Grado en Ingeniería Electrónica, Robótica y Mecatrónica (UMA/USE)

URI permanente para esta colecciónhttps://hdl.handle.net/11441/28155

Examinar

Mostrando 1 - 20 de 287

Sensorización y actuación para diseño de exotrajes de tren superior
(2025) Jiménez Muñoz, Rubén; Ojeda Granja, Joaquín; Ingeniería Mecánica y Fabricación
Este proyecto se centra en el desarrollo de un sistema de sensorización y actuación para un exotraje que asista la flexión del codo de un brazo humano. Primero se han mencionado distintos ejemplos de interés para generar una visión general del funcionamiento y la construcción de exotrajes, donde se han indicado los componentes que conforman cada uno de ellos, así como los movimientos a los que asisten y sus ventajas e inconvenientes. Una vez se ha introducido lo que es un exotraje,se ha justificado el diseño de la maqueta, así como la colocación de ciertos elementos en ella mediante análisis mecánicos de la misma. En definitiva, se ha buscado que la tensión del cable encargado del movimiento de la maqueta sea mínima en todo momento. El siguiente apartado se ha centrado en los distintos componentes de la maqueta, es decir, los elementos encargados de la sensorización, actuación y control. De cada uno de los componentes se ha desarrollado su funcionamiento y se ha justificado su uso en la maqueta. Se han decidido usar dos IMUs para medir el ángulo relativo de la maqueta, una célula de carga para observar la evolución de la tensión en el cable cuando la maqueta se mueve, un ESP32 como microcontrolador que se encarga de gestionar el sistema y un motor de corriente continua con una reductora como actuador. Se ha elegido un motor con reductora para poder elevar el par generado con el motor. Por último, se ha realizado un análisis de los datos que obtienen los distintos sensores durante el movimiento de la maqueta y se han comparado con los datos teóricos. Tras el análisis se ha comprobado que los datos teóricos y experimentales coinciden, confirmando así el correcto desarrollo y funcionamiento del banco de pruebas. También se han propuesto distintas líneas de desarrollo para el prototipo del exotraje.
Decodificación de patrones neuronales en visión mediante redes de neuronas artificiales para su apli cación a visión biónica
(2025) Ortiz Durán, Marcos; Barriga-Rivera, Alejandro; Economía Aplicada III
En este proyecto se lleva a cabo el desarrollo de un modelo de inteligencia artificial que permite la clasificación de las respuestas neuronales a los estímulos visuales presentados durante sesiones de experimentos a animales. Para ello se emplean registros de potenciales de acción neuronales con conexión directa con estos estímulos. El enfoque propuesto se basa en el uso de redes neuronales profundas entrenadas para una sesión en específico con el objetivo de generalizar los modelos entre diferentes sesiones y diferentes animales. Para ello se han realizado dos estudios diferentes: el primero utilizando un conjunto de datos proporcionado por el Allen Institute for Brain Science obtenido de un modelo de ratón, y el segundo estudio, con datos proporcionados por el grupo de Física Aplicada y Tecnología Médica de la Universidad de Sevilla, obtenidos de modelos de ratas de la cepa Royal College of Surgeon. Los resultados demuestran que es posible establecer modelos de machine learning capaces de identificar patrones de actividad neuronal asociados a estímulos visuales, asentando las bases para futuras investigaciones orientadas al diseño de sistemas de neuroestimulación visual.
