Estimación y control de procesos biotecnológicos multivariables

La presente tesis doctoral aborda problemas de estimación y control de variables en procesos biotecnológicos. Se aportan soluciones novedosas a dos cuestiones relevantes para el control de estos procesos: i) el diseño de observadores (sensores virtuales) de variables no medibles a partir de las mediciones disponibles, y ii) el diseño de lazos de regulación del crecimiento en cultivos de microorganismos que utilizan múltiples sustratos. Con el objetivo de disponer de estimaciones de variables importantes del proceso que no son accesibles en línea, se diseñan observadores que utilizan información de la dinámica de las variables medidas. En primer lugar se proponen observadores por modo deslizante para procesos en los que sólo es medible la concentración de producto. En este caso se estiman, con dinámica de error reducida, la tasa de crecimiento y la concentración de biomasa, dos variables que son muy importantes para el monitoreo de los cultivos. Luego se presenta un observador por modo deslizante de segundo orden capaz de estimar múltiples tasas de formación y consumo de sustancias a partir de medir la concentración de estas sustancias. En este caso se obtiene convergencia en tiempo finito. Esto permite considerar las estimaciones obtenidas para la implementación de lazos de realimentación, donde la ventaja es que no se agrega dinámica adicional del observador. La segunda parte de la tesis trata problemas de regulación en el contexto de procesos alimentados con múltiples sustratos. Se diseña un algoritmo supervisor basado en modo deslizante cuyo objetivo es evitar que un sustrato necesario para el crecimiento alcance concentraciones que comprometan la operación deseada del proceso. En particular se considera un proceso aeróbico con regulación de la tasa de crecimiento, donde el oxígeno disuelto es un sustrato necesario para el crecimiento microbiano y cuya disminución puede llevar a respuestas indeseadas, tanto en el lazo de control de alimentación como en el comportamiento del microorganismo. Finalmente, se realiza el diseño de leyes de flujo proporcionales a la biomasa para cultivos semi-continuos alimentados con dos sustratos, donde el objetivo de control es la regulación de la tasa de crecimiento total. La incorporación del error de regulación en la tasa de crecimiento permite mejorar el desempeño del proceso. Se realiza además la extensión de las leyes de alimentación a modelos que incorporan el efecto de inhibición competitiva entre los sustratos. Estos modelos tienen particular relevancia, entre otras aplicaciones, en los procesos de biorremediación de sustancias tóxicas.Facultad de Ingenierí

Extended SEIR Model for Health Policies Assessment Against the COVID-19 Pandemic: the Case of Argentina

This work presents an extended and age-band compartmentalised SEIR model that allows describing the spread evolution of SARS-CoV-2 and evaluating the effect of different detection rates, vaccination strategies or immunity periods. The model splits up the population into fifteen age groups of 5 years each, linked through a statistical interaction matrix that includes seventeen health states within each age group. An age-dependent transmission rate takes into account infectious between the groups as well the effect of interventions such as quarantines and mobility restrictions. Further, the proposal includes a nonlinear switched controller for model tuning purposes guarantying a simple and fast adjusting process. To illustrate the model potentials, the particular case of COVID-19 evolution in Argentina is analysed by simulation of three scenarios: (i) different detection levels combined with mobility restrictions, (ii) vaccination campaigns with re-opening of activities and (iii) vaccination campaigns with possible reinfections. The results exhibit how the model can aid the authorities in the decision making process.Fil: Inthamoussou, Fernando Ariel. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata. Instituto de Investigaciones en Electrónica, Control y Procesamiento de Señales. Universidad Nacional de La Plata. Instituto de Investigaciones en Electrónica, Control y Procesamiento de Señales; ArgentinaFil: Valenciaga, Fernando. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata. Instituto de Investigaciones en Electrónica, Control y Procesamiento de Señales. Universidad Nacional de La Plata. Instituto de Investigaciones en Electrónica, Control y Procesamiento de Señales; ArgentinaFil: Nuñez, Sebastián. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata. Instituto de Investigaciones en Electrónica, Control y Procesamiento de Señales. Universidad Nacional de La Plata. Instituto de Investigaciones en Electrónica, Control y Procesamiento de Señales; ArgentinaFil: Garelli, Fabricio. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata. Instituto de Investigaciones en Electrónica, Control y Procesamiento de Señales. Universidad Nacional de La Plata. Instituto de Investigaciones en Electrónica, Control y Procesamiento de Señales; Argentin

