GPU accelerated implementation of density functional theory for hybrid QM/MM simulations

The hybrid simulation tools (QM/MM) evolved into a fundamental methodology for studying chemical reactivity in complex environments. This paper presents an implementation of electronic structure calculations based on density functional theory. This development is optimized for performing hybrid molecular dynamics simulations by making use of graphic processors (GPU) for the most computationally demanding parts (exchange-correlation terms). The proposed implementation is able to take advantage of modern GPUs achieving acceleration in relevant portions between 20 to 30 times faster than the CPU version. The presented code was extensively tested, both in terms of numerical quality and performance over systems of different size and composition.Fil: Nitsche, Matias Alejandro. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Departamento de Computación; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; ArgentinaFil: Ferreria, Manuel. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Parque Centenario. Centro de Simulación Computacional para Aplicaciones Tecnológicas; ArgentinaFil: Mocskos, Esteban Eduardo. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Departamento de Computación; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Parque Centenario. Centro de Simulación Computacional para Aplicaciones Tecnológicas; ArgentinaFil: González Lebrero, Mariano Camilo. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Houssay. Instituto de Química y Físico-Química Biológicas "Prof. Alejandro C. Paladini". Universidad de Buenos Aires. Facultad de Farmacia y Bioquímica. Instituto de Química y Físico-Química Biológicas; Argentin

Simplifying UAV-Based Photogrammetry in Forestry: How to Generate Accurate Digital Terrain Model and Assess Flight Mission Settings

In forestry, aerial photogrammetry by means of Unmanned Aerial Systems (UAS) could bridge the gap between detailed fieldwork and broad-range satellite imagery-based analysis. How-ever, optical sensors are only poorly capable of penetrating the tree canopy, causing raw image-based point clouds unable to reliably collect and classify ground points in woodlands, which is essential for further data processing. In this work, we propose a novel method to overcome this issue and generate accurate a Digital Terrain Model (DTM) in forested environments by processing the point cloud. We also developed a highly realistic custom simulator that allows controlled experimentation with repeatability guaranteed. With this tool, we performed an exhaustive evaluation of the survey and sensor settings and their impact on the 3D reconstruction. Overall, we found that a high frontal overlap (95%), a nadir camera angle (90◦), and low flight altitudes (less than 100 m) results in the best configuration for forest environments. We validated the presented method for DTM generation in a simulated and real-world survey missions with both fixed-wing and multicopter UAS, showing how the problem of structural forest parameters estimation can be better addressed. Finally, we applied our method for automatic detection of selective logging.Fil: Pessacg, Facundo Hugo. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Investigación en Ciencias de la Computación. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Investigación en Ciencias de la Computación; ArgentinaFil: Gómez Fernández, Francisco Roberto. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Investigación en Ciencias de la Computación. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Investigación en Ciencias de la Computación; ArgentinaFil: Nitsche, Matias Alejandro. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Investigación en Ciencias de la Computación. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Investigación en Ciencias de la Computación; ArgentinaFil: Chamorro, Nicolás. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Investigación en Ciencias de la Computación. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Investigación en Ciencias de la Computación; ArgentinaFil: Torrella, Sebastián Andrés. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Ecología, Genética y Evolución de Buenos Aires. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Ecología, Genética y Evolución de Buenos Aires; ArgentinaFil: Ginzburg, Rubén Gabriel. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Ecología, Genética y Evolución de Buenos Aires. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Ecología, Genética y Evolución de Buenos Aires; ArgentinaFil: de Cristóforis, Pablo. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Investigación en Ciencias de la Computación. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Investigación en Ciencias de la Computación; Argentin

Calidad de vida en pacientes con esclerosis sistémica en confinamiento por pandemia de COVID-19 en Argentina

Introducción: los pacientes con enfermedades reumáticas tienen una calidad de vida significativamente deteriorada. La pandemia por COVID-19 tuvo un notable impacto sobre la población y los sistemas de salud de todo el mundo. Objetivos: en este trabajo nos proponemos conocer el impacto de la pandemia en la calidad de vida de los pacientes con esclerosis sistémica (ES) y cómo fue el acceso a la atención médica. Materiales y métodos: mediante encuestas anónimas y digitales a pacientes durante julio y agosto de 2020 se evaluó la calidad de vida utilizando el cuestionario de calidad de vida de la esclerosis sistémica (SScQoL). Además, se realizaron preguntas para evaluar el acceso al sistema de salud durante ese período. Resultados: se encuestaron 300 pacientes con ES. La mediana de afectación de la calidad de vida según el cuestionario utilizado fue de 17 (9,25-22) y fue el dolor el dominio más afectado. El 29,33% no hizo los controles médicos. El 74,33% refirió haber tenido estudios médicos pendientes al inicio de la cuarentena y solo el 25% pudo realizarlos. Conclusiones: los pacientes con ES presentaron compromiso de la calidad de vida durante la pandemia y mostraron dificultades en el acceso al sistema de salud