Planificación de trayectorias y control de formación de vuelo con drones Crazyflie
(2025) Soto Garrido, Julia Martina; Suárez Fernández-Miranda, Alejandro; Ingeniería de Sistemas y Automática
Estudio de la estabilidad de modelos de remodelación ósea basados en poblaciones celulares
(2025) Palomo Díaz, Alejandro; Calvo Gallego, José Luis; Ingeniería Mecánica y Fabricación
En los huesos se dan diversos procesos de interés de estudio, como pueden ser la remodelación ósea, la hematopoyesis o el almacenamiento de lípidos. Dicho esto, nos vamos a centrar en el primero de ellos, la remodelación ósea. Consiste en el proceso mediante el que los huesos ya existentes pueden reestructurarse, en los que se da tanto un proceso de formación como un proceso de reabsorción. Para que se pueda dar la remodelación ósea, debemos entender y saber cómo se comportan las diferentes células que hay en el tejido óseo y cuáles son sus funciones. Precisamente en esto es lo que nos vamos a centrar a lo largo del trabajo: en estudiar diferentes modelos en ecuaciones diferenciales que expresan el comportamiento de las células óseas que participan en el proceso de remodelación ósea. Para conseguir ir de lo más sencillo a lo más complejo, hemos partido del modelo en ecuaciones diferenciales ya conocido para este proceso. A este modelo ya completo le hemos sustraído gran parte de los términos para comenzar, y hemos ido estudiándolo poco a poco a medida que se le han ido añadiendo términos para conseguir el comportamiento final y completo deseado, al que no se ha conseguido llegar, y por tanto, se añadirá como posible continuación de este mismo trabajo. En resumen, hemos partido del modelo completo ya conocido y lo hemos desglosado en submodelos que estudiaremos uno a uno hasta llegar al modelo completo. Al añadir más términos a medida que se avanza se irá complicando cada vez más, pero al mismo tiempo, será cada vez más completo y definirá de manera más real el comportamiento de las células óseas. Cabe destacar que todo el estudio y trabajo ha sido realizado en Matlab, a través de códigos que sirven para resolver tanto de manera numérica/teórica como de manera gráfica las diferentes ecuaciones diferenciales que tengamos en cada uno de los submodelos.
Diseño de dispositivos de Monitorización IoT de bajo consumo: corrientes submarinas y generación de alertas por nivel de agua.
(2025) Álvarez Perea, Cristina; González Carvajal, Ramón; Hidalgo Fort, Eduardo; Ingeniería Electrónica
Este Trabajo Fin de Grado presenta el diseño e implementación de un sistema IoT autónomo y de bajo consumo para la monitorización de niveles de agua y corrientes submarinas en entornos portuarios. Mediante el uso de sensores específicos, microcontroladores eficientes y FreeRTOS, se ha creado una solución que pueda funcionar en lugares de difícil acceso, optimizando el uso de energía mediante modos de bajo consumo. El sistema, comprobado en laboratorio, facilita la obtención exacta de datos y una administración inteligente del uso de energía. Su participación en el proyecto SAFARI mejora la capacidad para predecir y fortalece la resiliencia de las infraestructuras portuarias ante eventos climáticos extremos, contribuyendo a una gestión más eficiente y sostenible.
Diseño de algoritmo de control para un sistema robótico marsupial UAV-UGV
(2025) López Cortés, Roberto; Alejo, David; Ingeniería de Sistemas y Automática
En las últimas décadas, la robótica ha experimentado un notable avance, siendo cada vez más común el uso de robots para la realización de múltiples tareas dentro de nuestra sociedad. Su aplicación se ha vuelto indispensable, ya que a menudo permite obtener resultados considerablemente más eficientes en comparación con aquellos alcanzados en ausencia de sistemas robóticos. El presente proyecto se centra en la coordinación de un sistema multi-robot, referido como sistema marsupial tanto en el título como en el resto de la documentación, conformado por un vehículo terrestre no tripulado (UGV) y un vehículo aéreo no tripulado (UAV), ambos conectados mediante un cable de alimentación con el fin de aumentar la autonomía de vuelo del UAV. Para ello, se ha diseñado un esquema de control coordinador que permite al sistema marsupial seguir una trayectoria dada en coordenadas tridimensionales (x, y,z). Este esquema define dos puntos de referencia en el espacio, uno para cada vehículo, y fija una longitud de cable de referencia entre ambos. Esta longitud puede ser modificada si el proceso de sincronización entre los vehículos lo requiere. El coordinador se encarga de calcular las velocidades necesarias de ambos vehículos con el fin de que lleguen de forma simultánea a sus respectivas posiciones de referencia. Una vez alcanzadas dichas posiciones, el coordinador actualiza las referencias, generando así un movimiento coordinado y continuo que permite seguir la trayectoria. Una vez finalizado el diseño del sistema de control, los resultados obtenidos se validan mediante una simulación lo más realista posible del entorno descrito. Estas simulaciones reproducen el comportamiento del sistema, demostrando que los controladores implementados permiten el seguimiento preciso de trayectorias, garantizando un movimiento continuo y coordinado entre los vehículos que conforman el sistema marsupial.
