Reconocimiento a trabajos de grado de la Facultad de Ingeniería U. Javeriana

Facultad de Ingeniería

RECONOCIMIENTOS A LA EXCELENCIA ACADÉMICA MEJORES TRABAJOS DE GRADO

2021 1

Reconocimientos a la excelencia académica mejores trabajos de grado.

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INDICE PROGRAMAS DE PREGRADO

Proyectos de Grado Carrera de Ingeniería Civil Ingeniería de Detalle para el edificio O2 Entreparques – Ibagué

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Ingeniería de Detalle para el edificio O2 Entreparques – Ibagué

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Ingeniería de Detalle para el edificio O2 Entreparques – Ibagué

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Ingeniería de detalle para el edificio de la Calle 125 de la Pontificia Universidad Javeriana

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Ingeniería de detalle para el edificio de la Calle 125 de la Pontificia Universidad Javeriana

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Ingeniería de detalle para el edificio de la Calle 125 de la Pontificia Universidad Javeriana

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Proyectos de Grado Carrera de Ingeniería Sistemas 2640DATAWAREHOUSE: Arquitectura de software enfocada en microservicios, orientada a un almacén de datos que permita la integración y análisis de datos del estudio test 2640 metros de altura.

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Modelo de seguridad para el control de historias clínicas basado en la arquitectura Blockchain

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Separación de fuentes para pedagogía musical

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Sistema de votación basado en blockchain: Pocket Ballot Chain

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Simulador para estudiar la formación y evolución de biopelículas bacterianas en función de la textura de la superficie sobre la que se forman

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Teatro dramático educacional con robots humanoides enfocado en las emociones y el realismo

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Proyectos de Grado Carrera de Electrónica Optimización de trayectorias para un UAV en agricultura de precisión

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Síntesis de una escena mediante ray tracing en FPGA

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Cargador inalámbrico para dispositivos móviles alimentados por baterías AAA

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Diseño de prototipo para procesador de drone en arquitectura RISC-V

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Elaboración y caracterización óptica de un prototipo de celda solar orgánica

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Usage of 3D scanning methods in plant characterization

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Sistema de alimentación para DBD a partir de un convertidor y un panel solar

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Proyectos de Grado Carrera de Ingeniería Industrial Diseño de una metodología para determinar las especificaciones de un sistema humano ciber-físico. Caso de estudio: cadenas de suministro.

Modelo de localización de centros de acopio para la gestión del riesgo hidrometeorológico asociado a movimientos en masa en Antioquia

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Simheurística para el problema de VRP con demandas y tiempos estocásticos

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Algoritmo generador de itinerarios turísticos personalizados aplicado a destinos turísticos poco frecuentados.

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Solution approach for hospital bed assignment problem considering Length of Stay prediction

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An integrated approach to solve the nurse scheduling problem considering absenteeism and nurses preferences.

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Influencia de un asistente virtual: aprendizaje y deserción de las formaciones empresariales

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Job shop estocástico con minimización del valor esperado del maximum lateness

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PROGRAMAS DE MAESTRÍA

Proyectos de Grado Maestría en Bioingeniería Entrenamiento en habilidades cognitivas de conciencia situacional para residentes en anestesiología

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Evaluación del crecimiento del streptococcus mutans y lactobacillus acidophylus mediante bioimpedancia utilizando microelectrodos interdigitados

80

Proyectos de Grado Maestría en Ingeniería de Sistemas y Computación GAUS - Guía metodológica para el diseño de aplicaciones accesibles y usables, orientadas a adultos mayores

84

Detección de emociones de personas y sus actividades para el apoyo en la evaluación de factores de riesgo psicosocial

86

Proyectos de Grado Doctorado en Ingeniería Assist-as-needed exoskeleton for post-stroke hand rehabilitation

90

Effect of cyclists posture on performance and interaction with the bicycle

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Otros Trabajos de Grado Reconocidos Listado de Proyectos

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Ing. Lope Hugo Barrero Solano, ScD. Decano de Facultad

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A NUESTROS ESTUDIANTES EXCELENTES El reconocimiento a la excelencia en la Facultad de Ingeniería de la Pontificia Universidad Javeriana tiene un significado especial. Nos referimos por supuesto a estudiantes que han superado con creces los niveles de desempeño deseables en temas complejos de fundamentación y aplicación de la ingeniería. Sin embargo, es mucho más, se refiere al MAGIS ignaciano, que indica alcanzar el mayor bien posible, significa la conciencia que un estudiante va construyendo a lo largo de su formación sobre la responsabilidad que conlleva para los otros, el privilegio del conocimiento. Se refiere al compromiso que un ingeniero o ingeniera javeriana adquiere, de aplicar con sentido ético su profesión.

Celebro hoy la vida de nuestros egresados quienes a través de su esfuerzo y dedicación académica se han hecho acreedores al reconocimiento de Mención de Honor por su Trabajo de Grado. Nos sentimos orgullosos del trabajo que han realizado, y les invitamos, no solo a continuar este fantástico trabajo académico, sino a renovar su pasión por la ingeniería y su deseo por hacer de esta, un instrumento de cambio para nuestra sociedad.

Felicito a nuestros estudiantes reconocidos hoy por este importante logro, y también a sus amigos, compañeros, profesores y familias, en reconocimiento al trabajo en equipo que se requiere para la formación humana, para la formación en ingeniería.

