Approximation of tensor fields on surfaces of arbitrary topology based on local Monge parametrizations

We introduce a new method, the Local Monge Parametrizations (LMP) method, to approximate tensor fields on general surfaces given by a collection of local parametrizations, e.g.~as in finite element or NURBS surface representations. Our goal is to use this method to solve numerically tensor-valued partial differential equations (PDE) on surfaces. Previous methods use scalar potentials to numerically describe vector fields on surfaces, at the expense of requiring higher-order derivatives of the approximated fields and limited to simply connected surfaces, or represent tangential tensor fields as tensor fields in 3D subjected to constraints, thus increasing the essential number of degrees of freedom. In contrast, the LMP method uses an optimal number of degrees of freedom to represent a tensor, is general with regards to the topology of the surface, and does not increase the order of the PDEs governing the tensor fields. The main idea is to construct maps between the element parametrizations and a local Monge parametrization around each node. We test the LMP method by approximating in a least-squares sense different vector and tensor fields on simply connected and genus-1 surfaces. Furthermore, we apply the LMP method to two physical models on surfaces, involving a tension-driven flow (vector-valued PDE) and nematic ordering (tensor-valued PDE). The LMP method thus solves the long-standing problem of the interpolation of tensors on general surfaces with an optimal number of degrees of freedom.Comment: 16 pages, 6 figure

Dieta de baixo índice glicémico versus uma dieta com alto teor de fibra de cereais no controlo glicémico de doentes com diabetes tipo 2.

Num trabalho publicado no número de Dezembro de2008 do Journal of the American Medical Association,Jenkins et al.1 referem que em 210 doentes adultos, comdiabetes tipo 2, pré-obesos e obesos (IMC médio >30kg/m2), medicados com hipoglicemiantes, a ingestãode alimentos com baixo índice glicémico (IG) duranteseis meses se traduziu numa redução dos níveis dehemoglobina glicosilada (HbA1c) e no aumento dosníveis de colesterol HDL. A redução dos níveis HbA1c foimais marcada nos doentes com dieta de baixo IG doque nos doentes que fizeram ao longo de 6 meses umadieta com alto teor de fibra de cereais. Assim, os autoresconcluíram que a ingestão de uma dieta rica em alimentoscom baixo IG permite melhorias adicionais no controloglicémico de doentes diabéticos, quando comparada comuma dieta com alto teor de fibra de cereais. Os níveis decolesterol LDL e de triacilgliceróis não sofreram alteraçõessignificativas com nenhuma das intervenções dietéticas(ver Quadro I). Os doentes randomizados para a dietade baixo IG consumiram alimentos como pão de centeiointegral (pumpernickel), pão com linhaça, feijão, ervilhas,lentilhas, flocos e cereais integrais de aveia, nozes, maçãs,peras, arroz vaporizado e massas. Os doentes randomizadospara a dieta com alto teor de fibra de cereais consumiramalimentos como pão e cereais integrais, arroz integral,batatas com pele, bolachas tipo "cracker" e frutos como amanga, banana, uvas, melancia e melão (frutos com maiorIG do que os da dieta com baixo IG). Apesar da reduçãodo peso corporal verificada nos dois ramos do estudo nãoter significado estatístico, a alteração no peso corporalteve uma correlação significativa com os níveis de HbA1c(n=210, r=0,50, P<0,001), níveis de C-HDL (n=210, r=-0,19,p<0,007), pressão arterial sistólica (n=209, r=0,14, p<0,04)e diastólica (n=209, r=0,2, p<0,005). O valor energéticototal não diferia entre as duas dietas, tendo no entantosido observada em ambos os ramos uma redução destevalor entre a semana 0 e a semana 24. Este estudo parecemostrar que mesmo em doentes diabéticos tratadoscom hipoglicemiantes, a libertação lenta de glicídeos noprocesso digestivo parece ter vantagens a nível metabólico,ao permitir subidas pós--prandiais mais suaves da glicemia,e consequentemente da insulinemia

Materiales sensibles: Recuerdos del futuro de una biblioteca

Sección: En directoUn pequeño balance de mis años en la biblioteca del Institut de Ciència de Materials de Barcelona, la evolución que he observado y algún atisbo de lo que nos puede deparar el futuro a las bibliotecas de los centros de mi área, desde una perspectiva íntima y personal.N

Fatigue Mechanisms under the Low and High Cycle Fatigue Regimes in Nickel Microbeams under Extreme Stress Gradients