Detección de Equipos de Protección Individual y elementos de maquinaria pesada mediante técnicas de aprendizaje profundo
(2025) García Hernández, Pablo; Capitán Fernández, Jesús; Ingeniería de Sistemas y Automática
En este proyecto, se han estudiado tres modelos distintos de Deep Learning: Faster R-CNN, RetinaNet y YOLOv8 para llevar a cabo la detección y clasificación de equipos de protección individual (EPI) y algunos elementos de maquinaria pesada. La motivación de este proyecto es garantizar la seguridad de los trabajadores en entornos laborales peligrosos, como obras o construcciones por ejemplo. El principal objetivo es comparar el rendimiento de los distintos modelos y ver cual de ellos se ajusta mejor a la tarea en cuestión de la manera más eficaz y óptima posible. Para conseguir esto, el trabajo se divide en varias etapas. Una primera, de recolección y procesamiento de datos, que serán las entradas de los modelos. Después, una fase de entrenamiento, donde los modelos, en base a los datos recogidos, se ajustarán para aprender a localizar y clasificar los distintos EPIs y elementos de maquinaria pesada. Por último, un proceso de evaluación, donde los resultados de los distintos modelos se comparan para decidir cual de ellos es la mejor opción para la tarea.
Planificación de caminos para barrer áreas mediante aeronaves no tripuladas en misiones de búsqueda y rescate
(2025) Castell Martín, Marcos; Maza Alcañiz, Iván; Ingeniería de Sistemas y Automática
Este trabajo de fin de grado propone una herramienta de generación de caminos para la gestión de misiones de búsqueda y rescate. En búsqueda de este objetivo, el programa ha sido dividido en tres partes distintas: distribución de esfuerzo de búsqueda, descomposición de regiones y planificación de misiones. El esfuerzo de búsqueda se distribuye mediante un solver basado en la teoría de búsqueda a partir de datos probabilísticos de la posición del objetivo. La región de interés se descompone en múltiples subregiones en función de su nivel de prioridad, determinado por la distribución de esfuerzo de búsqueda previamente calculado. Las subregiones resultantes son recorridas empleando un solver del problema del viajante, y son cubiertas a partir de un algoritmo energéticamente eficiente de planificación de caminos para barrer áreas. La generación de caminos se potencia a través del uso de datos de elevación, transformando puntos bidimensionales en caminos 3D. A partir del programa de generación de caminos, dos aplicación se han creado para los proyectos de DroneLinkPlus y TEMA. Una aplicación genera caminos, que son posteriormente comunicados a dron buscador para misiones de búsqueda y rescate dentro del marco de DroneLinkPlus. Otra aplicación genera caminos de búsqueda, que son subidos la cluster de TEMA como apoyo visual para la gestión de catástrofes.