Vacunación contra SARS-CoV-2 en pacientes con esclerosis sistémica en Argentina: preferencias, acceso y adherencia al plan de vacunación

Introducción: en pacientes con enfermedades reumatológicas autoinmunes se recomienda la aplicación sistemática y secuencial de una serie de vacunas para la prevención de enfermedades transmisibles. El objetivo de este estudio fue estimar la proporción de pacientes con esclerosis sistémica (ES) que recibieron vacunación contra el coronavirus (SARS-CoV-2). Materiales y métodos: se envió una encuesta anónima por correo electrónico o contacto por WhatsApp desde mayo a septiembre de 2021, con preguntas para evaluar la adherencia al esquema de vacunación recomendado en pacientes con enfermedades reumatológicas, así como temores, preferencias y adherencia al esquema de vacunación contra el SARS-CoV-2

Expresión clínica del Síndrome de Sjögren primario en pacientes adultos diagnosticados a edad menor o igual a 35 años versus mayores de 35 años

Objetivo: describir y comparar las manifestaciones clínicas en pacientes adultos diagnosticados con Síndrome de Sjögren primario (SSp) a edad menor o igual a 35 años versus mayores a 35 años. Materiales y métodos: Se incluyeron pacientes mayores de 18 años de edad, con diagnóstico de SSp de acuerdo a los criterios de clasificación ACR - EULAR 2002 / 2016, registrados en la base de datos GESSAR (Grupo de Estudio Síndrome de Sjögren Sociedad Argentina de Reumatología). Resultados: se incluyeron 665 pacientes. Cien (15,04%) con edad al diagnóstico ≤ 35 años, 92% mujeres. El promedio de edad del grupo > 35 años, fue de 54 + 11 años, 96% mujeres. Se encontraron diferencias estadísticamente significativas entre 35 años, en xeroftalmia (90,72% vs 95,64%, p: 0,04) y xerodermia (42,35% vs 57,36%, p: 0,03) y en los siguientes dominios del ESSDAI (EULAR Activity Index for primary Sjögren’s syndrome) sistema nervioso periférico (4,05 vs 11,32, p: 0,03), respiratorio (6% vs 15,40%, p: 0,01) y renal (6% vs 1,59%, p: 0,02). Conclusión: Nuestro estudio sugiere un menor compromiso glandular en pacientes con SSp diagnosticados a menor edad, sin un patrón diferencial característico en cuanto al compromiso sistémico

Search for dark matter produced in association with bottom or top quarks in √s = 13 TeV pp collisions with the ATLAS detector

A search for weakly interacting massive particle dark matter produced in association with bottom or top quarks is presented. Final states containing third-generation quarks and miss- ing transverse momentum are considered. The analysis uses 36.1 fb−1 of proton–proton collision data recorded by the ATLAS experiment at √s = 13 TeV in 2015 and 2016. No significant excess of events above the estimated backgrounds is observed. The results are in- terpreted in the framework of simplified models of spin-0 dark-matter mediators. For colour- neutral spin-0 mediators produced in association with top quarks and decaying into a pair of dark-matter particles, mediator masses below 50 GeV are excluded assuming a dark-matter candidate mass of 1 GeV and unitary couplings. For scalar and pseudoscalar mediators produced in association with bottom quarks, the search sets limits on the production cross- section of 300 times the predicted rate for mediators with masses between 10 and 50 GeV and assuming a dark-matter mass of 1 GeV and unitary coupling. Constraints on colour- charged scalar simplified models are also presented. Assuming a dark-matter particle mass of 35 GeV, mediator particles with mass below 1.1 TeV are excluded for couplings yielding a dark-matter relic density consistent with measurements

