Estudio, Modelado e Implementación Paralela de Sistemas Celulares Utilizados en Microfabricación

La presente tesis toma como eje central el modelado de sistemas dinámicos mediante Autómatas Celulares (ACs). Los ACs permiten modelar un sistema enunciando el comportamiento microscópico a fin de obtener un comportamiento macroscópico correcto. Una de los principales campos donde esta metodología ha sido aplicada (y la cual forma otro de los puntos centrales de esta tesis) es el modelado del Grabado Anisótropo Húmedo (GAH). El GAH es un proceso químico el cual permite realizar microestructuras de silicio tridimensionales, lo que le ha permitido convertirse en una importante técnica de microfabricación. El GAH se utiliza para el micromaquinado de Sistemas Micro-Electro-Mecánicos (MEMS). Los MEMS consisten en la integración de elementos mecánicos, sensores, actuadores y electrónica en un substrato de silicio común a través de la tecnología de microfabricación. Los MEMS tienen una gran influencia en la industria puesto que dispositivos fabricados mediante esta tecnología se utilizan de forma intensiva en diversos campos tales como: sistemas de seguridad en automoción, sensores de movimiento en electrónica de consumo o inyectores en sistemas de impresión. El GAH es un proceso complejo cuyo resultado depende en gran medida de los diversos parámetros del proceso: (disolución, temperatura, tiempo), por lo que la utilización de un simulador previo a la realización del experimento puede suponer un gran ahorro en cuestión de tiempo y material. Los simuladores actuales de GAH basados en ACs poseen diversas limitaciones: Tiempos de computación muy elevados debido a los altos requisitos computacionales de los ACs, un reducido conjunto de calibraciones existentes, así como la imposibilidad de simular el GAH basado en nuevos atacantes tales como TMAH+Triton. La resolución de estas limitaciones es abordada en diversos capítulos de la tesis.Ferrando Jódar, N. (2011). Estudio, Modelado e Implementación Paralela de Sistemas Celulares Utilizados en Microfabricación [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/10984Palanci

Creación y desarrollo de un plan de control de calidad para tratamientos de radioterapia de intensidad modulada (IMRT)