Visualización y consolidación de datos de sistemas anti-dron
(2025) Perea Bonilla, Alejandro; Maza Alcañiz, Iván; Ingeniería de Sistemas y Automática
Este Trabajo de Fin de Grado desarrolla herramientas para visualizar y procesar datos del proyecto europeo COURAGEOUS, que establece una metodología estandarizada para evaluar sistemas anti-dron, también denominados Counter-Unmanned Aerial Systems (C-UAS) [1], a través de campañas de pruebas con empresas del sector. Ante la ausencia de formatos estandarizados para almacenar datos generados por sistemas C-UAS, se ha diseñado e implementado el «formato COURAGEOUS», especializado para facilitar el análisis y visualización posteriores. Este formato se ha desarrollado con el objetivo de ser lo más genérico posible, siendo compatible con todo tipo de C-UAS, incluyendo sistemas portables y de detección por cuadrantes. Su especificación se basa en un schema JSON, lo que permite generar automáticamente la documentación desde código y simplificar la verificación de archivos proporcionados por las empresas. Para facilitar su adopción, se ha elaborado una guía de uso, desarrollado un visualizador de schema y creado una página web en el dominio de GRVC para la difusión de versiones y actualizaciones. Para detectar fallos temporales o geométricos durante las pruebas, se ha desarrollado una Command Line Interface (CLI) que convierte archivos de diversos formatos, incluyendo el formato COURAGEOUS, a Keyhole Markup Language (KML) para su visualización en Google Earth Pro. Esta herramienta es compatible con todos los tipos de C-UAS que admite el formato, expone librerías reutilizables, funciona en Windows y Linux, e incluye scripts de compilación multiplataforma. Además, se ha investigado el funcionamiento de los receptores GPS utilizados en las pruebas C-UAS de la OTAN (C-UAS Technical Interoperability Exercise, [2]) para garantizar su uso correcto en COURAGEOUS. Se han desarrollado herramientas específicas: una para el cálculo de posiciones promedio y otra para la conversión de datos GPS al formato COURAGEOUS. Estas herramientas han sido esenciales para determinar la posición de los sistemas C-UAS y la trayectoria de los Unmanned Aerial Vehicles (UAVs) respectivamente. Finalmente, se ha participado presencialmente en las pruebas realizadas en el centro ATLAS de Jaén, validando en condiciones reales todas las herramientas y scripts desarrollados.
Puesta en marcha de un sistema Rapid Control Pro totyping (RCP) para el control de convertidores de potencia y verificación experimental con un converti dor DC/DC reductor interleaved
(2025) Castillo Pérez, Álvaro; Vázquez Pérez, Sergio; Ingeniería Electrónica
En este proyecto se lleva a cabo el diseño, construcción y puesta en marcha de un convertidor DC/DC reductor interleaved. El trabajo se plantea como un manual para su ensamblado y comprensión del hardware de control utilizado, la BBoard Pro de Imperix, así como el entorno que ofrece. El convertidor a construir sigue una topología buck y puede estar construido por un solo módulo, que se entiende como una sola etapa de potencia, o varios en paralelo, conformando un interleaved. Una vez finalizado el montaje, el proyecto realiza una comparativa entre la implementación de un sistema compuesto por un módulo único y tres módulos en interleaved, todos bajo la acción del mismo controlador. De forma paralela, se introduce el uso de herramientas de prototipado, como el Hardware In the Loop, para el diseño del controlador y validación en el sistema modelado.
Simulación en Gazebo de Lectura de Datos de Tacógrafos con UAV
(2024) Mayor Lora, Martín; Arrue Ullés, Begoña C.; Ingeniería de Sistemas y Automática
Las normativas actuales de transporte establecen la obligación de monitorizar y registrar las actividades de los camiones, especialmente en lo relativo a los tiempos de conducción y descanso, con el objetivo de mejorar la seguridad vial. Por ello, se desarrollan nuevas tecnologías para poder recoger esos datos y comprobar el cumplimiento de la legislación. Este trabajo presenta el desarrollo de un sistema basado en vehículos aéreos no tripulados (UAVs) para la detección de camiones y la lectura de datos de tacógrafos, utilizando la tecnología DSRC (Dedicated Short Range Communication). Los objetivos principales del proyecto han sido dos: primero, desarrollar un sistema capaz de detectar camiones en imágenes y videos, y segundo, realizar una simulación en la que se demuestre la capacidad de seguimiento de los camiones y la obtención de los datos de los tacógrafos. A lo largo del proyecto, se utilizaron herramientas y tecnologías como ROS, ArduPilot y MAVLink para controlar el movimiento del UAV. Además, se realizaron modificaciones en los modelos para hacer que la simulación fuera más realista, mejorando el comportamiento del sistema en diferentes situaciones. Finalmente, se empleó un modelo preentrenado de YOLO para validar la eficacia del sistema en la detección de camiones en circulación.