Analysis of transcriptional feedback strategy for reducing interaction in gene expression processes

Advances in genetic manipulation have allowed the overexpression of proteins and insertion of circuits in cells. However, the expected behaviour can be altered by the internal competition for the limited amount of cellular resources. In this work we analyse a feedback strategy based on transcription inhibition that aims to reduce the interaction in a two-protein expression system. The results allow interpreting the effects of negative feedback on the steady-state protein levels and how the realizable protein region is affected by the feedback loop.Fil: Nuñez, Sebastián. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata. Instituto de Investigaciones en Electrónica, Control y Procesamiento de Señales. Universidad Nacional de La Plata. Instituto de Investigaciones en Electrónica, Control y Procesamiento de Señales; ArgentinaFil: Garelli, Fabricio. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata. Instituto de Investigaciones en Electrónica, Control y Procesamiento de Señales. Universidad Nacional de La Plata. Instituto de Investigaciones en Electrónica, Control y Procesamiento de Señales; ArgentinaFil: Picó, Jesús. Universidad Politécnica de Valencia. Departamento de Ingeniería de Sistemas y Automática; EspañaFil: de Battista, Hernán. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata. Instituto de Investigaciones en Electrónica, Control y Procesamiento de Señales. Universidad Nacional de La Plata. Instituto de Investigaciones en Electrónica, Control y Procesamiento de Señales; Argentin

Modelos de Markov ocultos para la detección temprana de enfermedades cardiovasculares

Introduction: This article, developed between 2022 and 2023 within the framework of Applied Stochastic Processes by the SciBas group at the Universidad Distrital Francisco José de Caldas, focuses on the role of Hidden Markov Models (HMM) in predicting cardiovascular diseases. Problem: The addressed issue is the need to enhance the early detection of heart diseases, emphasizing how HMM can address uncertainty in clinical data and detect complex patterns. Objective: To evaluate the use of Hidden Markov Models (HMM) in the analysis of electrocardiograms (ECG) for the early detection of cardiovascular diseases. Methodology: The methodology comprises a literature review concerning the relationship between HMM and cardiovascular diseases, followed by the application of HMM to prevent heart attacks and address uncertainty in clinical data. Results: The findings indicate that HMM is effective in preventing heart diseases, yet its effectiveness is contingent upon data quality. These results are promising but not universally applicable. Conclusions: In summary, this study underscores the utility of HMM in early infarction detection and its statistical approach in medicine. It is emphasized that HMM is not infallible and should be complemented with other clinical options and assessment methods in real-world situations. Originality: This work stands out for its statistical and probabilistic approach in the application of Hidden Markov Models (HMM) in medical analysis, offering an innovative perspective and enhancing the understanding of their utility in the field of medicine. Limitations: It is recognized that there are limitations, such as dependence on data quality and variable applicability in clinical cases. These limitations should be considered in the context of their implementation in medical practice.Introducción: Este artículo, desarrollado entre 2022 y 2023 en el marco de Procesos Estocásticos Aplicados por el grupo SciBas de la Universidad Distrital Francisco José de Caldas, se enfoca en el papel de las cadenas de Markov ocultas (HMM) en la predicción de enfermedades cardiovasculares. Problema: El problema abordado es la necesidad de mejorar la detección temprana de enfermedades cardíacas, y se destaca cómo las HMM pueden abordar la incertidumbre en los datos clínicos y detectar patrones complejos. Objetivo: Evaluar el uso de modelos de Markov ocultos (HMM) en el análisis de electrocardiogramas (ECG) para la detección temprana de enfermedades cardiovasculares. Metodología: La metodología incluye una revisión de la literatura sobre la relación entre las HMM y las enfermedades cardiovasculares, seguida de la aplicación de HMM para prevenir infartos y abordar la incertidumbre en los datos clínicos. Resultados: Los resultados indican que las HMM son efectivas en la prevención de enfermedades cardíacas, pero su eficacia depende de la calidad de los datos. Estos resultados son prometedores, pero no universales en su aplicabilidad. Conclusiones: En resumen, este estudio destaca la utilidad de las HMM en la detección temprana de infartos y su enfoque estadístico en medicina. Se enfatiza que no son infalibles y deben complementarse con otras opciones clínicas y métodos de evaluación en situaciones reales