Dentro del proceso de control de calidad, es un hecho, la necesidad de realizar una verificación de los tratamientos de pacientes. Esto es especialmente significativo cuando se trata de tratamientos de IMRT, ya que el movimiento de las láminas se convierte en una fuente elevada de error. Esta verificación consiste en comprobar que el tratamiento que administra el acelerador coincide con el calculado en el sistema de planificación. Esta comparación, a grandes rasgos consiste en generar de un plan de tratamiento válido clínicamente un plan de verificación, administrarlo con el acelerador y mediante algún dispositivo ser capaces de recoger ese tratamiento administrado, para posteriormente compararlo con el planificado. Para el generar el plan de verificación, se cogen los campos de IMRT del plan de tratamiento y se calculan sobre un detector valido para la verificación de tratamientos de IMRT. Existen diferentes opciones comerciales para realizar esta verificación. En este trabajo, estudiaremos las diferentes soluciones, mediante su caracterización y elaboración de un protocolo para su uso como sistema de verificación de tratamientos de radioterapia de intensidad modulada (IMRT), con el fin de comprobar si alguno de los dispositivos estudiados permite realizar las verificaciones adecuadamente. Para ello se han seleccionado detectores de diferentes tecnologías de detección y con diferentes grados de automatización y distintas utilidades de software incorporadas. • Dispositivos de imagen portal. • Matrices de cámaras de ionización o diodos. • Películas radiocrómicas. • Cámaras de ionización. Del plan de verificación se extrae una distribución bidimensional de dosis, y mediante el uso de uno de los detectores de la lista anterior se adquiere una distribución experimental de dosis. Una vez adquiridas ambas distribuciones hay que obtener de manera cuantitativa lo que difieren las dos distribuciones entre sí. Algo diferente es el caso de las cámaras de ionización, pues en lugar de obtener una distribución bidimensional de dosis, se pretenden comprobar puntos discretos del volumen. Esto hace que la comparación para la dosis absoluta sea conceptualmente más sencilla, y no requiera de complejas herramientas matemáticas, como es el caso de las distribuciones bidimensionales. Uno de los posibles errores en la dosimetría para tratamientos de IMRT es la selección del detector utilizado en la verificación del plan de tratamiento del paciente, debido a la falta de equilibrio electrónico lateral y altos gradientes de dosis se requiere un detector con alta resolución espacial. Los aspectos físicos del detector que puede afectar a la medición de la dosis se deben principalmente al material y las dimensiones del detector. Se han desarrollado varios tipos de detectores tratando de resolver el problema, sin embargo, todavía permanecen algunas desventajas. Sin embargo, las películas radiocrómicas poseen características adecuadas que las ha convertido en una herramienta muy útil para la dosimetría bidimensional con alta precisión en la determinación de la dosis para tratamientos de IMRT, a diferencia de las matrices donde la resolución es menor. Por todo ello el objetivo final de este trabajo es la creación y desarrollo de un plan de control de calidad para tratamientos de IMRT. El control de calidad a modo esquemático va a consistir en: 1. Validar un detector para verificar tratamientos de IMRT. 2. Obtener una calibración que convierta la lectura del detector en dosis. 3. Aplicar esa calibración a la lectura del detector. 4. Comparar la lectura con el cálculo realizado por el sistema de planificación. A lo largo del trabajo, se describirán las pruebas a las que se debe someter cada detector, en función del tipo, con el fin de poder ser utilizado como un instrumento para verificar tratamientos de IMRT. Además, se describirá el proceso para obtener y comparar las distribuciones de dosis teóricas y experimentales, empleando para ello diferentes herramientas informáticas. Por último, una vez validados todos los detectores para su uso clínico, se estudia una serie de casos clínicos, con el fin de intentar ver que detector es mejor para llevar a cabo las verificaciones de tratamientos de IMRT. Una vez analizados los resultados se puede concluir, que el mejor detector es la película radiocrómica, pero debido a su elevado coste y tiempo de procesado, se puede sustituir por la combinación de dispositivo de imagen portal, más matriz de cámaras de ionización o diodos. Ya que entre ambos dispositivos se compensan mutuamente sus puntos débiles

Influence of temperature and conductivity on the life-history characteristics of a pampean strain of Brachionus plicatilis

In the present work, we provide the first approach about the life-history of Brachionus plicatilis in South America. We tested with laboratory experiments the response of the pampean strain of B. plicatilis for two of its main stressors (conductivity and temperature). We evaluated the effects of eight conductivity values from 1 to 17 mS.cm-1 and two temperatures (15 and 25 °C) to compare its abundance with those obtained in the pampean lotic and lentic environments, where this rotifer is frequent or dominant. The results demonstrated that the increase in population-growth rate and the peak of abundance occurred at the highest temperature and at medium conductivity. Minimum values were obtained at the lowest temperature and conductivities analyzed, but the final density attained was nevertheless similar to those recorded in the pampean environments at the optimum conductivity and during the spring and summer seasons. Males, mictic females, and resting eggs were observed at the minimum and maximum conductivities, revealing the strategy of this species for maintaining dominance in environments with fluctuating salinity. The experiments also indicated the possible behavior of this relevant member of the zooplankton community within a scenario of increasing temperature and salinity related to the climate changes occurring in the pampean region.Instituto de Limnología "Raúl A. Ringuelet

Influence of temperature and conductivity on the life-history characteristics of a pampean strain of Brachionus plicatilis