Diseño, desarrollo, calibración y validación de un espectrómetro portátil
(2025) Delgado Domínguez, Andrés; Quero Reboul, José Manuel; Perdigones Sánchez, Francisco; Ingeniería Electrónica
Con la finalidad principal de crear un sistema de detección de resultados para la amplificación de ADN mediante metodologías PCR y LAMP realizadas con la tecnología lab-on-chip, en este documento se estudia la posibilidad de utilizar la espectrometría de fluorescencia y así mismo la espectrometría de absorción como método de detección de pruebas. Para ello se procederá a la evaluación de un espectrómetro comercial con la finalidad de familiarizarse con esta tecnología y realizar diferentes ensayos y comprobar si los resultados son adecuados además de proponer soluciones alternativas para la detección si estas resultasen ser más viables.
Control inteligente de grúas industriales: aplicación de lógica borrosa en la automatización de tareas de carga
(2024) Santervás Blanco, Pablo; Escaño González, Juan Manuel; Ingeniería de Sistemas y Automática
El presente trabajo aborda el desarrollo de un sistema automático para la carga de materiales pesados, con el objetivo de reducir los riesgos para los operarios y aumentar la productividad en el entorno industrial. Inicialmente, el manejo manual de las cargas implicaba altos riesgos de accidentes y limitaciones en la eficiencia operativa. Como solución, se planteó la automatización del proceso mediante una grúa controlada por un PLC, una opción que destaca por su capacidad para cumplir con los requisitos de seguridad y eficiencia, además de ser una tecnología ampliamente utilizada y probada en aplicaciones industriales. El sistema de control implementado se basa en la lógica borrosa, un enfoque reconocido por su capacidad para gestionar sistemas complejos con incertidumbre. La elección de esta metodología se fundamentó en la revisión de literatura científica que aborda problemáticas similares, aportando así una base sólida para la propuesta planteada. Para evaluar el desempeño del sistema, se realizaron comparaciones con el método clásico de control basado en controladores PID. Los resultados evidenciaron la superioridad del controlador borroso, destacando no solo por ofrecer una mejor respuesta dinámica, sino también por su mayor adaptabilidad a cambios en las condiciones de operación, como el peso de la carga. Estas evaluaciones se llevaron a cabo en el entorno de simulación Simulink (MATLAB), empleando tanto los controladores de la herramienta Fuzzy Logic Toolbox como el modelo de controlador TM221 de Schneider Electric, disponible en el entorno Machine Expert Basic. Cabe destacar que el desarrollo de este trabajo se basó en un caso real dentro de una fábrica donde se manipulan lotes de chapas de diferentes formatos y pesos. Sin embargo, la solución planteada puede ser aplicada a cualquier tipo de carga, no solo al caso particular en el que se basa este proyecto. En conclusión, este proyecto demuestra la eficacia de soluciones tecnológicas consolidadas en la industria, contribuyendo a mejorar tanto la seguridad como la productividad en el manejo de materiales.
