Tesis doctorales DIMI - MIIS Doktoretza tesiak
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Publication Open Access Innovación metodológica para desarrollar y evaluar competencias transversales clave en educación secundaria. Aplicación en el ámbito de Tecnología(2017) Zabaleta Trecu, José Miguel; Apalategi Begiristain, Jaione; Pina Calafi, Alfredo; Ingeniería Matemática e Informática; Matematika eta Informatika IngeniaritzaAl menos desde que en 2006 se publicara la recomendación del Parlamento Europeo y del Consejo sobre las competencias clave para el aprendizaje, entendemos que el paradigma de los aprendizajes y las enseñanzas por competencias toman vigencia en la actividad docente en nuestro entorno en educación obligatoria, primaria y secundaria_ Las recomendaciones del citado documento son muy abiertas y aunque establecen las ocho competencias consideradas como claves que todos los estudiantes deben desarrollar no concreta cómo deben ser insertadas en los currículos educativos de los estados miembros. Por eso, los países de la unión han optado por modificar su legislación atendiendo las recomendaciones del documento y manteniendo en la medida de lo posible los anteriores currículos y estructura organizativa escolar. Como consecuencia la implantación de los aprendizajes por competencias es más que cuestionable. Pues la opción más extendida consiste en hacer poco, o mejor nada; seguir más o menos igual que hasta ahora. La cuestión es que las competencias clave están aquí, forman parte del currículo y son los aprendizajes necesarios para participar satisfactoriamente en la sociedad a lo largo de la vida. Precisamente este es lugar donde toma sentido nuestra aportación. En esta tesis se presenta una propuesta de carácter metodológico para desarrollar y evaluar competencias clave transversales en los estudiantes de educación secundaria. La propuesta, con sus limitaciones, pretende aportar cierta luz en el tema bajo la obligación de ser asumible desde la perspectiva docente; se trata de una propuesta hecha por un docente y para docentes.Publication Open Access Un algoritmo distribuido de detección y resolución de interbloqueo con coste lineal y carácter dinámico(2017) Castillo Latorre, María Antonia; Fariña Figueredo, Federico; Córdoba Izaguirre, Alberto; Ingeniería Matemática e Informática; Matematika eta Informatika IngeniaritzaEn esta tesis se presenta un algoritmo para la detección y resolución de interbloqueos en sistemas distribuidos para el modelo de solicitud único recurso. El algoritmo resuelve todos los interbloqueos que aparecen en el sistema con coste O(n) en número de mensajes, siendo n el número de procesos interbloqueados. Una de las características más notables del algoritmo propuesto es que se adapta a las modificaciones del medio (aparición y desaparición de esperas entre procesos) sin que ello incremente el coste de la computación. Dotar de dinamismo a la solución propuesta supone un claro avance porque facilita su aplicación a escenarios cambiantes como es cualquier sistema en que se quiera resolver los interbloqueos detectados. En la tesis se analizan las similitudes que existen entre el problema de elección de líder y el de detección y resolución de interbloqueo en sistemas distribuidos. En realidad, se puede decir que la resolución de interbloqueo distribuido es una versión dinámica del problema de elección de líder. La relación entre ambos problemas se mantiene cuando se analizan sus soluciones. Los algoritmos edge-chasing para resolución de interbloqueo pueden verse como versiones dinámicas de ciertos algoritmos de elección de líder en un anillo. Esto es cierto incluso si se considera la complejidad de ambos tipos de algoritmos. Los de interbloqueo mantienen la complejidad cuadrática de los algoritmos de elección de líder cuando trabajan en una configuración estática del sistema. En base a esta similitud, se diseña un nuevo algoritmo que adapta a comportamientos dinámicos un algoritmo de elección de líder de complejidad lineal. La tesis estudia diferentes mecanismos que son necesarios para conseguir que el algoritmo actualice su conocimiento de las esperas del sistema, a la vez que trata de localizar la forma de resolver un interbloqueo. Algunos de ellos, como el uso de 'memoria' ya se han utilizado en trabajos previos. Otros, como