In the present work, we provide the first approach about the life-history of Brachionus plicatilis in South America. We tested with laboratory experiments the response of the pampean strain of B. plicatilis for two of its main stressors (conductivity and temperature). We evaluated the effects of eight conductivity values from 1 to 17 mS.cm-1 and two temperatures (15 and 25 °C) to compare its abundance with those obtained in the pampean lotic and lentic environments, where this rotifer is frequent or dominant. The results demonstrated that the increase in population-growth rate and the peak of abundance occurred at the highest temperature and at medium conductivity. Minimum values were obtained at the lowest temperature and conductivities analyzed, but the final density attained was nevertheless similar to those recorded in the pampean environments at the optimum conductivity and during the spring and summer seasons. Males, mictic females, and resting eggs were observed at the minimum and maximum conductivities, revealing the strategy of this species for maintaining dominance in environments with fluctuating salinity. The experiments also indicated the possible behavior of this relevant member of the zooplankton community within a scenario of increasing temperature and salinity related to the climate changes occurring in the pampean region.Instituto de Limnología "Raúl A. Ringuelet

Influence of temperature and conductivity on the life-history characteristics of a pampean strain of Brachionus plicatilis

In the present work, we provide the first approach about the life-history of Brachionus plicatilis in South America. We tested with laboratory experiments the response of the pampean strain of B. plicatilis for two of its main stressors (conductivity and temperature). We evaluated the effects of eight conductivity values from 1 to 17 mS.cm-1 and two temperatures (15 and 25 °C) to compare its abundance with those obtained in the pampean lotic and lentic environments, where this rotifer is frequent or dominant. The results demonstrated that the increase in population-growth rate and the peak of abundance occurred at the highest temperature and at medium conductivity. Minimum values were obtained at the lowest temperature and conductivities analyzed, but the final density attained was nevertheless similar to those recorded in the pampean environments at the optimum conductivity and during the spring and summer seasons. Males, mictic females, and resting eggs were observed at the minimum and maximum conductivities, revealing the strategy of this species for maintaining dominance in environments with fluctuating salinity. The experiments also indicated the possible behavior of this relevant member of the zooplankton community within a scenario of increasing temperature and salinity related to the climate changes occurring in the pampean region.Instituto de Limnología "Raúl A. Ringuelet

Puente Carretero sobre el Arroyo Leyes: 69 años de servicio e historia

En el presente trabajo se realiza una pequeña reseña histórica de este puente que se encuentra ubicado a 36 km al noreste de la ciudad de Santa Fe, sobre la ruta provincial Nº 1. Haciéndose mención del surgimiento del arroyo Leyes. El puente es completamente de hormigón armado y el sistema utilizado para su construcción fue el de “viga hueca”, aplicado por primera vez en nuestro país en 1942, año de su inauguración. Se realiza una descripción de los métodos constructivos utilizados y características principales. El puente original tiene una longitud de 182m que se cubren con tres tramos de 53, 76 y 53 m formando una viga Gerber. Además, se dan a conocer las exigencias a las que se encuentra sometido. Actualmente, la luz del puente se ha extendido a 235 metros, por medio de dos tramos isostáticos agregados en las cabeceras norte y sur, debido a la continua erosión de las márgenes de este arroyo. Para evaluar su estado actual se realizó una inspección visual y ensayos no destructivos consistentes en: determinación del avance del frente de carbonatación e índice esclerométrico en los cordones laterales correspondientes al tablero.Tópico 6: Patrimonio Moderno, incluye obras de ingeniería. Construcciones en Hormigón Armado. Problemáticas de durabilidad y corrosión de armaduras

Una estimación rápida y eficaz de la densidad algal por medio de un método turbidimétrico desarrollado con cultivos de Chlorella vulgaris

