Kindertivity: Usability and Communicability Strategies for Interactive Surfaces and Pre-Kindergarten Children

Tesis por compendio[ES] La tecnología multi-táctil se ha convertido en una de las más emergentes tras experimentar un enorme crecimiento desde sus pasos iniciales en los años ochenta hasta su amplia aceptación y uso en la actualidad. Por una parte, la tecnología multi-táctil se basa en el estilo de interacción de manipulación directa el cual proporciona a los usuarios la ventaja de ver los objetos y las acciones de interés, sustituir comandos escritos por acciones de señalado y, además, permite la realización de acciones rápidas, reversibles e incrementales evitando el uso de instrucciones complejas. Por otra parte, diversos trabajos han evaluado las virtudes derivadas de utilizar conjuntamente la manipulación directa con el toque directo mostrando que es posible evitar los problemas inherentes a otras técnicas de interacción como el ratón y el teclado. Por lo tanto, aprovechando la interacción natural e intuitiva proporcionada por la tecnología multi-táctil, ésta parece una forma ideal para dar soporte a la creación de escenarios educativos dirigidos a niños en edad preescolar. Sin embargo, a pesar de la existencia de diversos estudios que evalúan la idoneidad de utilizar el estilo de interacción de manipulación directa, existe una falta de trabajos abordando el uso dispositivos basados en superficies táctiles con niños de una temprana edad. Asimismo, en la actualidad existe una creciente tendencia a diseñar aplicaciones educativas y lúdicas dirigidas a niños en edad preescolar utilizando dispositivos multi-táctiles como los teléfonos inteligentes o las tabletas. Además, diversos informes señalan que los niños son usuarios frecuentes de este tipo de dispositivos y los utilizan incluso antes de ser capaces de hablar. Sin embargo, a pesar de este crecimiento en el uso de la tecnología multi-táctil y su aparente idoneidad para ser utilizado en el desarrollo de aplicaciones educativas para niños en edad preescolar, no existen unas interacciones universales y estandarizadas para preescolares a la hora de utilizar dispositivos táctiles ya que habitualmente sólo se utilizan dos gestos básicos (básicamente, el toque con un dedo para seleccionar y el arrastre con un dedo para el movimiento). Por lo tanto, existe una clara necesidad de llevar a cabo estudios empíricos para contribuir y avanzar en el diseño de aplicaciones que den un soporte adecuado y encaje con las habilidades de los niños en su temprano desarrollo. Por tanto, esta tesis propone, diseña y evalúa diversas estrategias de usabilidad y comunicabilidad adaptadas a los niños en edad preescolar para establecer la base para el diseño y desarrollo de futuras aplicaciones basadas en dispositivos táctiles dirigidas a preescolares. Estas estrategias llevarán a la adecuada definición de guías de diseño que permitirán a los niños aprovechar al máximo la tecnología multi-táctil, harán posible el desarrollo de nuevas y atractivas aplicaciones y, eventualmente, también podrán ayudar al desarrollo cognitivo y motor de los niños.[CA] La tecnologia multi-tàctil s'ha convertit en una de les més emergents després d'experimentar un enorme creixement des dels seus passos inicials als anys vuitanta fins l'actualitat on es àmpliament acceptada i utilitzada. D'una banda, la tecnologia multi-tàctil es basa en l'estil d'interacció de manipulació directa, el qual proporciona als usuaris l'avantatge de veure els objectes i les accions d'interès, substituir comandos escrits per accions d'assenyalament i, a més, permet la realització d'accions, ràpides, reversibles i incrementals evitant l'ús d'instruccions complexes. D'altra banda, diversos treballs han avaluat les virtuts derivades d'utilitzar conjuntament la manipulació directa amb el toc directe mostrant que és possible evitar els problemes inherents a altres tècniques d'interacció com el ratolí i el teclat. Per tant, aprofitant la interacció natural i intuïtiva proporcionada per la tecnologia multi-tàctil, aquesta sembla una forma ideal per donar suport a la creació d'escenaris educatius per a xiquets en edat preescolar. No obstant això, malgrat l'existència de diversos estudis que avaluen la idoneïtat d'utilitzar l'estil d'interacció de manipulació directa, existeix una manca de treballs abordant l'ús de dispositius basats en superfícies tàctils amb xiquets d'edat primerenca. Així mateix, en l'actualitat existeix una creixent tendència a dissenyar aplicacions educatives i lúdiques dirigides a xiquets en edat preescolar utilitzant dispositius tàctils com els telèfons intel¿ligents o les tauletes. A més, diversos informes assenyalen que els xiquets són usuaris freqüents d'aquests tipus de dispositius i els utilitzen fins i tot abans de ser capaços de parlar. Malgrat aquest creixement en l'ús de la tecnologia multi-tàctil i la seua aparent idoneïtat per a ser utilitzada en el desenvolupament d'aplicacions educatives per a xiquets en edat preescolar, no existeixen unes interaccions universals i estandarditzades per a preescolars a l'hora d'utilitzar dispositius tàctils ja que habitualment només s'utilitzen dos gestos bàsics (bàsicament, el toc amb un dit per a seleccionar i l'arrossegament amb un dit per al moviment). Per tant, hi ha una clara necessitat de dur a terme estudis empírics per a contribuir i avançar en el disseny d'aplicacions que donen un suport adequat i s'ajusten amb les habilitats dels xiquets en el seu primerenc desenvolupament. Per tant, la tesi proposa, dissenya i avalua diverses estratègies de usabilitat i comunicabilitat adaptades als xiquets en edat preescolar per tal d'establir la base per al disseny i desenvolupament de futures aplicacions basades en dispositius tàctils dirigides a preescolars. Aquestes estratègies portaran a l'adequada definició de guies de disseny que permetran als xiquets aprofitar al màxim la tecnologia multi-tàctil, faran possible el desenvolupament de noves i atractives aplicacions i, eventualment, podran també ajudar al desenvolupament cognitiu i motor dels xiquets.[EN] Multi-touch technology has become one of the most emergent technologies and has had an enormous growth since its initial steps in the eighties to be widespread accepted and used in the present. On the one hand, multi-touch technology relies on the direct manipulation interaction style which gives users the advantage to view the objects and actions of interest, replace typed commands by pointing actions and to perform rapid, reversible and incremental actions avoiding using complex instructions. On the other hand, several works have evaluated the virtues when joining direct manipulation with direct-touching showing that it solves the problems inherent in other interaction devices, such as those involving mouse or keyboard. Hence, taking advantage of the intuitive and natural interaction provided by multi-touch technology it seems an ideal way to support educational scenarios targeted to kindergarten children. Although several works have assessed the suitability of using the direct manipulation style with children, there is a lack of works addressing the use of touchscreen devices by this specific type of users. Moreover, there is a growing trend of designing educational and playful applications targeted to kindergarten children based on touchscreen devices such as smartphones and tablets. In addition, several reports point out that children use touchscreen devices even before they are able to speak and they are frequent users of devices such as smartphones and tablets. However, despite this growth in the use of multi-touch technology by children and its apparent suitability to be used to develop applications targeted to young children, there is a lack of standardized and universally accepted interactions for young children when using touchscreen devices since only two basic gestures are commonly used (basically, consisting of only one-finger touch for selection and one-finger drag for movement). Hence, there is a need of carrying out empirical studies to help and advance in the design of applications that adequately support and fit with children's development and skills. Therefore, this thesis proposes, designs and evaluates several usability and communicability strategies tailored to children in their early development stage to establish the design and development of future applications targeted to kindergarten children. These strategies will lead to define appropriate design strategies that enable infants to take full advantage of multi-touch technology, would make it possible to develop attractive new applications and, eventually, could also aid children's cognitive and motor development.Nácher Soler, VE. (2019). Kindertivity: Usability and Communicability Strategies for Interactive Surfaces and Pre-Kindergarten Children [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/116833TESISCompendi