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Programas PREGRADOS

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Proyectos de Grado

CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL

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Ingeniería de Detalle para el edificio O2 Entreparques – Ibagué

Autores

Andrés Felipe Robayo Molano Carlos Enrique Narvaes Tomas Salvador Casas Bernal Laura Melissa Ordoñez Forero Paula Rodríguez Muñoz Manuela Restrepo Palacio

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Directores

Daniel Mauricio Ruiz Valencia Sofía Andrade Pardo Nathaly Triviño León Verónica Duque Pardo Javier Alonso Sierra Galeano Juan Carlos Herrera Martinez Felipe Stand Villareal Maria Alejandra Silva Ortega

ConAc Ingenieros es una empresa que tiene como visión garantizar los tiempos de respuesta y autonomía en las decisiones en aras de garantizar la plena satisfacción de quienes conviven día a día en nuestros proyectos. Como empresa garantizamos diseños eficaces en donde la interdisciplinariedad entre las diferentes áreas se realiza en todas las etapas de diseño, siempre de la mano con el diseño arquitectónico, con el fin de obtener un diseño sísmicamente óptimo.

El proyecto O2 Entreparques surge de la necesidad de crear un edificio de viviendas multifamiliares que cumpla con todos los estándares de sostenibilidad y contribuya al desarrollo de las construcciones sostenibles en la ciudad de Ibagué, las cuáles tiene en cuenta el contexto del proyecto, la movilidad y los materiales, en pro de sus habitantes y el medio ambiente.

Este, se diseña bajo la metodología BIM, por medio de la cual se coordinan los diseños de las especialidades de estructuras, geotecnia, hidráulica, sostenibilidad y construcción; todos estos acordes al diseño arquitectónico.

La metodología BIM permite asignar roles entre el equipo, en donde las actividades no se convierten en cargas si no en funciones y responsabilidades a un grupo de trabajo. Esto hace que las relaciones entre los diseñadores y los inversores se logre de una mejor forma ya que se garantiza una interoperabilidad en todo momento y un acompañamiento por todas las partes desde el anteproyecto hasta el diseño detallado.

Como resultado, se presentó un proyecto eficiente, económico, seguro y viable. En donde se destaca el ahorro de tiempo de construcción del 36% es decir 186 días debido a la selección de procesos constructivos óptimos, y un ahorro económico de 1.1% es decir $131.064.931 pesos debido a la implementación de sistemas innovadores como los techos verdes, paneles solares y la reutilización de aguas grises y aguas lluvia.

A continuación, un video del proyecto:

https://youtu.be/lxeAz32oFOI

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Ingeniería de Detalle para el edificio O2 Entreparques – Ibagué

Autores

Marian Vanessa Aristizábal Franco Laura Alejandra Buitrago Contreras María Paula Campos Franco Laura Daniela Moreno Carreño Natalia Barrera Ospina Andrea Marcela Melo Arias

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Directores

Daniel Mauricio Ruiz Valencia Sofía Andrade Pardo Nathaly Triviño León Verónica Duque Pardo Javier Alonso Sierra Galeano Juan Carlos Herrera Martinez Felipe Stand Villareal Maria Alejandra Silva Ortega

La ingeniería de detalle del edificio O2 Entreparques es un proyecto de vivienda sostenible enmarcado en la viabilidad técnica, presupuestal y acorde a la normativa vigente, gestionado y coordinado colaborativamente entre los diferentes agentes a partir de la Metodología BIM (Building Information Modeling) y con el objetivo de cumplir con la triple restricción: Alcance-Tiempo-Costo.

El proyecto busca aportar 123 unidades de vivienda en La Pola, Ibagué en un lote de 1121.01m2 donde se construirán 14088m² distribuidos en un total de 15 pisos, 2 locales comerciales, 4 pisos de parqueaderos, terraza con jardines y piscina, 2 escaleras de emergencia y un ascensor. Siendo así, el proyecto diseñado por EcoIngenium, además de destacarse por sus elevados estándares en las diferentes disciplinas de la ingeniería civil, sobresale por lo siguiente:

El O2 Entreparques cuenta con una cubierta verde extensiva de 314m² lo cual permite reducir el efecto Isla Calor Urbano, mejora el desempeño térmico del edificio, conecta a las personas con el medio ambiente y ayuda a mejorar la calidad del aire. Adicionalmente, como otro sistema urbano de drenaje sostenible, se plantea la recolección y reutilización de aguas lluvia, contribuyendo así con la restauración del ciclo natural del agua. Se tienen además redes de reutilización de aguas grises. Estas redes de aguas recicladas, al pasar por un tratamiento, pueden ser utilizadas para el lavado de zonas duras, descarga de inodoros y el riego. Éstas representan una reducción en la demanda del edificio sobre el acueducto y alcantarillado de la ciudad, lo que se refleja en costos. Adicionalmente, para promover la movilidad sostenible, se proveen bici parqueaderos, planes de carro compartido y, para quienes poseen vehículos híbridos o eléctricos, existen parqueaderos preferenciales en donde tendrán acceso a agua para el lavado de estos, libre de costo y que proviene de las redes de reutilización.

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Ingeniería de Detalle para el edificio O2 Entreparques – Ibagué

Autores

Juan Felipe Quiroga Mendez Sergio Daniel Galindo Arenas Cindy Juliana Galeano Arias Juan Nicolás Sánchez Garcés Sandra Lorena Escobar Pérez Fabio Alejandro Cárdenas Osorio

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Directores

Daniel Mauricio Ruiz Valencia Sofía Andrade Pardo Nathaly Triviño León Iván Alexander Buitrago León Brayan Gerardo Arévalo Mendoza Jenny Magaly Pira Ruiz Ana María Uscátegui Cruz Natalia Elizabeth Lozano Ramírez

El proyecto O2 Entreparques, consistió en la elaboración de diseños de ingeniería conceptual y de detalle para una edificación residencial de quince pisos en el corazón de la ciudad de Ibagué. Estos diseños fueron realizados por un equipo interdisciplinario dividido en seis diferentes áreas, compuestas por el área de BIM, Estructuras, Geotecnia, Hidrotecnia, Programación de Obra-Presupuesto-Construcción y Sostenibilidad-Ambiental.