la simulación de identidad de nodos que han abandonado la ejecución, son novedosos y pudieran ser de utilidad en la adaptación de otros algoritmos a sistemas dinámicos. La corrección del algoritmo se demuestra formalmente utilizando como herramienta la teoría de Autómatas de Entrada/Salida. La demostración comprueba que el algoritmo resuelve en un tiempo finito todos los interbloqueos que aparecen en el sistema y sólo detecta un interbloqueo si éste realmente existe. En el análisis de complejidad, a diferencia de lo habitual, se han considerado todos los mensajes que el algoritmo genera. No sólo se tienen en cuenta aquéllos que permiten la detección de un interbloqueo ya formado y los necesarios para evitar falsas detecciones, sino también se contabilizan los mensajes que se generan durante el proceso de formación del interbloqueo.Publication Open Access Representaciones numéricas de semigrupos totalmente ordenados(Universidad Pública de Navarra / Nafarroako Unibertsitate Publikoa, 1995) Miguel Velasco, Juan Ramón de; Candeal, Juan Carlos; Induráin Eraso, Esteban; Ingeniería Matemática e Informática; Matematika eta Informatika IngeniaritzaEn esta memoria se estudia la posibilidad de obtener representaciones numéricas de semigrupos totalmente ordenados. En este caso, el objetivo es respetar tanto la estructura de orden, como la algebraica adicional. Denominaremos a estas representaciones funciones de utilidad aditivas.Publication Open Access Designing and implementing digital educational tools for children and youth with special needs using natural interfaces(2016) Bossavit, Benoît; Pina Calafi, Alfredo; Ingeniería Matemática e Informática; Matematika eta Informatika IngeniaritzaEsta tesis se centra en el potencial pedagógico de Interfaces Naturales de Usuario (NUIs) y su aplicación en distintos ámbitos educativos. Las NUIs son interacciones remotas basadas en movimientos gestuales del cuerpo y han mostrado mejoras en la implicación y motivación de los niños, lo que puede repercutir en el aprendizaje. Sin embargo, la mayoría de los trabajos publicados estudian su aplicación con personas de desarrollo cognitivo y motriz típico, dejando en segundo plano el estudio de su posible impacto en niños con necesidades educativas especiales (SEN). Por eso, esta tesis basa su investigación sobre la hipótesis de que las NUIs pueden también apoyar el aprendizaje en niños con SEN. Con esta finalidad, se diseñaron dos técnicas de interacción con la Microsoft® Kinect y se evaluaron empíricamente. Por un lado, el Body Menu que asocia iconos con el cuerpo y permite su selección tocando las partes correspondientes del cuerpo. La interfaz se basa en las propiedades de la propiocepción. Por otro lado, el Crank Handle que permite la manipulación con una mano de objetos virtuales 3D. La interfaz se basa en la metáfora de rotar manivelas para orientar los objetos 3D. Estas dos técnicas establecieron la base para explorar el potencial de las NUIs y fueron integradas en herramientas educativas a través de tres estudios.Publication Open Access New multiplexing structures for fiber optic sensors(2016) Leandro González, Daniel; López-Amo Sáinz, Manuel; Díaz Lucas, Silvia; Ingeniería Eléctrica y Electrónica; Ingeniaritza Elektrikoa eta ElektronikoaEl campo de la fibra óptica ha sufrido una rápida evolución durante las últimas décadas debido a sus buenas prestaciones en aplicaciones de telecomunicaciones. Aprovechando este avance científico y técnico en componentes fotónicos, los sensores de fibra óptica han emergido como una solución flexible para solventar algunas de las principales limitaciones sufridas por los sensores convencionales. Por ejemplo, la fibra óptica es químicamente inerte y electromagnéticamente pasiva. Por lo tanto, puede trabajar en entornos explosivos como depósitos de combustible, o con campos eléctricos intensos. Otra cualidad importante de los sensores de fibra óptica es que son compactos, pequeños, ligeros e inducen un bajo ruido de intensidad. Estas propiedades se han aprovechado en diferentes aplicaciones, siendo particularmente exitosos los giróscopos de fibra óptica y las soluciones basadas en redes de difracción de Bragg. Se han presentado hasta la fecha numerosos planteamientos para interrogar sensores de fibra óptica, utilizando diferentes mecanismos