Multi-criteria decision making with linguistic labels: a comparison of two methodologies applied to energy planning

This paper compares two multi-criteria decision making (MCDM) approaches based on linguistic label assessment. The first approach consists of a modified fuzzy TOPSIS methodology introduced by Kaya and Kahraman in 2011. The second approach, introduced by Agell et al. in 2012, is based on qualitative reasoning techniques for ranking multi-attribute alternatives in group decision-making with linguistic labels. Both approaches are applied to a case of assessment and selection of the most suitable types of energy in a geographical area.Peer ReviewedPostprint (published version

Discrete Robotic Assemblies: Towards an automated Architecture

The projects featured in this paper aim to demonstrate the potential of Discrete Robotic Assembly in architecture. Although still in its early stages, this research proves that there is an increase in construction efficiency within a discrete design framework. The research shows how a limited set of assembly possibilities eases the automation of the manufacturing process and leads to a reduction of labour, construction time, and cost. This intrinsic link between discrete design methods and automation hints at a potential shift in the construction industry governed by a new paradigm in computational design, where architectural elements are defined from and for automation

Discrete Robotic Assemblies: Towards an automated Architecture

The projects featured in this paper aim to demonstrate the potential of Discrete Robotic Assembly in architecture. Although still in its early stages, this research proves that there is an increase in construction efficiency within a discrete design framework. The research shows how a limited set of assembly possibilities eases the automation of the manufacturing process and leads to a reduction of labour, construction time, and cost. This intrinsic link between discrete design methods and automation hints at a potential shift in the construction industry governed by a new paradigm in computational design, where architectural elements are defined from and for automation

High accuracy decoding of dynamical motion from a large retinal population

Motion tracking is a challenge the visual system has to solve by reading out the retinal population. Here we recorded a large population of ganglion cells in a dense patch of salamander and guinea pig retinas while displaying a bar moving diffusively. We show that the bar position can be reconstructed from retinal activity with a precision in the hyperacuity regime using a linear decoder acting on 100+ cells. The classical view would have suggested that the firing rates of the cells form a moving hill of activity tracking the bar's position. Instead, we found that ganglion cells fired sparsely over an area much larger than predicted by their receptive fields, so that the neural image did not track the bar. This highly redundant organization allows for diverse collections of ganglion cells to represent high-accuracy motion information in a form easily read out by downstream neural circuits.Comment: 23 pages, 7 figure

Optimización en tiempo real del modo de operación de un abastecimiento de agua mediante técnicas metaheurísticas. Aplicación a la RED de suministro a Valencia y su área metropolitana