El éxito del proyecto se enmarcó en la implementación de la metodología BIM como una herramienta para la mejora de procesos interdisciplinarios del grupo de diseñadores permitiendo de esta forma optimizar el trabajo, mejorar la comunicación y promoviendo la colaboración entre las diferentes áreas.

El principal impacto del proyecto y su valor diferencial frente a otros proyectos residenciales, fue la implementación de propuestas amigables con el medio ambiente, bajo estánda-

res internacionales para su diseño, dando como resultado el producto final el cual está compuesto por dos cubiertas verdes transitables, sistema de colección y tratamiento de aguas grises, bici parqueaderos, parqueaderos dotados de cargadores para vehículos eléctricos y utilización de energía fotovoltaica mediante paneles solares.

Dentro del diseño de detalle del proyecto se destaca la elaboración de modelos 3D que permiten visualizar los diferentes procesos constructivos, se destaca además que, gracias a la implementación de esta alternativa, se pudo identificar con prontitud la presencia de interferías entre los diseños de las diferentes áreas, dando de esta forma la posibilidad de actuar a tiempo sin recaer en reprocesos, lo que fue de gran utilidad para todo el equipo de trabajo.

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Ingeniería de detalle para el edificio de la Calle 125 de la Pontificia Universidad Javeriana

Autores

Paula Estefania Bejarano Esteban Carolina Forero Vargas Juan David Yate García Valeria Botero Jiménez Natalia Sánchez Cuéllar Sara Lucia Chilito Benavides

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Directores

Daniel Mauricio Ruiz Valencia Sofía Andrade Pardo Neidy Mildred Daza Lesmes Andrés Mauricio Rodríguez Torres David Alejandro Aponte Rojas Juan Sebastian Martínez Ortiz Manuela Restrepo Palacio

INGEOTECHINQUE El Edificio Javeriana calle 125 es un proyecto real que en la actualidad se encuentra en construcción, el cual surgió con el objetivo de complementar la infraestructura de la universidad salvaguardando aulas destinadas a estudios de postgrado, complementada con usos comerciales y administrativos. El proyecto integrador permitió concebir el edificio Javeriana calle 125 como un todo, entendiendo todos los actores que intervienen en la ejecución de una edificación. Así, se plantearon los diseños geotécnicos, estructurales, hidrotécnicos, ambientales, como también, la presupuestación y la programación de obra integradas entre si mediante la metodología BIM (Building Information Modeling), teniendo como objetivo principal el lograr un edificio ambientalmente sostenible. Logrando entonces, un impacto ambiental positivo a partir de la identificación de factores y diseños, que logren mitigar los posibles impactos ambientales negativos, generados por la edificación.

De esta forma, se establecieron diseños y estrategias, desde las diferentes áreas que logran que el Edificio Javeriana calle 125 sea un postulante a diversas acreditaciones en la industria de la construcción sostenible.

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Ingeniería de detalle para el edificio de la Calle 125 de la Pontificia Universidad Javeriana

Autores

Carlos Ivan Montaño Nova Yudy Stefany Díaz Martínez Melissa Andrea Pallares Cervantes Óscar Leonardo Martínez Muñoz Anggie Paola Sequeda Otero Nicolás Pelaez Trejos

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Directores

Daniel Mauricio Ruiz Valencia Sofía Andrade Pardo Paula Andrea Villegas González Felipe Stand Villareal Juan Carlos Patiño Bautista David Leonardo González Juan Sebastian Gaitán Cardona

FENIX INGENIERÍA+CONSTRUCCIÓN El proyecto Edificio Calle 125 Javeriana corresponde a una edificación de uso institucional y administrativo, constituida por diez (10) pisos y tres (3) sótanos para la cual se desarrolló la ingeniería básica y de detalle, otorgando un papel determinante al aspecto socioambiental, así como a la viabilidad técnica y económica.

Esta fue la oportunidad de aplicar los conocimientos recopilados a lo largo del pregrado, tomando como eje central el trabajo colaborativo abordando el diseño desde las distintas áreas de la Ingeniería Civil, haciendo uso de la metodología BIM con la cual se logra centralizar toda la información sobre los diseños realizados por cada especialista incluyendo además variables de tiempo y costo; siendo una herramienta que facilita la interacción entre los diferentes frentes de trabajo y cultiva a su vez una cultura colaborativa.

Como próximos ingenieros civiles, el desarrollo de este proyecto de grado fue de gran crecimiento personal y académico, además representó una aproximación a la estructuración y desarrollo de un proyecto de esta envergadura en la vida profesional, pues fue una manera de conocer los nuevos retos y oportunidades de mejora a las que un ingeniero civil se puede enfrentar día a día en el campo laboral.