Simulaciones de sistemas antidrónen HTZ Communications
(2024) Bazaga Ropero, Pablo; Boloix Tortosa, Rafael; Teoría de la Señal y Comunicaciones
En los últimos años, el uso de drones ha crecido exponencialmente, principalmente debido a su versatilidad y accesibilidad.Aunque ofrecen múltiples beneficios en sectores como la agricultura, el transporte de mercancías y la seguridad, también representan una amenaza cuando son utilizados de manera malintencionada. Es por ello que surge la necesidad de desarrollar sistemas antidrón (C-UAS) capaces de detectar, identificar y neutralizar drones potencialmente peligrosos. El presente proyecto se enmarca dentro del proyecto COURAGEOUS. Este trabajo se centra en la simulación de sistemas antidrón utilizando HTZ Communications, mediante la elaboración de un entorno de trabajo en esta herramienta. Una vez elaborado el entorno, se realizan las simulaciones de diferentes tecnologías para la detección de drones. Los resultados obtenidos se comparan con resultados reales realizados en pruebas experimentales, con el fin de validar las simulaciones. Además, se elabora una metodología replicable para simular en HTZ Communications.
Simulación de un almacén automático integrando Codesys y Factory I/O a través de un Servidor OPC
(2024) Rodríguez López, Alejandro; Garrido Satué, Manuel; Ingeniería de Sistemas y Automática
Aplicación del Filtrado Colaborativo en un Sistema de Recomendación
(2024) Peinado Ramírez, Daniel; Simois Tirado, Francisco José; Teoría de la Señal y Comunicaciones
El objetivo de este trabajo consiste en desarrollar el concepto de Filtrado Colaborativo, identificar los distintos enfoques que posee, sus limitaciones y principales aplicaciones, además de analizar y comparar diferentes métodos aplicados a un conjunto de datos concreto con la finalidad de conseguir un sistema de recomendación de películas. Para ello, se introducirán los conceptos teóricos relacionados y utilizados en el proceso, desde el tratamiento y procesado de la información disponible a partir de cierto conjunto de datos inicial, pasando por técnicas para el manejo de los datos, la comprobación y análisis de estos hasta la obtención de los resultados para conseguir los objetivos planteados en cada uno de los apartados. Se dispone además de la explicación detallada, tanto de forma implícita dentro del código implementado necesario para la realización del sistema de recomendación, como conceptualmente fuera del mismo. Por último, se añadirá una discusión acerca de los resultados obtenidos y las posibles mejoras de cara al futuro
Seguimiento visual de Objetivos Móviles mediante Vehículo Aéreo No Tripulado. Simulación en ROS+Gazebo
(2024) Luna Vázquez, José Antonio; Vargas Villanueva, Manuel; Ingeniería de Sistemas y Automática
La misión principal de este proyecto consiste en el desarrollo de un sistema UAV multicámara con el objetivo de realizar un seguimiento de múltiples objetivos que se encuentran en movimiento. Aparte de su desarrollo también se realizará la implementación y simulación en el entorno ROS y Gazebo. Entre las características de este sistema se encuentra el procesamiento de imágenes para la obtención de los objetivos a los que se realizará el seguimiento. Además de este tratamiento de la imagen, se efectuará un análisis de la geometría del entorno con fin de realizar un correcto apuntamiento de las cámaras hacia estos estos objetivos. También se realizará un modelado dinámico de las distintas partes del sistema UAV con el objetivo de simular un comportamiento lo más cercano a la realidad. Estos modelos también nos servirán para diseñar las distintas estrategias de control necesarias para su funcionamiento. Por último, todo este enfoque teórico se llevará a cabo en una implementación software haciendo uso de programas en Python y el entorno ROS, el cual nos permitirá ejecutar estos programas simultáneamente para poder comprobar que el sistema se comporta según lo previsto.