The use of Chlorella vulgaris Beijerinck as a food source for zooplankton requires the optimization of algal-culture conditions for prolonged growth maintenance. In this study, we developed a method that relates algal density to culture turbidity to estimate culture biomass. This method was improved by applying digital analysis for algal counting, which promotes accuracy, low culture disturbance, easy repetition and the rapid acquisition of results. Two 3-L cultures of C. vulgaris, maintained for two weeks with continuous lighting (eight light-emitting diodes at 50 μmol photons m–2 · s–1, at 660 nm) and aerators to prevent algal sedimentation, reached turbidities of 214 and 280 NTUs, respectively. Sample counting was performed using digital images obtained with an inverted microscope. Aliquot sedimentation was compared with or without previous homogenization through photographs taken in the central, middle, and peripheral sectors of the Utermöhl settling chambers. For each procedure, we counted between 17 and 404 individuals image–1, requiring, on average, one minute image–1. At low turbidity (< 40 NTU), the data dispersion was similar between the two protocols (error range, 16 to 60%); at higher turbidity, the direct sedimentation alone gave a larger error (31-50 %) than with prior homogenization (5-13 %). Regression analysis at low data fit (67 %) suggested that the sedimentation heterogeneity of non-homogenized samples corresponded to a pattern of settled algae having increasing density from the periphery to the centre of the chamber, but with homogenization, a better model fitting (99 %) resulted, contributing to greater consistency with that procedure. We consider that this turbidometric protocol could be used successfully with cultures of algae that have geometrical shapes recognizable by the image software.El uso de Chlorella vulgaris Beijerinck como alimento para el zooplancton implica la necesidad de optimizar el cultivo de algas para mantener su crecimiento en el tiempo. En este trabajo se desarrolló un método que relaciona la densidad del cultivo con la turbidez para estimar la biomasa algal. Esta técnica se ha mejorado mediante la aplicación del análisis digital para el recuento de las algas que promueve la exactitud y reduce el disturbio en el cultivo, con obtención rápida y fácil de resultados repetibles. Se realizaron dos cultivos de C. vulgaris en recipientes de 3 L con aireación e iluminación continua (50 μmol fotones m–2 · s–1 a 660 nm), alcanzando 214 y 280 NTU, respectivamente. El recuento de las muestras se realizó por medio de imágenes digitales tomadas con un microscopio invertido. Se aplicaron dos técnicas para el recuento de las alícuotas: la sedimentación directa y la sedimentación con homogeneización previa. Con el fin de comparar el ajuste de ambos métodos de sedimentación, las fotografías fueron tomadas en los sectores central, medio y periférico de la cámara de sedimentación. Para ambas técnicas se contaron un mínimo de 17 individuos imagen–1 y un máximo de 404 individuos imagen–1, con un tiempo promedio de un minuto por imagen. A niveles bajos de turbidez (< 40 NTU) la dispersión de los datos fue similar entre ambas técnicas (rango error: 16-60 %). Para niveles superiores de turbidez, en la técnica de sedimentación directa se observó un mayor rango de error (31-50 %) mientras que en la técnica con homogenización previa osciló entre 5 y 13%. El análisis de regresión evidenció un bajo ajuste de los datos (67%), que en la sedimentación sin homogeneización responde a un patrón reiterado de aumento de densidad algal desde la periferia hacia el centro de la cámara de sedimentación. La inclusión de una homogeneización previa promueve un mejor ajuste del modelo (99%) y determina un incremento en la consistencia del método. Con los resultados obtenidos se demuestra que la técnica turbidimétrica desarrollada puede ser utilizada con éxito en cultivos de especies de algas cuyas formas geométricas sean reconocidas por el procesador de imágenes.Instituto de Limnología "Dr. Raúl A. Ringuelet"Facultad de Ciencias Agrarias y Forestale

Parallelization of the Finite-Difference Time-Domain method for roomacoustics modelling based on CUDA