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Ingeniería de detalle para el edificio de la Calle 125 de la Pontificia Universidad Javeriana

Autores

Camila Daza Buitrago Sebastian Montes Vargas Juan Esteban Casas Cortés Angie Natalia Velasco Hernández Juan Pablo Hoyos Beltrán Gala Sofía Vidal Méndez

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Directores

Daniel Mauricio Ruiz Valencia Sofía Andrade Pardo Luis Alberto Jaramillo Gomez Óscar Mauricio Baquero Hernández Andrés Camilo Villarreal Hernández Jenny Magaly Pira Ruiz Maria Alejandra Silva Ortega

Ubicado en un sector del norte de la capital colombiana, el proyecto “Edificio Calle 125 – Javeriana”, surge como parte del plan maestro de desarrollo de la Pontificia Universidad Javeriana, que busca dar respuesta a la necesidad que presenta la institución de expandir sus fronteras, así como de ampliar la gama de servicios que ésta presenta en la actualidad. El proyecto se compone de 10 pisos y 3 sótanos de parqueaderos, que suman alrededor de 19.000 m2 de construcción, en los que se distribuyen locales comerciales, instalaciones para programas de educación continua y posgrados, oficinas y una cubierta transitable.

IMHOTEP S.A.S. empresa encargada del diseño de ingeniería de detalle, cuenta con un equipo multidisciplinario que se desarrolla en las áreas de diseño estructural, geotecnia, gestión de proyectos, construcción, sostenibilidad y socioambiental. El proyecto se lleva a cabo bajo la implementación de la metodología BIM, que permite la integración de datos y entornos de trabajo colaborativo produciendo información y documentación en tiempo real.

El proyecto se orienta hacia la obtención de la certificación internacional LEED, buscando el reconocimiento al desarrollar el diseño del edificio de acuerdo a los más altos estándares en sostenibilidad según la normativa vigente. Para esto, se propone principalmente el diseño de una cubierta verde que permita la recolección de las aguas lluvias a través del sistema de drenaje, para su posterior tratamiento y reutilización.

Se logra un proyecto eficiente a partir del diseño de un sistema estructural combinado que cumple con los requerimientos técnicos de sismorresistencia establecidos en la NSR-10. Además, debido a la presencia de suelos blandos de la sabana de Bogotá, la cimentación diseñada se compone de pilotes y barretes proporcionando estabilidad a la estructura. Como resultado, se obtiene una propuesta técnica y económicamente viable, en la que se consigue una reducción en tiempo y costos.

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Proyectos de Grado

CARRERA DE INGENIERÍA DE SISTEMAS

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2640DATAWAREHOUSE:

Arquitectura de software enfocada en microservicios, orientada a un almacén de datos que permita la integración y análisis de datos del estudio test 2640 metros de altura.

Autores

Juan Pablo Linares Ramírez Jairo Alberto Combita Reyes Luis Fernando Rodríguez Alvarado

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Directores

Julio Ernesto Carreño Vargas

El reto del presente trabajo de grado consistía en poder consolidar la información del test 2640 metros de altura, el cual fue realizado por la Pontificia Universidad Javeriana para efectos de análisis e investigación. La información se encontraba alojada en tres softwares diferentes (RedCap, CardioSoft y SentrySuite) y era difícil efectuar los análisis debido a las desventajas encontradas en la herramienta utilizada para este fin. Se procede al levantamiento de los diferentes requerimientos y se plantea una arquitectura (Software – Datos), en la cual mediante una herramienta ETL (Extracción, Transformación y Carga) se unifican los datos en un Data mart para facilitar los respectivos análisis a efectuar. Además, se hace uso de herramientas tales como Tableau, la cual proporciona una serie de ventajas para el análisis de los datos y permite generar soporte para llevar a cabo la toma de decisiones. Este proyecto de grado tiene un alto grado de impacto, ya que el test 2640 metros de altura, es un estudio único en el país y contiene información útil para llevar a cabo análisis referente a resultados físicos obtenidos en población que reside en altitudes diferentes; también, siendo uno de los objetivos principales de la Pontificia Universidad Javeriana “El acceso de forma pública a la información allí consolidada” este objetivo es alcanzable, gracias al respectivo planteamiento y validación de la arquitectura del presente trabajo de grado; asimismo, la mayoría de las herramientas propuestas son gratuitas, generan un alivio económico a la Universidad y permite que otros grupos puedan retomar este trabajo de grado para darle continuidad en cuanto a su implementación.

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Modelo de seguridad para el control de historias clínicas basado en la arquitectura Blockchain

Autores

Omar Steck Espinel Santamaria Pedro Santiago Lizarazo Rincón Laura Milena Donado Yance Jhonny Alexander Parra Barrera

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Directores

Rafael Vicente Páez Méndez

La historia clínica es un documento privado, obligatorio y reservado que solo pueden conocer terceros con la autorización previa del paciente, por lo que el diseño de sistemas para la gestión y administración de registros médicos debe ocuparse de los aspectos relacionados con la seguridad y la privacidad de la información. Este trabajo muestra cómo Blockchain puede aplicarse para proveer seguridad en un entorno interoperable de historias clínicas electrónicas. El prototipo desarrollado permite consultar y agregar información al historial médico de un paciente a través de la arquitectura Blockchain utilizando roles con diferentes niveles de acceso.

A mediano plazo, el proyecto logra ampliar las posibilidades de implementar Blockchain en el sector de la salud, puesto que aún hay muchas mejoras que se pueden desarrollar. Seguramente llegue un punto en el que las bases de datos tengan demasiada información clínica expirada que no aporte nada y sea necesario destruirla, con Blockchain esto puede ser un reto; sin embargo, cada día son más las investigaciones y las soluciones que aportan a esta tecnología.

A largo plazo el proyecto ofrece la ventaja de ser un modelo de seguridad, esto quiere decir, que podría ser implementado en otros entornos de manera similar, por ejemplo, en el sector de El proyecto a corto plazo aporta a la búsqueda de una historia la banca en el que distintas entidades financieras intercambian clínica interoperable en el país entregando un modelo de segu- información sobre sus clientes o en cadenas de suministros en ridad funcional basado en Blockchain. En general, el proyecto las que participan distintos actores. está pensado para encajar en la situación actual de los sistemas de información que administran historias clínicas, no obstante, implementar un modelo de seguridad como el expuesto, aún requiere de hacer cambios significativos sobre todo en materia de interoperabilidad entre entidades.