Appearance-based teach and repeat navigation method for unmanned aerial vehicles

En esta tesis se presenta un método basado en la técnica de Aprendizaje y Repetición (teach & repeat o TnR) para la navegación autónoma de Vehículos Aéreos No Tripulados (VANTs). Bajo esta técnica se distinguen dos fases: una de aprendizaje (teach) y otra de navegación autónoma (repeat). Durante la etapa de aprendizaje, el VANT es guiado manualmente a través del entorno, definiendo así un camino a repetir. Luego, el VANT puede ser ubicado en cualquier punto del camino (generalmente, al comienzo del mismo) e iniciar la etapa de navegación autónoma. En esta segunda fase el sistema opera a lazo cerrado controlando el VANT con el objetivo de repetir en forma precisa y robusta el camino previamente aprendido. Como principal sensado se utiliza un sistema de visión monocular, en conjunción con sensores que permitan estimar a corto plazo el desplazamiento del robot respecto del entorno, tales como sensores inerciales y de flujo óptico. El principal objetivo de este trabajo es el de proponer un método de navegación tipo T&R que pueda ser ejecutado en tiempo real y a bordo del mismo vehículo, sin depender de una estación terrena a la cual se delegue parte del procesamiento o de un sistema de localización externa (como por ejemplo GPS, en ambientes exteriores) o de captura de movimiento (como por ejemplo ViCon, en ambientes interiores). En otras palabras, se busca un sistema completamente autónomo. Para ello, se propone el uso de un enfoque basado en apariencias (o appearance-based, del inglés), que permite resolver el problema de la localización del vehículo respecto del mapa en forma cualitativa y que es computacionalmente eficiente, lo que permite su ejecución en hardware disponible a bordo del vehículo. La solución propuesta se diferencia del típico esquema de Localización y Mapeo Simultáneo (Simultaneous Localization and Mapping o SLAM) mediante el cual se estima la pose del robot (y la de los objetos del entorno) en forma absoluta con respecto a un sistema de coordenadas global. Bajo dicho esquema, como consecuencia, el error en la estimación de la pose se acumula en forma no acotada, limitando su utilización en el contexto de una navegación a largo plazo, a menos que se realicen correcciones globales en forma periódica (detección y cierre de ciclos). Esto impone el uso de técnicas computacionalmente costosas, lo cual dificulta su ejecución en tiempo real sobre hardware que pueda ser llevado a bordo de un robot aéreo. En contraste, bajo el enfoque propuesto en esta tesis, la localización se resuelve en forma relativa a un sistema de coordenadas local cercano al vehículo (es decir, una referencia sobre el camino) que es determinado mediante un esquema de filtro de partículas (Localización de Monte Carlo). Esto se logra comparando la apariencia del entorno entre la etapa de aprendizaje y la de navegación, mediante el empleo de características visuales salientes (image features) detectadas en dichas etapas. Finalmente, utilizando una ley de control simple, se logra guiar al robot sobre el camino, a partir de reducir la diferencia entre la posición aparente de los objetos del entorno entre ambas etapas, producto del desplazamiento y diferencias de orientacion del robot respecto del mismo. Como parte del desarrollo del trabajo de tesis, se presenta tanto la formulación y descripción del método como el diseño y construcción de una plataforma VANT, sobre la cual se realizaron los experimentos de navegación. Asimismo, se exhiben experimentos tanto con plataformas aéreas en entornos simulados como sobre plataformas terrestres, dado que el método es aplicable también a los mismos. Con los resultados obtenidos se demuestra la factibilidad y precisión de los métodos de localización y navegación propuestos, ejecutando en hardware a bordo de un robot aéreo en tiempo-real. Así, con esta tesis se presenta un aporte al estado del arte en lo que refiere a temas de navegación autónoma basada en visión, particularmente (pero no exclusivamente) para el caso de robots aéreos.This thesis presents a method based on the Teach & Repeat (TnR) technique for the autonomous navigation of Unmanned Aerial Vehicles (UAVs). With this technique, two phases can be distinguished: a learning phase (teach) and an autonomous navigation (repeat) phase. During the learning stage, the UAV is manually guided through the environment, thus defining a path to repeat. Then, the UAV can be positioned in any point of the path (usually at the beginning of it) and the autonomous navigation phase can be started. In this second phase the system operates in closed-loop controlling the UAV in order to accurately and robustly repeat the previously learned path. Monocular vision is used as the main sensing system in conjunction with other sensors used to obtained short-term estimates of the movement of the robot with respect to the environment, such as inertial and optical flow sensors. The main goal of this work is to propose a T&R navigation method that can be run in real-time and on-board the same vehicle, without relying on a ground control-station to which part of the processing is delegated or on external localization (for example GPS, in outdoor environments) or motion capture (such as VICON, for indoor settings) systems. In other words, a completely autonomous system is sought. To this end, an appearance-based approach is employed, which allows to solve the localization problem with respect to the map qualitatively and computationally efficient, which in turns allows its execution on hardware available on-board the vehicle. The proposed solution scheme differs from the typical Simultaneous Localization and Mapping (SLAM) approach under which the pose of the robot (and the objects in the environment) are estimated in absolute terms with respect to a global coordinate system. Under SLAM, therefore, the error in the pose estimation accumulates in unbounded form, limiting its use in the context of long-term navigation unless global corrections are made periodically (loop detection and closure). This imposes the use of computationally expensive techniques, which hinders its execution in real time on hardware that can be carried on-board an aerial robot. In contrast, under the approach proposed in this thesis, the localization is solved relative to a local coordinate system near the vehicle (i.e. a reference over the path) which is determined by a particle-filter scheme (Monte Carlo Localization or MCL). This is accomplished by comparing the appearance of the environment between the learning and navigation stages through the use of salient visual features detected in said steps. Finally, using a simple control law, the robot is effectively guided over the path, by means of reducing the difference in the apparent position of objects in the environment between the two stages, caused by the vehicle’s displacement with respect to the path. As part of the development of the thesis, both the formulation and description of the method, and the design and construction of a UAV platform, on which navigation experiments were conducted, are presented. Moreover, experiments using aerial platforms in simulated environments and using terrestrial platforms are also presented, given that the proposed method is also applicable to the latter. With the obtained results the feasibility and precision of the proposed localization and navigation methods are demonstrated, while executing on-board an aerial robot and in real-time. Thus, this thesis represents a contribution to the state of the art when it comes to the problem of vision-based autonomous navigation, particularly (but not exclusively) for the case of aerial robots.Fil:Nitsche, Matías Alejandro. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales; Argentina

