidos de la práctica y de bibliografía. Al analizar los resultados experimentales y los numéricos se observó que, para lograr un correcto funcionamiento de la MVI, el paciente debe retener algunas funciones naturales básicas como ser el control del músculo detrusor, el cual debe ser capaz de generar la presión necesaria no solo para abrir la válvula sino para mantener la apertura un tiempo suficiente para lograr una descarga continua, dejando un remanente aceptable desde el punto de vista clínico. Como trabajo complementario se buscaron alternativas de fabricación basadas en las capacidades del mercado que pudieran dar cumplimiento a normas de aplicación para “productos médicos invasivos” en el cuerpo humano según la autoridad de aplicación nacional (ANMAT).
Diagramas de fases experimentales binarios y ternarios en aleaciones de base Zr
(Facultad de Ciencias Exactas y Tecnología, 2023-05) Tolosa, Martín Rodrigo; Nieva, Nicolás; González, Rubén
En este trabajo se presentan los resultados obtenidos del estudio experimental del diagrama de fases binario hierro-circonio (Fe-Zr) a 1200 °C y los diagramas de fases ternarios de los sistemas hierro-estaño-circonio (Fe-Sn-Zr) a 800 °C, hierro-niobiocirconio (Fe-Nb-Zr) a 1000 °C y 1200 °C. En metalurgia, para la determinación de las propiedades mecánicas, de las microestructuras finales y otras propiedades en los materiales sometidos a diferentes tratamientos térmicos, es común la utilización de diagramas de fases. Estos constituyen herramientas que aportan información al mismo tiempo que facilitan la elección de los materiales para una determinada aplicación tecnológica. Los diagramas de fases representan las relaciones entre la estructura, la composición y las cantidades de fases en equilibrio. Aunque en cualquier sistema real se producirán apartamientos del equilibrio, el conocimiento del estado de equilibrio es el punto de partida para entender la mayoría de los procesos. En este trabajo se analizan las fases presentes y sus relaciones de equilibrio, partiendo del conocimiento de los diagramas binarios Fe-Zr, Sn-Zr, Nb-Zr, Fe-Sn, Fe-Nb y Nb-Sn y ternarios, correspondientes a los sistemas de interés. Para realizar el trabajo experimental se diseñó y fabricó un conjunto de aleaciones binarias y ternarias utilizando un horno de arco, mediante dos procedimientos diferentes. Las muestras así obtenidas se examinaron con distintas técnicas complementarias: observación metalográfica (con microscopía óptica y electrónica de barrido), microanálisis cuantitativo con microsonda electrónica, microanálisis cualitativo con microscopio electrónico de barrido y espectrometría de rayos X por dispersión en energía, difracción de rayos X con equipo de laboratorio, difracción de rayos X con luz sincrotrón y difracción de neutrones. Se exponen finalmente los diagramas de fases resultantes para cada uno de los sistemas, aportando datos a los propuestos por estudios anteriores. Se informa y discute sobre las fases binarias y ternarias encontradas.
Exploración de Bases de Datos No Relacionales: Principios, aplicaciones y desafíos
(Universidad Nacional de Tucumán. Facultad de Ciencias Exactas y Tecnología., 2024-12) Brito, Claudia Monica; Albaca, Carlos
La evolución del almacenamiento de datos ha pasado por tres plataformas principales. La primera incluía bases de datos jerárquicas y en red, mientras que la segunda, impulsada por Internet y la arquitectura cliente-servidor, trajo las bases de datos relacionales (RDBMS) y SQL. La tercera plataforma surge con el auge del Big Data, la computación en la nube, IoT y redes sociales, generando grandes volúmenes de datos y nuevas soluciones como NoSQL y NewSQL. NoSQL surgió debido a las limitaciones de los RDBMS en escalabilidad y flexibilidad, permitiendo almacenamiento sin esquemas rígidos. Empresas como Google, Amazon y Facebook desarrollaron sus propios sistemas NoSQL, clasificándose en cuatro tipos: Clave-valor, Columnar, Documental y en Grafo. Las bases de datos orientadas a objetos fueron pioneras en NoSQL, y con la llegada de la nube, recuperaron relevancia. Más recientemente, han surgido bases de datos vectoriales, esenciales para la Inteligencia Artificial y el procesamiento de datos multidimensionales. Este avance continúa redefiniendo el almacenamiento de datos para adaptarse a las nuevas necesidades tecnológicas.