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Separación de fuentes para pedagogía musical

Autores

Felipe Andrés Gutierrez Naranjo Juan Felipe Castañeda Chaparro Randy Darrell Lancheros Molano Juan Sebastian Triana Pérez

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Directores

Andrea del Pilar Rueda Olarte

La herramienta Harmonics espera apoyar a la pedagogía musical al ofrecer un producto concreto, con el cual los interesados en aprender a tocar un instrumento puedan guiarse, durante sus sesiones de práctica. Al entrenar un conjunto de modelos para la identificación y el aislamiento de las pistas singulares que componen a una canción, por medio del uso de TensorFlow y herramientas que permitan realizar la separación de fuentes auditivas, la aplicación Harmonics aspira a producir partituras genuinas, a través de un algoritmo de transcripción musical (para pianos, bajos, percusión y voz, específicamente), que los principiantes puedan visualizar, editar y descargar a su gusto, buscando que aquellos interesados en aprender cómo tocar estos instrumentos puedan estudiar a su propio ritmo. Se consideraron tres métodos de separación de fuentes a aplicar, los cuales se juzgaron bajo la restricción de recibir una única canción como archivo de entrada, que ésta fuera moderadamente compleja (compuesta por un conjunto de instrumentos entre tres y seis) y que la cantidad de muestras aptas para realizar el entrenamiento serían sumamente escasas. El impacto, en su nivel más simple, se ve en la generación de partituras con un 76% (promedio) de similitud frente a las partituras originales, pero uno de los mayores componentes se ve dentro de la página web desarrollada, donde los usuarios son capaces de cargar múltiples canciones, junto a sus versiones editadas, preparando así el espacio para la creación de un gran repositorio de música. Adicionalmente, como trabajo futuro, se podría expandir la cantidad de instrumentos con los que Harmonics puede trabajar, para incluir instrumentos nacionales como la quena o el charango, y así promover la cultura colombiana.

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Sistema de votación basado en blockchain: Pocket Ballot Chain

Autores

Diego Gerardo Barajas Suarez Brandonn Andrés Cruz Lopez Santiago Alejandro Chaparro Palacios Briam Daniel Agudelo Mogollon

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Directores

Rafael Vicente Páez Méndez

Pocket Ballot Chain es un sistema de votación electrónico dirigido a empresas, instituciones educativas, asambleas, conjuntos residenciales y en general comunidades que quieran hacer uso del voto electrónico. Este ofrece las ventajas que trae la tecnología blockchain como la confianza, seguridad, bajo costo y la descentralización.

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Simulador para estudiar la formación y evolución de biopelículas bacterianas en función de la textura de la superficie sobre la que se forman

Autores

Adrián Esteban García Ardila Miguel Ángel Beltrán Rodríguez Nicolás Miranda Moreno Juan David Orozco Llerena

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Directores

Edgar Emir González Jiménez

Las bacterias residen en todos los hábitats de la Tierra. Hasta un 80% de estas no viven como células aisladas, sino que se organizan en comunidades denominadas biopelículas bacterianas.

Estas pueden ser consideradas estratégicas para afrontar problemáticas ambientales y energéticas, dado su potencial biotecnológico, por ejemplo, en generación de energía limpia. Sin embargo, existe una contraparte a la utilidad de estas biopelículas, ya que pueden comprometer seriamente la salud, contaminar instrumental médico y degradar equipos.

Por consiguiente, la investigación en biopelículas bacterianas se posiciona como un área de gran impacto y utilidad, siempre y cuando se posibilite el control en su formación y evolución, lo que permite su inhibición o promoción. Una aproximación muy usada para obtener dicho control es mediante la manipulación de la textura de la superficie de soporte.

En este sentido, se creó BacFilmSIM, un simulador open-source que permite estudiar la formación y evolución de biopelículas bacterianas en función de la textura de la superficie de soporte, dado que previamente no se contaba con un simulador con esta funcionalidad. BacFilmSIM usa un modelo basado en agentes que permite evaluar cómo una topografía superficial afecta el crecimiento de biopelículas, cualitativa y cuantitativamente. A diferencia de otros simuladores relacionados, BacFilmSIM ofrece: interfaz gráfica, simulación 3D en tiempo real, documentación técnica y de usuario.

A corto y mediano plazo, BacFilmSIM apoyará las tareas de investigación relacionadas con control de biopelículas y paralelamente será mejorado y ampliado, tanto por el grupo Gnano de la Facultad como por la comunidad científica interesada en esta área. A largo plazo, los resultados obtenidos del simulador podrían conducir a la implementación de nuevos materiales con diferentes texturas de acuerdo con exigencias definidas por la comunidad científica. El impacto del simulador no solamente sería a nivel científico y tecnológico, sino además social, ambiental, energético y económico.

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Teatro dramático educacional con robots humanoides enfocado en las emociones y el realismo

Autores

Karen Juliana Celis Buitrago Nicolás Andrés Cervantes Pineda Pedro Martin Escobar Gómez

Reconocimientos a la excelencia académica mejores trabajos de grado.

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Directores

Flor Ángela Bravo Sánchez

Durante los últimos años se ha experimentado y realizado proyectos en torno al teatro robótico, el cual también incurre en la educación como un medio de apoyo al aprendizaje. Un gran reto del teatro robótico es el desarrollo de robots actores expresivos y creíbles para que puedan transmitir adecuadamente a la audiencia el mensaje deseado.