de transducción, técnicas de multiplexación o interrogación, etc. Sin embargo, todavía quedan algunos aspectos que mejorar. Posiblemente, el mayor inconveniente de los sensores de fibra, comparados con otras tecnologías asentadas, sea su coste relativamente alto. Teniendo esto en cuenta, las técnicas de multiplexación de sensores son especialmente importantes debido a que supone la reducción del coste por cada sensor. Se pueden utilizar diferentes técnicas de multiplexación dependiendo del tipo de sensor y de los requisitos de la aplicación. Por ejemplo, las redes de difracción de Bragg son especialmente adecuadas para utilizarse en multiplexación por longitud de onda, mientras que los sensores interferométricos normalmente requieren soluciones más complejas. Además de reducir el coste, hay otros factores de los sensores de fibra óptica que pueden mejorarse, como la relación señal-ruido, la resolución, la estabilidad y la interrogación remota a largas distancias entre otros. En este contexto, esta tesis pretende contribuir al desarrollo de nuevas redes de sensores, haciendo especial hincapié en nuevas técnicas y topologías de multiplexación. De esta manera, se han multiplexado sensores interferométricos y redes de difracción Bragg siguiendo nuevos esquemas. Estas redes incluyen diferentes planteamientos, que pueden dividirse en dos grandes grupos: redes pasivas con multiplexación de sensores interferométricos y redes activas basadas en láseres de fibra. Además de las técnicas de multiplexación, también se han explorado otras alternativas, como la operación mono-frecuencia, la interrogación remota a largas distancias o la realización de medidas de alta resolución. Asimismo, se han analizado las capacidades de los láseres de fibra con reflectores distribuidos random para interrogación de sensores.Publication Open Access Holographic acoustic elements for manipulating levitating particles. Applications in human-computer interaction(2016) Marzo Pérez, Asier; Ardaiz Villanueva, Óscar; Ingeniería Matemática e Informática; Matematika eta Informatika IngeniaritzaEn esta tesis doctoral demostramos simultáneamente atrapamiento 3D, traslación y rotación de las partículas utilizando dispositivos de una sola cara. Esto se logra mediante el ajuste de manera óptima los retardos de fase usados para alimentar los transductores; de esta manera se generan estructuras acústicas sin precedentes y sin recurrir a lentes físicas, transductores hechos a medida o accionamiento mecánico. Nuestro método genera trampas óptimas en las posiciones deseadas con cualquier disposición espacial de los transductores; además, mejora significativamente los manipuladores anteriores. Presentamos tres trampas acústicas óptimas: trampas pinza, un nuevo fenómeno acústico que también puede rotar objetos; trampas tornado, cuyas capacidades de levitación se mostraron teóricamente y recientemente se observaron experimentalmente usando una lente acústica fija; y trampas en botella, que nunca han sido ni probadas ni sugeridas para levitar objetos. También introducimos el concepto de elementos holográficos acústicos basado en la interpretación de los retardos de fase como una placa holográfica que combina la codificación de elementos acústicos. Esta teoría permite el análisis y la generación eficiente de trampas acústicas, así como comparaciones con trampas ópticas. Este trabajo lleva las ventajas de la levitación óptica (es decir, un solo haz, rotación, control holográfico y múltiples partículas) a la eficiencia y versatilidad de la levitación acústica. Como resultado, esperamos el desarrollo de potentes rayos tractores, pantallas físicas 3D o control de micro-máquinas que están dentro de nuestro cuerpo. Nuevas aplicaciones en interacción hombre-máquina (IHM) se pueden derivar de la posibilidad de posicionar en medio del aire objetos a distancia e incluso a través de obstáculos. En la configuración más básica, movemos partículas sobre una superficie para pintar sobre la arena o líquidos a distancia y sin contacto. Un sistema más avanzado puede posicionar un par de objetos en 3D, esto nos permite representar funciones y posiciones de objetos tales como aviones o asteroides. El objetivo final sería crear un display compuesto de cientos de partículas que levitan de forma independiente para formar