Fatigue investigations of micro- and nanoscale structural metals have become of great significance due to the extensive use of microelectromechanical systems (MEMS) and metallic thin films. Many MEMS and thin films consist of movable small-scale components that are subjected to a large number of cycles throughout their lifetimes and exhibit a strong influence from size effects that deviates their behavior from bulk size materials. Therefore, there is a need to investigate and understand the fatigue behavior and mechanisms of small-scale metals under loading conditions relevant to their applications. This work investigates the fatigue behavior of Ni microbeams subjected to size effects (extreme stress/strain gradients and microstructurally small cracks) under fully reversed loadings. The microbeams are loaded under bending and subjected to in situ Scanning Electron Microscope (SEM) High and Very High Cycle Fatigue (HCF/VHCF) and Low Cycle Fatigue (LCF) testing. The in situ SEM HCF/VHCF tests reveal strong environmental effects on fatigue lives that are three orders of magnitude longer in a vacuum than in air. They also highlight crack propagation rates that are extremely low, indicating that the fatigue mechanism does not follow the common crack tip stress intensification. Instead, crack nucleation and propagation are caused by the formation of voids that nucleate from the condensation of vacancies. However, the LCF tests indicate that at high stress amplitudes the physical mechanisms of crack propagation are dominated by the large cyclic plastic deformation at the crack tip. These results showed that extreme stress gradients significantly reduce the driving force for crack growth, causing the void controlled fatigue mechanism in the HCF/VHCF regime. As the driving force is increased in the LCF regime, the fatigue mechanisms follow more closely the well documented conventional behavior. Additionally, fatigue-induced grain coarsening is investigated in the ultrafine grained region of the Ni microbeams. Results highlight cycle dependent abnormal grain growth driven by the reduction of elastic strain energy. These results are expected to provide a better understanding of the fatigue behavior in micro and nano scale devices and therefore allow for a more robust design of these devices.Ph.D

Structural engineering of nanoporous anodic alumina and applications

En esta tesis doctoral se utilizan diversas estrategias de ingeniería estructural para desarrollar nuevas nanoestructuras basadas en alúmina nanoporosa. Dichas nanoestructuras o moldes son posteriormente utilizados para desarrollar otras nanoestructuras innovadoras basadas en ciertos materiales tales como polímeros, metales magnéticos y semiconductores, interesantes desde el punto de vista de futuras aplicaciones. Las nanoestructuras replicadas a partir de los moldes de alúmina porosa pueden ser integradas en varios tipos de nanodispositivos (nanoelectrodos para deposición directa de nanopartículas desde una corriente de gas, precipitadores electrostáticos, células solares con heterouniones volumétricas, dispositivos ópticos unidimensionales, nanofiltros, etc.).En primer lugar, se fabrican cuatro tipos tradicionales de alúmina porosa autoordenada utilizando la anodización blanda en dos pasos. Los ácidos utilizados para fabricar dichos tipos de alúmina porosa son sulfúrico, oxálico y fosfórico. Los voltajes de anodización aplicados son 20, 40 y 160-195 V, respectivamente. El diámetro del poro varia entre 20 y 250 nm, siendo la distancia entre poros 55, 100 y 400-500 nm, respectivamente. Posteriormente, se fabrica alúmina porosa autoordenada utilizando la anodización dura en un paso utilizando ácido oxálico. También se emplea la anodización dura en dos pasos para fabricar moldes de alúmina porosa ordenada sin capa protectiva, la cuál es característica de un proceso de anodización dura en un paso. Además, siguiendo una técnica de re-anodización, se elimina la capa barrera de óxido de la parte posterior de los moldes de alúmina sin eliminar el sustrato de aluminio ni desprender el molde de alúmina del sustrato. Después, por medio de un proceso de anodización asimétrico en el cuál se modifican las condiciones de anodización (voltaje de anodinado, tipo y concentración de ácido), se fabrican moldes de alúmina jerarquizados con múltiples configuraciones. También se producen moldes de alúmina porosa bicapa combinando anodizado duro y blando. Posteriormente, se emplea un molde de nitruro de silicio para fabricar moldes de alúmina porosa perfectamente ordenados mediante la técnica de nanoimpresión. Además, utilizando esta misma técnica y seleccionando las condiciones de anodización adecuadas, es posible fabricar moldes de alúmina porosa perfectamente ordenados con un ordenamiento de poros extraordinario. Finalmente, se fabrican nanoembudos basados en alúmina porosa intercalando consecutivamente pasos de anodizado y ampliación de diámetro de poro. Dichas nanoestructuras son diseñadas con un alto grado de precisión mediante dos procesos de calibración sistemáticos. Además, se desarrolla un modelo teórico que predice el crecimiento del poro durante el proceso de anodización. Este modelo es experimentalmente validado.A partir de dichas nanoestructuras basadas en moldes de alúmina porosa se estudian varias aplicaciones. En primer lugar, se sinterizan nanopilares magnéticos ordenados sobre sustratos de aluminio mediante deposición electroquímica. Estos se caracterizan por varias técnicas (ESEM, EDXS y XRD). Por sus propiedades magnéticas, dichos nanopilares podrían ser empleados como nanoelectrodos para deposición directa de nanopartículas desde una corriente de gas o como precipitadores electrostáticos. En segundo lugar, se fabrican estructuras poliméricas compuestas de nanopilares sobre un sustrato nanoestructurado basado en el mismo polímero. Para ello, se emplean moldes de alúmina porosa jerarquizados. Además, nanopilares del mismo polímero son transferidos sobre sustratos de ITO/vidrio. La nanoestructura resultante es caracterizada por ESEM, TEM, XRD, CS-AFM y se demuestra que ésta puede ser óptima para integrarse en celdas solares orgánicas con heterouniones volumétricas de alto rendimiento. En tercer lugar, se presenta la primera etapa en la fabricación de mosaicos de nanohilos y nanotubos de níquel. Además, dichas nanoestructuras se utilizan para llevar a cabo un estudio sistemático sobre cómo la re-organización de los poros durante el cambio de régimen de anodización de blando a duro en moldes de alúmina porosa bicapa. Estos mosaicos de nanoestructuras magnéticas podrían ser empleados para desarrollar nuevas plataformas de almacenamiento de datos. Finalmente, se fabrican cadenas de nanoesferas de silicio por infiltración bajo vacío a través de nanoembudos basados en alúmina porosa. Dichas nanoestructuras podrían ser integradas en dispositivos ópticos de tamaño nanométrico.In this PhD thesis, several structural engineering strategies are applied to develop innovative templates based on nanoporous anodic alumina. These templates are subsequently used to develop other nanostructures based on certain materials with multiple applications such as polymers, magnetic metals and semiconductors. These replicated nanostructures could be integrated in various types of nanodevices (e.g. nanoelectrodes for direct deposition of nanoparticles from a gas draught, bulk-heterojunction solar cells, one-dimensional optoelectronic devices, nanofilters and so on). It is expected that the results presented will become a starting point to develop new nanodevices and applications in a wide range of research fields