[EN] Due to the rise of energy prices, the energy cost of pumping represents most of the total operation cost in water distribution systems. In addition, energy price varies according to the tariff structure. For these reasons, optimal real-time control of the pumping stations and the valve operation settings is required in order to minimize energy costs while controlling pressure in the network. To achieve this objective it is necessary to define an optimization model that results in a reliable operation scenario. Moreover, simulation of hydraulic models allows tracking the daily operation schedule of the water supply network. Its integration into a SCADA system is a valuable tool to aid the making of decisions. For this aim, the mathematical model must be calibrated, and regularly updated. Finally, to perform optimal control in real-time, it is necessary to define a demand forecast model to know in advance the state of the network for the following 24 hours. This thesis exposes a methodology for optimal real-time operation of a hydraulic network based on the development of a platform that allows the integration of hydraulic simulation models, forecast models and optimization algorithms in SCADA systems. With the aim of performing the most adjusted model to actual scenarios, a demand forecast model has been developed based on historical patterns obtained from the SCADA system. Finally, an optimization module has been developed to minimize the energy costs of pumping systems, which basically consists of two blocks. In the first block, the goal is to optimize the operating regime of pumps using a linear programming model to minimize the operating costs while maintaining the water levels in tanks within a threshold range. In the second block, once optimal pump operation is set, setting of pressure reducing valves is optimized in order to satisfy the total expected demand within the system's restrictions of maximum and minimum pressure, according to the pump operation. An important contribution of this thesis has been the replacement of the hydraulic model by an equivalent model based on parallelized architecture neural network (ANN), which significantly reduces the computation time, a very important aspect when a system for real-time optimization is implemented. The proposed methodology has been applied to the water supply network of Valencia and its metropolitan area, taking into account current energy tariff structure. Results prove the effectiveness of the proposed model in the search for feasible operation strategies, to be applied to a real distribution system with two water pumping stations, several tanks, and various regulation valves remotely operated. Many of the physical components of the system have been replaced by using ANN architecture, without affecting the pressure constraints at critical points. The achieved energy saving highlights the importance of applying optimization models as a mean of improving system energy efficiency.[ES] Con el aumento de precios de la energía, el coste de la energía eléctrica utilizada por los sistemas de bombeo representa la mayor parte del coste total de la operación en los sistemas de distribución de agua. Por esta razón, y porque los precios de la energía son variables hora a hora, es necesario un control óptimo en tiempo real del régimen de operación de las estaciones de bombeo y el régimen de regulación de las válvulas, con el fin de minimizar los costes energéticos y al mismo tiempo controlar las presiones en la red. Para alcanzar este objetivo es necesario definir un modelo de optimización que dé como resultado un escenario de operación viable. Por otra parte, los modelos de simulación hidráulica permiten realizar el seguimiento del régimen de operación diaria de una red de abastecimiento de agua, y su integración en un sistema SCADA constituyen una herramienta de valiosa ayuda para la toma de decisiones. Para ello el modelo matemático deberá estar calibrado y permanentemente actualizado. Finalmente para llevar a cabo un control óptimo en tiempo real es necesario definir un modelo de previsión de demanda que permita anticipar el estado de la red para las próximas 24 horas. La presente tesis presenta una metodología de operación óptima en tiempo real de una red hidráulica basada en el desarrollo de una plataforma que permite la integración de modelos de simulación, los modelos de predicción y los algoritmos de optimización con los sistemas SCADA. Con vistas a realizar una optimización en tiempo real lo más ajustada a la realidad se ha adoptado un modelo de previsión de demanda basado en patrones históricos procedentes de los datos de consumos obtenidos a través del propio sistema SCADA. Finalmente se ha desarrollado un módulo de optimización para minimizar los costes energéticos del sistema de bombeo, el cual, consta básicamente de dos bloques. En el primer bloque el objetivo ha sido optimizar el régimen de operación de las bombas mediante un modelo por programación lineal con el objetivo de minimizar los costes de operación manteniendo los niveles en los depósitos dentro del rango prefijado. En el segundo bloque, una vez definido el estado de operación de las bombas, se han optimizado las consignas de las válvulas de regulación, consideradas como válvulas reductoras de presión, con tal de satisfacer la demanda total prevista cumpliendo las restricciones