diferentes formas.Publication Open Access Averaging, reduction and reconstruction in the spatial three-body problem(2015) Sayas Bordonaba, Flora; Palacián Subiela, Jesús Francisco; Yanguas Sayas, Patricia; Ingeniería Matemática e Informática; Matematika eta Informatika IngeniaritzaEl objetivo de esta tesis es el estudio de la dinámica del problema espacial de tres cuerpos. En particular, se establece la existencia de toros KAM asociados a diferentes tipos de movimientos. El problema espacial de tres cuerpos es un sistema hamiltoniano de nueve grados de libertad. La primera parte de la tesis consiste en aplicar técnicas de promedios y reducción con el fin de obtener un sistema reducido de un grado de libertad, es decir, aquel en el que todas las simetrías continuas han sido reducidas. El estudio, desarrollado a lo largo del presente documento, es válido en las regiones en las cuales el hamiltoniano del problema espacial de tres cuerpos puede ser expresado como suma de dos sistemas keplerianos más un pequeña perturbación. El proceso de reducción consta de las siguientes etapas: 1.- Reducción de la simetría traslacional. 2.- Reducción kepleriana, introducida en el proceso de normalización. 3.- Reducción de la simetría rotacional. 4.- Reducción de las simetría introducida al truncar el desarrollo del potencial. En primer lugar, reducimos la simetría traslacional, escribiendo el hamiltoniano en función de las coordenadas de Jacobi. A continuación, utilizamos las variables de Deprit para eliminar los nodos. Posteriormente, normalizamos con respecto de las anomalías medias en una región sin resonancias y truncamos los términos de mayor orden. El sistema obtenido es expresado en términos de los invariantes que definen el espacio reducido, el cual es una variedad simpléctica de dimensión ocho. En segundo lugar, se reduce la simetría rotacional que viene determinada por el hecho de que el módulo del momento angular total y su proyección en el eje vertical del sistema de referencia inercial son integrales del movimiento. Una vez calculados los invariantes asociados a las simetrías generadas por dichas integrales y el espacio reducido correspondiente, expresamos el hamiltoniano en término de estos invariantes. Ahora el espacio reducido tiene dimensión seis y es singular para algunos valores de los parámetros. En esta parte del estudio, la teoría de la reducción singular juega un papel clave. El último paso en el proceso de reducción es el de eliminar la simetría asociada al argumento del pericentro del cuerpo exterior. Dicha simetría aparece al truncar el hamiltoniano, puesto que este resulta ser independiente del argumento del pericentro. Una vez finalizado el proceso de reducción, obtenemos un espacio, que puede ser regular y difeomorfo a S2 o singular con a lo sumo tres puntos singulares, de dimensión dos parametrizado por medio de tres invariantes. En este espacio estudiamos los equilibrios relativos, su estabilidad y bifurcaciones. Partiendo del análisis de los equilibrios relativos en el espacio más reducido, llevamos a cabo la reconstrucción de toros KAM alrededor de cada equilibrio de tipo elíptico. Nuestro estudio consiste en una combinación de técnicas de regularizaci ón basadas en la construcción de espacios reducidos a diferentes niveles y la determinación explícita de coordenadas simplécticas. Todo esto nos permite calcular las torsiones para todas las posibles combinaciones de movimientos que las tres partículas puede seguir, incluyendo aquellos en los que los cuerpos interiores siguen trayectorias casi rectilíneas. Para probar la existencia de soluciones cuasi-periódicas utilizamos el teorema de Han, Li y Yi para sistemas hamiltonianos con alta degeneración y obtenemos toros KAM, de dimensión cinco, alrededor de equilibrios elípticos que representan diferentes tipos de movimientos. Centrándonos en los movimientos casi rectilíneos, encontramos soluciones cuasiperiódicas de los tres cuerpos tales que los dos cuerpos interiores describen órbitas cercanas a las de colisión. Los cuerpos interiores no colisionan, siguen órbitas acotadas con excentricidades próximas a uno. Estas soluciones están asociadas a puntos de equilibrio elípticos y o bien están en el plano invariable o son perpendiculares a él. Estas soluciones llenan toros invariantes de dimensión cinco.