Supporting Methodology Transfer in Visualization Research with Literature-Based Discovery and Visual Text Analytics

[ES] La creciente especialización de la ciencia está motivando la rápida fragmentación de disciplinas bien establecidas en comunidades interdisciplinares. Esta descom- posición se puede observar en un tipo de investigación en visualización conocida como investigación de visualización dirigida por el problema. En ella, equipos de expertos en visualización y un dominio concreto, colaboran en un área específica de conocimiento como pueden ser las humanidades digitales, la bioinformática, la seguridad informática o las ciencias del deporte. Esta tesis propone una serie de métodos inspirados en avances recientes en el análisis automático de textos y la rep- resentación del conocimiento para promover la adecuada comunicación y transferen- cia de conocimiento entre estas comunidades. Los métodos obtenidos se combinaron en una interfaz de análisis visual de textos orientada al descubrimiento científico, GlassViz, que fue diseñada con estos objetivos en mente. La herramienta se probó por primera vez en el dominio de las humanidades digitales para explorar un corpus masivo de artículos de visualización de propósito general. GlassViz fue adaptada en un estudio posterior para que soportase diferentes fuentes de datos representativas de estas comunidades, mostrando evidencia de que el enfoque propuesto también es una alternativa válida para abordar el problema de la fragmentación en la investigación en visualización

Do Natural Disasters Affect Human Capital? An Assessment Based on Existing Empirical Evidence

The last few years have seen a notable increase in the number of studies investigating the causes and effects of natural disasters in many dimensions. This paper seeks to review and assess available empirical evidence on the ex-post microeconomic effects of natural disasters on the accumulation of human capital, focusing on consumption, nutrition, education and health, including mental health. Three major findings come forward from this work. First, disasters appear to bring substantial damages to human capital, including death and destruction, and produce deleterious consequences on nutrition, education, health and many income-generating processes. Furthermore, some of these detrimental effects are both large and long-lasting. Second, there is a large degree of heterogeneity in the size – but not much in the direction – of the impacts on different socioeconomic groups. Yet, an empirical regularity across natural hazards is that the poorest carry the heaviest burden of the effects of disasters across different determinants and outcomes of human capital. Finally, although the occurrence of natural hazards is mostly out of control of authorities, there still is a significant room for policy action to minimize their impacts on the accumulation of human capital. We highlight the importance of flexible safety nets as well as the double critical role of accurate and reliable information to monitor risks and vulnerabilities, and identify the impacts and responses of households once they are hit by a disaster. The paper also lays out existing knowledge gaps, particularly in regard to the need of improving our understanding of the impacts of disasters on health outcomes, the mechanisms of transmission and the persistence of the effects in the long-run.natural disasters, human capital accumulation