Ante este reto, se desarrolló el sistema llamado COBOT, cuyo objetivo se centra en mejorar la expresión de acciones de los robots actores en las obras de teatro. Para esto se implementó el sistema que, partiendo del estado emocional del robot, el entorno y las capacidades físicas de este, modula las acciones emocionalmente para luego ser interpretadas. La solución fue validada con usuarios entre los 7 y los 11 años, evaluando la percepción de las emociones según los movimientos del robot y la ejecución de una obra de teatro teleoperada por los niños.

El proyecto agregó detalles a modo de valor agregado como el diseño e implementación de un aplicativo móvil que mejora la interacción del usuario con el sistema haciéndolo más interactivo y comprensible. Adicionalmente, se desarrolló el envío de instrucciones a diferentes tipos de robot con el objetivo de ampliar el tipo y número de robots que pueden actuar en obras de teatro.

Este proyecto brinda un aporte significativo a la investigación y uso de los robots en el ámbito educativo, debido a que permite modular las expresiones emocionales de los robots según la morfología de cada uno. Además, existen proyectos realizados en la Pontificia Universidad Javeriana que pueden ser unificados con COBOT, para la automatización de la creación de guiones de obras de teatro o el perfil del robot actor.

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Proyectos de Grado

CARRERA DE ELECTRÓNICA

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Optimización de trayectorias para un UAV en agricultura de precisión

Autores

Cristhian Santiago Muñoz Orduz Juan Sebastian Corredor Duarte

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Directores

Julian David Colorado Diego Alejandro Patiño

El macroproyecto OMICAS (Optimización Multiescala In-Silico de Cultivos Agrícolas Sostenibles), tiene como objetivo mejorar la seguridad alimentaria y la sostenibilidad ambiental de los sistemas productivos agrícolas, a partir de la fenotipificación de cultivos obtenida desde la toma y cuantificación de datos.

La adquisición de datos para la fenotipificación de los cultivos requiere de varios tipos de sensores los cuales registrarán diferentes variables y características. La base para la toma de datos es un UAV que sobrevolará el terreno para capturar imágenes multiespectrales y térmicas de alta resolución. La desventaja más frecuente en las diferentes referencias y marcas de aeronaves no tripuladas es la autonomía de vuelo, la cual depende principalmente de la capacidad de carga del UAV, la velocidad de vuelo, y su impacto de consumo de la batería.

Este trabajo de grado presenta la integración y desarrollo de una arquitectura para la navegación óptima de un UAV cuadricóptero en labores de monitoreo de agricultura de precisión. Esta arquitectura está compuesta por modelos matemáticos que describen los efectos no lineales de la dinámica y aerodinámica de vuelo del UAV, así como modelos para calcular el consumo energético de la batería y del UAV mismo.

A partir de estos modelos, se propone un algoritmo de optimización para definir una trayectoria de vuelo que minimiza el consumo energético del UAV. El algoritmo de optimización se desarrolla en dos fases, en la primera fase se resuelve un problema de control óptimo por medio del método de optimización dinámica, en la segunda fase se realiza la optimización de ruta a través de un algoritmo Hamiltoniano. Finalmente, se validan los resultados por medio de del Toolbox de robotica de Matlab y del entorno de simulación V-REP.

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Síntesis de una escena mediante ray tracing en FPGA

Autores

Rafael Andrés Herrera Guaitero Daniel Andrés Sáenz Rodelo Juan Manuel Gómez Cruz

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Directores

Juan Carlos Giraldo Carvajal

El algoritmo de trazados de rayos o ray tracing es una de las técnicas de síntesis de imagen con mayor nivel de detalle y realismo (ver Figura 1). Sin embargo, debido a su alto costo computacional y altas latencias no es muy popular en trabajos de producción masiva y constantemente se ha visto relegado a producciones offline. Teniendo en cuenta lo anterior, el presente trabajo de grado se centró en diseñar e implementar un prototipo funcional que sintetice una escena mediante FPGA, y un sistema de referencia basado en software, que permita analizar e identificar los cuellos de botella presentados en este algoritmo.

Basados en los resultados, se encontró que los cuellos de botella del algoritmo son el producto punto y el test de intersección, siendo el primero la función más llamada dentro de la ejecución del algoritmo y el segundo, la función donde el programa mantiene la mayor parte de su tiempo. Además, al comparar los tiempos de rendering de ambos sistemas se logró determinar que en todas las escenas de prueba el tiempo fue menor en la FPGA, logrando ganancias de hasta 18 veces frente al sistema de referencia.

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Cargador inalámbrico para dispositivos móviles alimentados por baterías AAA

Directores

Autores

Arturo Fajardo

Ariel Andrés Jiménez Garcia Natalia Morales Varón

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La necesidad de mejorar la experiencia de usuario con respecto a la carga de sus dispositivos electrónicos con diferentes aplicaciones de uso común, ha motivado a desarrollar sistemas de transferencia inalámbrica de potencia fundamentalmente para eliminar la conexión de cables al dispositivo para cargar su batería, en entornos donde conectar cables o reemplazar baterías es costoso, inviable o peligroso. Así mismo, disminuir la cantidad y el tamaño de los cargadores, mientras se aumenta la durabilidad de los dispositivos en aplicaciones donde se hace necesario que el dispositivo permanezca estéril o herméticamente sellado. A partir de lo anterior, se propuso una metodología de diseño del sistema de carga inalámbrica para dispositivos electrónicos móviles alimentados por baterías, usando un método funcional para cualquier química, especialmente para la tecnología de Ion-Litio.