The parallelization of the finite-difference time-domain (FDTD) method for room acoustic simulation using graphic processing units (GPUs) has been subject of study even prior to the introduction of GPGPU (general-purpose computing on GPUs) environments such as the compute unified device architecture (CUDA) from Nvidia. A mature architecture nowadays, CUDA offers enough flexibility and processing power to obtain important performance gains with naively ported serial CPU codes. However, careful implementation of the algorithm and appropriate usage of the different subsystems a GPU offers can lead to even further performance improvements. In this paper, we present a detailed study between different approaches to the parallelization of the FDTD method applied to room acoustics modelling, and we describe several optimization guidelines to improve the computation speed when using single precision and double precision floating point model data, nearly doubling the performance obtained by previously published implementations. (C) 2011 Elsevier Ltd. All rights reserved.We thank the anonymous reviewers for their valuable comments and suggestions. We would also like to thank Nvidia for its support through its Academic Partnership Program. This work has been supported by the Ministry of Education and Science under the project TEC2009-14414-C03-01.López Monfort, JJ.; Carnicero Victorio, D.; Ferrando Jódar, N.; Escolano Carrasco, J. (2013). Parallelization of the Finite-Difference Time-Domain method for roomacoustics modelling based on CUDA. Mathematical and Computer Modelling. 57(7-8):1822-1831. doi:10.1016/j.mcm.2011.11.075S18221831577-

Level set implementation for the simulation of anisotropic etching: application to complex MEMS micromachining

The use of atomistic methods, such as the continuous cellular automaton (CCA), is currently regarded as an accurate and efficient approach for the simulation of anisotropic etching in the development of micro-electro-mechanical systems (MEMS). However, whenever the targeted etching condition is modified (e. g. by changing the substrate material, etchant type, concentration and/or temperature) this approach requires performing a time-consuming recalibration of the full set of internal atomistic rates defined within the method. Based on the level set (LS) approach as an alternative and using the experimental data directly as input, we present a fully operational simulator that exhibits similar accuracy to the latest CCA models. The proposed simulator is tested by describing a wide range of silicon and quartz MEMS structures obtained in different etchants through complex processes, including double-sided etching as well as different mask patterns during different etching steps and/or simultaneous masking materials on different regions of the substrate. The results demonstrate that the LS method is able to simulate anisotropic etching for complex MEMS processes with similar computational times and accuracy as the atomistic models.This work has been supported by the Spanish FPI-MICINN BES-2011-045940 grant and the Ramon y Cajal Fellowship Program by the Spanish Ministry of Science and Innovation. Also, we acknowledge support by the JAE-Doc grant from the Junta para la Ampliacion de Estudios program co-funded by FSE and the Professor Partnership Program by NVIDIA Corporation.Montoliu, C.; Ferrando Jódar, N.; Gosalvez Ayuso, MA.; Cerdá Boluda, J.; Colom Palero, RJ. (2013). Level set implementation for the simulation of anisotropic etching: application to complex MEMS micromachining. Journal of Micromechanics and Microengineering. 23(7). https://doi.org/10.1088/0960-1317/23/7/075017S237Weirauch, D. F. (1975). Correlation of the anisotropic etching of single−crystal silicon spheres and wafers. Journal of Applied Physics, 46(4), 1478-1483. doi:10.1063/1.321787Seidel, H. (1990). Anisotropic Etching of Crystalline Silicon in Alkaline Solutions. Journal of The Electrochemical Society, 137(11), 3612. doi:10.1149/1.2086277Zielke, D., & Frühauf, J. (1995). Determination of rates for orientation-dependent etching. Sensors and Actuators A: Physical, 48(2), 151-156. doi:10.1016/0924-4247(95)00993-0Wind, R. A., & Hines, M. A. (2000). Macroscopic etch anisotropies and microscopic reaction mechanisms: a micromachined structure for the rapid assay of etchant anisotropy. Surface Science, 460(1-3), 