Visual-inertial teach and repeat

Teach and Repeat (T&R) refers to the technology that allows a robot to autonomously follow a previously traversed route, in a natural scene and using only its onboard sensors. In this paper we present a Visual-Inertial Teach and Repeat (VI-T&R) algorithm that uses stereo and inertial data and targets Unmanned Aerial Vehicles with limited on-board computational resources. We propose a tightly-coupled relative formulation of the visual-inertial constraints that is tailored to the T&R application. In order to achieve real-time operation on limited hardware, we reduce the problem to motion-only visual-inertial Bundle Adjustment. In the repeat stage, we detail how to generate a trajectory and smoothly follow it with a constantly changing relative frame. The proposed method is validated in simulated environments, using real sensor data from the public EuRoC dataset, and using our own robotic setup and closed-loop control. Our experimental results demonstrate high accuracy and real-time performance both on a standard desktop system and on a low-cost Odroid X-U4 embedded computer.Fil: Nitsche, Matias Alejandro. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Investigación en Ciencias de la Computación. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Investigación en Ciencias de la Computación; ArgentinaFil: Pessacg, Facundo Hugo. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Investigación en Ciencias de la Computación. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Investigación en Ciencias de la Computación; ArgentinaFil: Civera Sancho, Javier. Universidad de Zaragoza; Españ

Real-time monocular image-based path detection

In this work, we present a new real-time imagebased monocular path detection method. It does not require camera calibration and works on semi-structured outdoor paths. The core of the method is based on segmenting images and classifying each super-pixel to infer a contour of navigable space. This method allows a mobile robot equipped with a monocular camera to follow different naturally delimited paths. The contour shape can be used to calculate the forward and steering speed of the robot. To achieve real-time computation necessary for on-board execution in mobile robots, the image segmentation is implemented on a low-power embedded GPU. The validity of our approach has been verified with an image dataset of various outdoor paths as well as with a real mobile robot.Fil: de Cristóforis, Pablo. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Departamento de Computación; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; ArgentinaFil: Nitsche, Matias Alejandro. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Departamento de Computación; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; ArgentinaFil: Krajník, Tomáš. Czech Technical University in Prague; República ChecaFil: Mejail, Marta Estela. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Departamento de Computación; Argentin

Efficient on-board Stereo SLAM through constrained-covisibility strategies

Visual SLAM is a computationally expensive task, with a complexity that grows unbounded as the size of the explored area increases. This becomes an issue when targeting embedded applications such as on-board localization on Micro Aerial Vehicles (MAVs), where real-time execution is mandatory and computational resources are a limiting factor. The herein proposed method introduces a covisibility-graph based map representation which allows a visual SLAM system to execute with a complexity that does not depend on the size of the map. The proposed structure allows to efficiently select locally relevant portions of the map to be optimized in such a way that the results resemble performing a full optimization on the whole trajectory. We build on S-PTAM (Stereo Parallel Tracking and Mapping), yielding an accurate and robust stereo SLAM system capable to work in real-time under limited hardware constraints such as those present in MAVs. The developed SLAM system in assessed using the EuRoC dataset. Results show that covisibility-graph based map culling allows the SLAM system to run in real-time even on a low-resource embedded computer. The impact of each SLAM task on the overall system performance is analyzed in detail and the SLAM system is compared with state-of-the-art methods to validate the presented approach.Fil: Castro, Gastón Ignacio. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Investigación en Ciencias de la Computación. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Investigación en Ciencias de la Computación; ArgentinaFil: Nitsche, Matias Alejandro. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Investigación en Ciencias de la Computación. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Investigación en Ciencias de la Computación; ArgentinaFil: Pire, Taihú Aguará Nahuel. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Investigación en Ciencias de la Computación. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Investigación en Ciencias de la Computación; ArgentinaFil: Fischer, Thomas. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Investigación en Ciencias de la Computación. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Investigación en Ciencias de la Computación; ArgentinaFil: de Cristóforis, Pablo. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Investigación en Ciencias de la Computación. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Investigación en Ciencias de la Computación; Argentin