El sistema general integra modelos circuitales de baterías que simulan las características dinámicas de las mismas, y se presenta el modelado promedio de un circuito integrado que actúa como el controlador de carga. Se analiza un rectificador clase D y se propone un modelo de impedancia equivalente. Para el link inductivo, se realiza un proceso novedoso de modelado de las bobinas transmisora-receptora, junto con los parámetros de la interacción entre las inductancias que permiten optimizar la eficiencia en aplicaciones de transferencia inalámbrica de potencia. Por último, se propone una metodología que involucra la resolución de ecuaciones analíticas para el diseño del transmisor de potencia (amplificador clase E), y un proceso iterativo de sintonización paramétrica.

A través de software de simulación electrónica y de solución de ecuaciones matemáticas (e.g., Orcad Pspice Designer, MAPLE y MATLAB), se obtuvo el modelo de un cargador inalámbrico de bajo costo (en comparación con los del mercado), de alta eficiencia y compatible con diferentes tecnologías de baterías.

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Diseño de prototipo para procesador de drone en arquitectura RISC-V

Autores

Iván Ricardo Díaz Gamarra Omar Steck Espinel Santamaria Magda Daniela Latorre Ortiz

Reconocimientos a la excelencia académica mejores trabajos de grado.

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Directores

Francisco Fernando Viveros Luisa Fernanda García José L. Uribe

En el presente proyecto se planteó, diseñó, desarrolló, y comprobó el funcionamiento de un procesador en la arquitectura libre RISC-V enfocado en la aplicación para el cálculo del algoritmo PID usado en drones. Este trabajo reporta un beneficio significativo para el sector de los drones al proveer de una arquitectura diseñada específicamente para el controlador del dron, presentando una alternativa open hardware a los procesadores usados actualmente. Estos resultados, no solamente se presentan como un avance en investigación sino como una aplicación, que puede ser usada posteriormente para el desarrollo comercial. Asimismo, este proyecto representa un avance en el sector educativo como referencia debido a su fase de diseño donde se realizó un levantamiento de requerimientos, diagramación en bloques del procesador, descripción de señales y la respectiva implementación usando la metodología Top-Down, todos estos elementos importantes en el diseño de hardware. Finalmente resaltando el proceso de pruebas funcionales del procesador, que incluyo el diseño de protocolos que avalaran la funcionalidad de varios módulos al mismo tiempo, con la finalidad de explorar las diversas partes del procesador y sus interacciones ante diferentes entradas, ya fuese de parte del usuario o del mismo sistema, para así garantizar la fiabilidad y calidad de este mediante las pruebas.

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Elaboración y caracterización óptica de un prototipo de celda solar orgánica

Autores

Fabián Carlos Díaz Granados Bolaño

Reconocimientos a la excelencia académica mejores trabajos de grado.

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Directores

Fredy Rojas Henry Méndez Germán Yamure

Las celdas solares orgánicas son dispositivos que transforman la energía de sol en energía eléctrica de una manera particular, a partir de semiconductores orgánicos. Los materiales orgánicos, a diferencia de la tecnología tradicional de silicio cristalino, representan en muchos casos un menor impacto ambiental y una producción mucho más económica. Además, abren la posibilidad a un nuevo mundo de dispositivos electrónicos, pues se destacan por su transparencia y flexibilidad, lo que permitiría aplicaciones directas de conversión de energía en el mundo del textil o arquitectónico.

En este trabajo de grado, capas delgadas de P3HT:PCBM y PEDOT:PSS depositadas por técnica de Spin Coating, fueron caracterizadas ópticamente mediante medidas de transmitancia y absorbancia. Los resultados ópticos fueron comparados con la característica I-V de cada una de las capas delgadas por separado, así como también de un prototipo de Celda Solar Orgánica —basadas en P3HT:PCBM depositada sobre un substrato de ITO. Los resultados obtenidos para la celda solar orgánica mostraron una densidad de corriente en oscuridad 1.28 mA/cm2, un factor de forma de 0.65 y una eficiencia de conversión en el rango de 1.01%

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Usage of 3D scanning methods in plant characterization

Directores

Autores

Juan Carlos Giraldo Carvajal

David Francisco Calles Milla

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Día a día se buscan mejores formas de evaluar y mejorar los procesos de cultivo para poder suplir la demanda alimenticia mundial. Uno de los aspectos que más información aporta en este rubro son las características observables de las plantas como tamaño, porcentaje de biomasa, color, entre otras. La evaluación de estas características comúnmente se hace en campo por profesionales en el tema, sin embargo, el registro de ellas está muy frecuentemente limitado a fotografías y apunte de valores numéricos, perdiendo grandes cantidades de información en el proceso.

Este trabajo sienta las bases para comprender las limitaciones y fortalezas de cada uno de los métodos en la caracterización de flora.

Adicionalmente, el método de triangulación laser y fotogrametría es una solución diseñada desde cero tomando en cuenta: calibración de los dispositivos, modelos para impresión 3D de las piezas del montaje mecánico, comunicación inalámbrica hacia y desde el escáner, procesamiento y visualización de los modelos 3D y medición de características en espacio 3D, así como la documentación de todo el proceso.

En este trabajo de grado, se evaluó una perspectiva que brinda más información, el escaneo 3D en la caracterización de plantas a partir de 3 diferentes métodos de escaneo. El primero, diseñado desde cero usando triangulación láser y fotogrametría; el segundo, un Kinect V2 (sensor de tiempo de vuelo) por su bajo costo; y el último, por su “calidad industrial” usando una cámara plenóptica.