Research on the construction of citizenship in Argentina secondary school: trends and categories in the last decade (2002-2012)

En este trabajo presentamos un estudio sobre las tendencias de la investigación social en Argentina en la temática de la construcción de la ciudadanía de los jóvenes en el nivel medio de educación. En la ponencia se analizan específicamente dos áreas de estudios: las investigaciones sobre cuerpo, género y sexualidades en la escuela, y las prácticas políticas y sus significados para los jóvenes. Nos interesa, no sólo dar cuenta de las principales investigaciones, sino fundamentalmente presentar las claves de análisis predominantes, las temáticas más abordadas así como las perspectivas desde las cuales los trabajos abordan las diversas cuestiones. El recorrido permite observar que la producción científica se concentra en la búsqueda de los sentidos que la política tiene para los sujetos, redefiniéndose en función de la perspectiva de los actores, las tendencias de las políticas educativas y las transformaciones sociales. Consideramos que este estudio puede contribuir a problematizar diferencias y similitudes entre países y la posible influencia de las problemáticas nacionales y regionales en los estudios sobre juventud y educación.We present a study on trends in social research in Argentina in the subject of the construction of the citizenship of young people in secondary school. The paper specifically discusses two areas of study: body, gender and sexuality in secondary school and political practices and their meanings for young people. We want not only to account for the main research, but essentially present the predominant clues of analysis, thematics more addressed as well as perspectives from which the research addresses the issues. The journey reveals that scientific production is concentrated on finding the meanings that politics has for subjects, redefined according to the perspective of the actors, the trends in education policy and social change. We believe that this study may contribute to problematize differences and similarities between countries and the possible influence of national and regional studies on youth and education issues.Fil: Nuñez, Pedro Fernando. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina. Facultad Latinoamericana de Ciencias Sociales; ArgentinaFil: Fuentes, Sebastián Gerardo. Universidad Nacional de Tres de Febrero; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina. Facultad Latinoamericana de Ciencias Sociales; Argentin

Estudio de Percepción sobre Energía Limpia y Auto Sostenible

The objective of this article, is to identify the perceived benefits from the implementation of solar panels to generate clean, economical and sustainable energy at the Arcesio Caliz Amador School. Initially, the community supported the promotion of alternative energy sources and assessed different types of natural and artificial energy sources. A prototype solar panel was developed and awareness-raising efforts were made in the community to promote the use of alternative energy sources and caring for the environment. This study is quantitative and experimental. The study uses the technique of structured interviews with a sample of 50 students from the Arcesio Caliz Amador School. The main finding is that the students recognize that the use and implementation of this type of energy offers environmental, educational, economic and social benefits.El presente artículo permite estudiar la energía solar; considerada la fuente de energía renovable disponible más abundante y limpia. El objetivo entonces de la presente investigación identificar los beneficios de la implementación de paneles solares para generar energía limpia económica y auto sostenible en la IETD Arcesio Caliz Amador. Inicialmente, se logró apropiar a la comunidad para el fomento del uso de energías alternativas; se identificaron los tipos de energía, natural o artificial, se diseñó un prototipo de panel solar y finalmente se creó conciencia sobre el uso de las energías alternativas, fomentando el cuidado del medio ambiente. El estudio es de tipo cuantitativo, experimental. Como técnica de recolección se empleó la entrevista estructurada a una muestra de (50) estudiantes de la IETD Arcesio Caliz Amador. Como conclusiones se puede decir que los estudiantes reconocen que uso e implementación de esta energía trae consigo beneficios tanto medioambientales, educativos, económicos y sociales

Control cuasi-óptimo de cultivos continuos de microalgas

En este trabajo se presenta un modelo dinámico completo que permite describir el comportamiento macroscópico de cultivos de microalgas (μ-algas) en fotobiorreactores que operan bajo condiciones térmicas y de irradiación natural. Ante la complejidad analítica y/o práctica que involucra optimizar la producción de este tipo de sistemas, se propone incorporar un esquema de búsqueda del punto óptimo de operación bajo condiciones de funcionamiento cuasi estacionarias. Este esquema logra que el sistema se encuentre en las vecindades del punto de máxima producción resultando por ello cuasi óptimo. La efectividad de la propuesta se analiza a través de simulaciones representativas que incorporan variaciones lumínicas y térmicas estacionales. En ellas se observa la buena performance que posee el esquema de control en el seguimiento del punto de producción óptimo.Instituto de Investigaciones en Electrónica, Control y Procesamiento de Señale