Control de dispositivos móviles mediante el movimiento ocular
(2024) Jiménez Martínez, Sandra; Pérez Vega-Leal, Alfredo; Ingeniería Electrónica
El objetivo principal de este proyecto es tener la capacidad de controlar dispositivos móviles mediante el movimiento ocular prescindiendo del uso de cámaras. En su lugar, se emplea la técnica del electrooculograma (EOG), que registra los potenciales bioeléctricos generados por los movimientos del ojo, ofreciendo una interfaz de control precisa y sin invasión de la privacidad visual del usuario. Para conseguir nuestro objetivo, diseñaremos un sistema de acondicionamiento de bioseñales que convierta estos movimientos oculares en señales eléctricas procesables por un microprocesador. Este proceso involucra siete fases clave: -Introducción / Estudio inicial: Tomamos la información teórica existente sobre electrooculogramas sentando las bases del sistema. -Diseño teórico: Se planteará un esquema eléctrico que cumpla con las especificaciones teóricas, asegurando que el sistema pueda captar y procesar correctamente las señales oculares. -Simulación: Reproducimos nuestro circuito en un entorno de simulación para comprobar su funcionamiento y lo ponemos a prueba ante posibles ruidos o interferencias a los que pueda ser susceptible. -Diseño del prototipo: Montaremos un prototipado eligiendo los componentes que mejor se adapten a los valores teóricos obtenidos en las fases anteriores. Además, incluiremos un microcontrolador con el objetivo de leer las señales analógicas, procesarlas y comunicar el resultado por diversos protocolos. -Firmware: Desarrollamos un algoritmo capaz de procesar las señales de ambos canales, vertical y horizontal, con la habilidad de distinguir sus respectivos eventos. -Validación: Se realizan las pruebas oportunas para verificar el correcto funcionamiento tanto del circuito analógico, como del algoritmo. -Conclusiones: Cerraremos el proyecto concluyendo, en función de los resultados obtenidos, si nuestro sistema es viable o no en aplicaciones reales. Este proyecto tiene aplicaciones potenciales en campos tan variados como militares o médicos. Permitiendo así que personas con reducciones motoras o discapacidades cognitivas sean capaces de dirigir dispositivos móviles, seleccionen objetos o incluso puedan comunicarse con tan solo indicar la palabra deseada mediante exclusivamente movimientos oculares. Además, con esta solución no es necesario ninguna cámara por lo que aumentamos la comodidad del individuo y el campo visual. Para lograr estos objetivos, se emplearán cinco electrodos estratégicamente colocados, cuyo diseño puede ser optimizado para garantizar un uso práctico y eficaz en la vida diaria.
Optimización de estímulos eléctricos en visión Formato de Publicación de la Escuela Técnica Superior de Ingeniería biónica mediante inteligencia colectiva
(2024) Jara Balsera, Jorge; Barriga-Rivera, Alejandro; Guzmán-Miranda, Hipólito; Física Aplicada III
Durante los últimos años, se han realizado muchos avances con respecto a la creación de implantes de retina tan precisos como son los de cóclea. Sin embargo, la visión fisiológica posee su propia codificación, la cual es muy difícil de replicar de manera artificial. Es por esto que, aunque muchos investigadores intentan desarrollar nuevas estrategias para enviar estímulos eléctricos que produzcan sensaciones parecidas a las de un estímulo visual, se requeriría mucho tiempo para encontrar los estímulos correctos, debido a la complejidad de replicar la codificación visual. Con el objetivo de superar este desafío, se ha desarrollado un modelo computacional basado en el algoritmo de colonia de abejas (ABC, Artificial Bee Colony), con el que se busca estimar el tiempo necesario para encontrar estas formas de onda en experimentos in vivo o in vitro. Para esto, se creó un conjunto de 50 formas de onda objetivo (cada una de estas compuesta de 400 muestras y con un ancho de banda de 10 kHz), las cuales el algoritmo debe de tratar de encontrar (tal y como se haría en un experimento electrofisiológico). Usando Matlab, se creó una colmena con 20 abejas empleadas y 20 abejas observadoras, siguiendo la descripción de Karaboga 2010. Sin embargo, un modelo ABC "normal" no sería