de presión máxima y mínima del sistema, de acuerdo con la operación de las bombas. Como una aportación importante de la tesis, a la hora de realizar las simulaciones hidráulicas de las diferentes soluciones propuestas por el optimizador, se ha sustituido el simulador hidráulico por un modelo equivalente basado en una arquitectura de red neuronal paralelizada (ANN), el cual permite reducir significativamente el tiempo de cálculo, aspecto de gran importancia cuando se trata de implantar un sistema de optimización en tiempo real. La metodología propuesta ha sido aplicada sobre la red a abastecimiento de agua a Valencia y su área metropolitana, considerando los bloques de tarifas eléctricas vigentes para el caso de estudio. La tesis doctoral presenta unos resultados que prueban la efectividad del modelo propuesto en la búsqueda de estrategias de operación viables para ser aplicado sobre un sistema de distribución de agua real compuesta por dos estaciones de bombeo, varios depósitos, y diversas válvulas de regulación motorizadas, en la que se han podido omitir muchos de los componentes físicos del sistema mediante el uso de una arquitectura ANN, pero sin perder de vista los puntos críticos donde se han establecido las restricciones del presión. La reducción del consumo eléctrico alcanzado, pone de manifiesto la importancia del modelo de optimización como instrumento de mejora de la eficiencia energética del sistema.[CA] Amb l'augment de preus de l'energia, el cost de l'energia elèctrica utilitzada pels sistemes de bombament representa la major part del cost total de l'operació en els sistemes de distribució d'aigua. Per esta raó, i perquè els preus de l'energia són variables hora a hora, és necessari un control òptim en temps real del règim d'operació de les estacions de bombament i el règim de regulació de les vàlvules, a fi de minimitzar els costos energètics i al mateix temps controlar les pressions en la xarxa. Per a aconseguir este objectiu és necessari definir un model d'optimització que done com resultat un escenari d'operació viable. D'altra banda, els models de simulació hidràulica permeten realitzar el seguiment del règim d'operació diària d'una xarxa d'abastiment d'aigua, i la seua integració en un sistema SCADA contituyen una ferramenta de valuosa ajuda per a la presa de decisions. Per això el model matemàtic haurà d'estar calibrat i permanentment actualitzat. Finalment per a dur a terme un control òptim en temps real és necessari definir un model de previsió de la demanda que permeta anticipar l'estat de la xarxa per a les pròximes 24 hores. La present tesi presenta una metodologia d'operació òptima en temps real d'una xarxa hidràulica basada en el desenrotllament d'una plataforma que permet la integració de models de simulació, els models de predicció i els algoritmes d'optimització amb els sistemes SCADA. Amb vista a realitzar una optimització en temps real el més ajustada a la realitat s'ha adoptat un model de previsió de demanda basat en patrons històrics procedents de les dades de consums obtinguts a través del propi sistema SCADA. Finalment s'ha desenvolupat un mòdul d'optimització per minimitzar els costos energètics del sistema de bombament, el qual, consta bàsicament de dos blocs. En el primer bloc l'objectiu ha estat optimitzar el règim d'operació de les bombes mitjançant un model per programació lineal amb l'objectiu de minimitzar els costos d'operació mantenint els nivells en els dipòsits dins del rang prefixat. En el segon bloc, un cop definit l'estat d'operació de les bombes, s'han optimitzat les consignes de les vàlvules de regulació, considerades com vàlvules reductores de pressió, per tal de satisfer la demanda total prevista complint les restriccions de pressió màxima i mínima del sistema, d'acord amb l'operació de les bombes. Com una aportació important de la tesi, a l'hora de realitzar les simulacions hidràuliques de les diferents solucions proposades per l'optimitzador, s'ha substituït el simulador hidràulic per un model equivalent basat en una arquitectura de xarxa neuronal paralelizada (ANN), el qual permet reduir significativament el temps de càlcul, aspecte de gran importància quan es tracta d'implantar un sistema d'optimització en temps real. La metodologia proposada ha sigut aplicada sobre la xarxa a abastiment d'aigua a València i la seua àrea metropolitana, considerant els blocs de tarifes elèctriques vigents per al cas d'estudi. La tesi doctoral presenta uns resultats que proven l'efectivitat del model proposat en la busca d'estratègies d'operació viables per a ser aplicat sobre un sistema de distribució d'aigua real composta per dos estacions de bombament, uns quants depòsits, i diverses vàlvules de regulació motoritzades, en la que s'han pogut ometre molts dels components físics del sistema per mitjà de l'ús d'una arquitectura ANN, però sense perdre de vista els punts crítics on s'han establit les restriccions del pressió. La reducció del consum elèctric aconseguit, posa de manifest la importància del model d'optimització com a instrument de millora de l'eficiència energètica del sistema.Bou Soler, V. (2016). Optimización en tiempo real del modo de operación de un abastecimiento de agua mediante técnicas metaheurísticas. Aplicación a la RED de suministro a Valencia y su área metropolitana [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/62692TESI