21-38. doi:10.1016/s0039-6028(00)00479-9Gosálvez, M. A., Sato, K., Foster, A. S., Nieminen, R. M., & Tanaka, H. (2007). An atomistic introduction to anisotropic etching. Journal of Micromechanics and Microengineering, 17(4), S1-S26. doi:10.1088/0960-1317/17/4/s01Sato, K., Shikida, M., Matsushima, Y., Yamashiro, T., Asaumi, K., Iriye, Y., & Yamamoto, M. (1998). Characterization of orientation-dependent etching properties of single-crystal silicon: effects of KOH concentration. Sensors and Actuators A: Physical, 64(1), 87-93. doi:10.1016/s0924-4247(97)01658-0Zubel, I., & Kramkowska, M. (2002). The effect of alcohol additives on etching characteristics in KOH solutions. Sensors and Actuators A: Physical, 101(3), 255-261. doi:10.1016/s0924-4247(02)00265-0Charbonnieras, A. R., & Tellier, C. R. (1999). Characterization of the anisotropic chemical attack of {hk0} silicon plates in a T.M.A.H. solution. Sensors and Actuators A: Physical, 77(2), 81-97. doi:10.1016/s0924-4247(99)00020-5Shikida, M., Sato, K., Tokoro, K., & Uchikawa, D. (2000). Differences in anisotropic etching properties of KOH and TMAH solutions. Sensors and Actuators A: Physical, 80(2), 179-188. doi:10.1016/s0924-4247(99)00264-2Gosálvez, M. A., Zubel, I., & Viinikka, E. (2010). Wet Etching of Silicon. Handbook of Silicon Based MEMS Materials and Technologies, 375-407. doi:10.1016/b978-0-8155-1594-4.00024-3Pal, P., Gosalvez, M. A., & Sato, K. (2010). Silicon Micromachining Based on Surfactant-Added Tetramethyl Ammonium Hydroxide: Etching Mechanism and Advanced Applications. Japanese Journal of Applied Physics, 49(5), 056702. doi:10.1143/jjap.49.056702Zubel, I., & Kramkowska, M. (2004). Etch rates and morphology of silicon (h k l) surfaces etched in KOH and KOH saturated with isopropanol solutions. Sensors and Actuators A: Physical, 115(2-3), 549-556. doi:10.1016/j.sna.2003.11.010Fruhauf, J., Trautmann, K., Wittig, J., & Zielke, D. (1993). A simulation tool for orientation dependent etching. 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A., Yan Xing, & Sato, K. (2008). Analytical Solution of the Continuous Cellular Automaton for Anisotropic Etching. Journal of Microelectromechanical Systems, 17(2), 410-431. doi:10.1109/jmems.2008.916339Ferrando, N., Gosálvez, M. A., Cerdá, J., Gadea, R., & Sato, K. (2011). Faster and exact implementation of the continuous cellular automaton for anisotropic etching simulations. Journal of Micromechanics and Microengineering, 21(2), 025021. doi:10.1088/0960-1317/21/2/025021Ferrando, N., Gosálvez, M. A., Cerdá, J., Gadea, R., & Sato, K. (2011). Octree-based, GPU implementation of a continuous cellular automaton for the simulation of complex, evolving surfaces. Computer Physics Communications, 182(3), 628-640. doi:10.1016/j.cpc.2010.11.004Moktadir, Z., & Camon, H. (1997). Monte Carlo simulation of anisotropic etching of silicon: investigation of surface properties. 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Influence of temperature and conductivity on the life-history characteristics of a pampean strain of Brachionus plicatilis

In the present work, we provide the first approach about the life-history of Brachionus plicatilis in South America. We tested with laboratory experiments the response of the pampean strain of B. plicatilis for two of its main stressors (conductivity and temperature). We evaluated the effects of eight conductivity values from 1 to 17 mS.cm-1 and two temperatures (15 and 25 °C) to compare its abundance with those obtained in the pampean lotic and lentic environments, where this rotifer is frequent or dominant. The results demonstrated that the increase in population-growth rate and the peak of abundance occurred at the highest temperature and at medium conductivity. Minimum values were obtained at the lowest temperature and conductivities analyzed, but the final density attained was nevertheless similar to those recorded in the pampean environments at the optimum conductivity and during the spring and summer seasons. Males, mictic females, and resting eggs were observed at the minimum and maximum conductivities, revealing the strategy of this species for maintaining dominance in environments with fluctuating salinity. The experiments also indicated the possible behavior of this relevant member of the zooplankton community within a scenario of increasing temperature and salinity related to the climate changes occurring in the pampean region