suficiente para encontrar estas formas de onda para estimulación; por lo que se diseñaron una serie de modificaciones. Por un lado, se emparejó cada posición de abeja con una forma de onda aleatoria, que es modificada por el algoritmo cada vez que esta abeja se "mueve" hacia una nueva posición. Por otro, como medida de fitness (parecido entre la señal calculada y las señales objetivo), se calcula la correlación cruzada entre la forma de onda creada por el algoritmo y las 50 ondas objetivo. Por tanto, nuestra adaptación del algoritmo ABC recibe como realimentación un vector de fitness con 50 valores, correspondientes a las distintas correlaciones calculadas, y se queda con el mayor valor. La ejecución del algoritmo finaliza cuando se encuentra una forma de onda con un 95% o más de fitness/correlación con una de las formas de onda modelo. En total, se han realizado 30 simulaciones diferentes, para poder extraer suficientes resultados para realizar un promediado. El número promedio de iteraciones tras realizar estas pruebas es de 2952 ± 64 (error dado por la desviación estándar). Esto significa que, si estos experimentos se realizaran in vivo o in vitro, considerando que las comparaciones tardarían aproximadamente 1 segundo, cada iteración tardaría en torno a 40 segundos (20 pruebas para abejas empleadas, 20 para abejas observadoras y el tiempo necesario para las abejas exploradoras, que se utilizan únicamente cuando son necesarias). Por tanto, se podría considerar la duración total del experimento como menos de 35 horas, tiempo tras el cual se obtendría una forma de onda con más de un 95% de parecido. Adicionalmente, se ha calculado el promedio de las mejores formas de onda encontradas, para reducir cualquier distorsión o ruido producida por el algoritmo. Este cambio ha demostrado un aumento adicional de fitness, pasando de un 95% a casi un 99%. Por tanto, como resultado de este estudio, se puede considerar que este u otros algoritmos de optimización usando inteligencia colectiva, podrían ser muy útiles para neuroestimulación usando estímulos eléctricos.
Modelado, diseño e implementación de un sistema matricial para el estudio de corrientes enfocadas aplicadas a neuroestimulación no invasiva
(2024) Gaitán de los Santos, Iván; Guzmán-Miranda, Hipólito; Barriga-Rivera, Alejandro; Física Aplicada III
En la actualidad, los dispositivos de neuroestimulación cerebral tienden a ser invasivos, siendo esto no muy atractivo para la mayoría de la población. Este proyecto presenta el diseño de una PCB (Printed Circuit Board) para neuroestimulación de manera no invasiva, enfocada en el control individual de electrodos para inyectar, en este caso, corriente en un medio salino y medir el potencial eléctrico en un punto específico. La finalidad de este proyecto es generar una interferencia entre dos corrientes de frecuencia ligeramente diferente para crear un campo eléctrico modulado, técnica usada en estimulación cerebral profunda no invasiva. El desafío principal fue diseñar una placa electrónica que conectara los 32 electrodos de inyección con una matriz de conmutación capaz de manejar señales analógicas de corriente y soportara caídas de tensión significativas, además de conectar 64 electrodos receptores con sus respectivos pines de medida. Se utilizó el chip HV2801, adecuado para aplicaciones de alto voltaje. Tras el diseño, se inyectaron dos fuentes de corriente independientes para generar una interferencia. Para verificar el funcionamiento del sistema, se realizaron simulaciones en LTSpice y COMSOL. LTSpice se usó para simular el sistema electrónico en función de la distancia entre los electrodos, mientras que en COMSOL se modeló el medio salino para observar la interferencia generada en un punto específico. Dado que la finalidad del proyecto es comprobar el correcto funcionamiento de la matriz de conmutación y la disposición de los electrodos, se han empleado medidas más grandes de lo habitual en el campo de la neuroingeniería, siendo esto para facilitar el diseño, dejando margen para futuras mejoras. La PCB permite el control individual y simultáneo de cada electrodo y puede utilizarse para experimentos in vitro con cultivos neuronales reales.

Examinar

Envíos recientes