Regulación del crecimiento en bioprocesos con tasa de crecimiento aditiva e inhibición competitiva entre sustratos

La necesidad de obtener nuevos productos, reducir los costos de los procesos fermentativos, reutilizar ciertas sustancias orgánicas que surgen como desechos industriales y buscar formas alternativas de tratar compuestos toxicos son algunas de las motivaciones para el desarrollo de los llamados procesos multi-sustrato. El concepto de proceso multi-sustrato se refiere a crecimiento microbiano en el que dos o mas nutrientes afectan notablemente la tasa de crecimiento. Esos nutrientes pueden cumplir la misma función en el metabolismo celular, por ejemplo fuentes de carbono, o diferentes funciones, como es el caso de una fuente de carbono, una de nitrógeno, etc. En el caso de los procesos semi-continuos debe definirse un perfil temporal adecuado para el flujo de alimentación ya que debe evitarse la sobre-alimentación del cultivo. Para esto, se han desarrollado propuestas que incluyen realimentación de variables fisicoquímicas, leyes precalculadas en base a un modelo, y leyes con realimentación de variables no medibles mediante el uso de observadores. En el caso de alimentarse dos nutrientes, estos suelen ser incorporados al medio de cultivo ya sea en una única solución o mediante flujos separados. Cuando se aplican flujos por separado, se encuentran estrategias que son adaptaciones de las utilizadas con un único sustrato limitante y también leyes de realimentación proporcionales a la biomasa total. En un trabajo previo, se estudio la posibilidad de incorporar, en una ley de alimentación proporcional a la cantidad de biomasa, una estimación de la tasa de crecimiento total en procesos con cinética aditiva. En el presente trabajo, se pretende evaluar esas leyes de alimentación en procesos donde existe un efecto de inhibición en la tasa de crecimiento debido a la posible competitividad entre los sustratos.Publicado en Terceras Jornadas de Investigación, Transferencia y Extensión. La Plata : Universidad Nacional de La Plata, 2015.Facultad de Ingenierí

Regulación del crecimiento en bioprocesos con tasa de crecimiento aditiva e inhibición competitiva entre sustratos

La necesidad de obtener nuevos productos, reducir los costos de los procesos fermentativos, reutilizar ciertas sustancias orgánicas que surgen como desechos industriales y buscar formas alternativas de tratar compuestos toxicos son algunas de las motivaciones para el desarrollo de los llamados procesos multi-sustrato. El concepto de proceso multi-sustrato se refiere a crecimiento microbiano en el que dos o mas nutrientes afectan notablemente la tasa de crecimiento. Esos nutrientes pueden cumplir la misma función en el metabolismo celular, por ejemplo fuentes de carbono, o diferentes funciones, como es el caso de una fuente de carbono, una de nitrógeno, etc. En el caso de los procesos semi-continuos debe definirse un perfil temporal adecuado para el flujo de alimentación ya que debe evitarse la sobre-alimentación del cultivo. Para esto, se han desarrollado propuestas que incluyen realimentación de variables fisicoquímicas, leyes precalculadas en base a un modelo, y leyes con realimentación de variables no medibles mediante el uso de observadores. En el caso de alimentarse dos nutrientes, estos suelen ser incorporados al medio de cultivo ya sea en una única solución o mediante flujos separados. Cuando se aplican flujos por separado, se encuentran estrategias que son adaptaciones de las utilizadas con un único sustrato limitante y también leyes de realimentación proporcionales a la biomasa total. En un trabajo previo, se estudio la posibilidad de incorporar, en una ley de alimentación proporcional a la cantidad de biomasa, una estimación de la tasa de crecimiento total en procesos con cinética aditiva. En el presente trabajo, se pretende evaluar esas leyes de alimentación en procesos donde existe un efecto de inhibición en la tasa de crecimiento debido a la posible competitividad entre los sustratos.Publicado en Terceras Jornadas de Investigación, Transferencia y Extensión. La Plata : Universidad Nacional de La Plata, 2015.Facultad de Ingenierí