Análisis dinámico de la invalidez. Aplicación a los seguros de riesgo

En los momentos actuales hay cierta preocupación por los problemas derivados del envejecimiento de la población que afectan tanto a los países desarrollados, como a los que están en vías de desarrollo, en cuanto la repercusión que tienen en los sistemas de previsión social. Paralelo a esta proceso está el de la incapacidad o invalidez considerada como la alteración de la salud del ser humano, creando estados de necesidad que se manifiestan en la alteración de la salud lo que requiere una asistencia médica curativa, con el consiguiente incremento de gastos, disminuyendo también la capacidad del individuo para conseguir las rentas que constituyen su medio habitual de vida. Es por ello que los Sistemas de Seguridad Social dentro de su acción protectora tienen definida la cobertura de estos riesgos. Los agentes sociales muestran una gran preocupación por los aspectos de la previsión social, por lo que es necesario el desarrollo de técnicas que permitan evaluar el costo futuro de las contingencias, entre las que se encuentra la invalidez o incapacidad para el trabajo. Este estudio se va a centrar en la repercusión que puede tener en un sistema de previsión social el hecho de que un individuo pueda ver anulada la su capacidad laboral en cuanto que implica la imposibilidad de conseguir las suficientes ganancias para supervivir. Se plantea un análisis biométrico de la prestación de invalidez definiendo un modelo que nos permita ver la incidencia que tiene la entrada al disfrute de esta prestación. El modelo se denomina práctico en cuanto que no contempla la “reactividad” es decir, el paso de inválido a activo nuevamente. Se hace una aplicación al colectivo de trabajadores por cuenta ajena o Régimen General del Sistema de Seguridad Social en España intentando el modelo explicar el comportamiento de las tasas reales de entrada en invalidez o incapacidad según los distintos grados, que dependen de la pérdida de capacidad de ganancia