Los resultados finales de este trabajo proveen: una comparativa cualitativa y cuantitativa entre los 3 métodos en términos de costo, tiempo y precisión; modelos 3D o “nubes de puntos” de plantas particulares tomadas con cada método; y mediciones de características físicas básicas de las plantas a partir de sus representaciones en 3D. Algunos ejemplos visuales de los resultados obtenidos se muestran a continuación:

https://www.youtube.com/watch?v=SnZ3YfxDEv4

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Sistema de alimentación para DBD a partir de un convertidor y un panel solar

Autores

Julián Andrés Villarreal Sierra

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Directores Rafael Diez

La falta de potabilización de agua en Colombia es un problema serio, ya que los consumidores pueden infectarse con un gran número de enfermedades entre las que se destaca la EDA (Enfermedad Diarreica Aguda), que según se estima, alcanza una tasa de mortalidad en menores de 5 años del 32.1 % [1]. Para combatir este problema, normalmente se usan procesos de desinfección por métodos químicos, los cuales producen residuos que son nocivos para el ser humano. Es por esta razón que nace el proyecto para potabilizar agua por medio de una lámpara excimer que genera radiación UV, sin producir residuos que perjudiquen a las personas.

El trabajo de grado realizado se centra en el diseño completo de una fuente de alimentación de 200W con MPPT (MaximumPower Point Tracking), basada en un convertidor DC-DC Quadratic Boost que se conecta directamente a un panel solar. De esta forma y sin usar baterías se logran elevar los 32 VDC de salida del panel a 200VDC, necesarios para alimentar al inversor resonante de forma continua [2], encargado de producir el alto voltaje para encender la lampara y poder potabilizar agua.

Se realizó un análisis teórico teniendo en cuenta características no ideales, seguido de simulaciones spices detalladas, hasta llegar a la selección de componentes, diseño de PCB y finalmente pruebas y evaluación, en las que se obtuvieran resultados satisfactorios.

Este trabajo de grado se realiza en el marco del proyecto de investigación Minciencias “Prototipo para el tratamiento de material particulado con descargas de barrera dieléctrica” Código: 1203-715-52515, No. de contrato: 294-2016 .

[1] Ministerio de Protección Social y Vivienda y Desarrollo Territorial Ministerio de Ambiente. «Informe Nacional De Calidad Del Agua Para Consumo Humano - INCA 2016». En: Calidad del agua para el consumo humano. (2018), pág. 536.

[2] David Magín Flórez Rubio. «Power Supplies for the Study and Efficient use of DBD Excimer UV Lamps». En: (2014), pág. 151.

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Proyectos de Grado

CARRERA DE INGENIERÍA DE INDUSTRIAL

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Diseño de una metodología para determinar las especificaciones de un sistema humano ciber-físico. Caso de estudio: cadenas de suministro.

Autores

Maria Alejandra Ángel Vergara Ana Maria Vargas Rojas Diego Felipe Moreno Zabala Sergio David Pérez Lizcano

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Directores

Luis Andrés Saavedra Robinson José Fernando Jiménez Gordillo

Actualmente, la fuerza laboral está siendo afectada por cambios en los sistemas de producción que se presentan en la industria.

Estos cambios llevan a que los empleados sean reemplazados por máquinas y robots. Debido a esto, es necesario considerar cómo los avances tecnológicos están afectando a los trabajadores, que siguen siendo un recurso vital en las empresas manufactureras.

Colombia cuenta con un bajo nivel de tecnificación, es decir, existen numerosas operaciones manuales en las empresas. El estudio se enfocará en esta brecha de conocimiento, para mejorar la integración de los trabajadores en los sistemas ciberfísicos del país, para lograr la deseada integración entre humanos y máquinas. Este proyecto propone la creación de una metodología que tiene como objetivo determinar las especificaciones requeridas en la configuración de un sistema humano ciberfísico. Ser parte de la identificación de las especificaciones que el sistema necesita alcanzar para definir los requerimientos tanto del cliente como del producto y las consideraciones para el bienestar del ser humano en el sistema mencionado.

Con la identificación de estos parámetros, se realiza la caracterización del sistema para determinar diferentes alternativas de los componentes, estructura, comportamiento y dinámica, con base en el modelado de sistemas. En conclusión, la validación de la metodología preliminar creada con expertos y con la implementación del sistema en un caso de estudio en la cadena de suministro. Mediante la configuración de tres estaciones de trabajo según el nivel de automatización deseado, bajo un entorno de simulación controlado.

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Modelo de localización de centros de acopio para la gestión del riesgo hidrometeorológico asociado a movimientos en masa en Antioquia

Autores

Paula Cristina Rivera Daschmann Manuela Ocampo Hernández Alejandra Hernández Rodríguez Maria Daniela Garzón Sanabria

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Directores

John Leonardo Vargas Mesa

Los desastres naturales alrededor del mundo se han incrementado, especialmente en los países con menores ingresos, en las últimas décadas. Colombia ha enfrentado grandes crisis humanitarias debido a la ocurrencia de movimientos en masa de origen hidrometeorológico. El presente trabajo estudia el caso del departamento de Antioquia, Colombia, el cual tiene mayor ocurrencia frente a los fenómenos naturales mencionados anteriormente. El objetivo es mitigar el impacto socio-económico de esta problemática por medio de la asignación previa de centros de acopio que distribuirán ayudas humanitarias a la población afectada.

La metodología utilizada en el proyecto se compone por la interacción entre una metaheurística (Iterated Local Search) y la simulación de un modelo basado en agentes, en donde el resultado de la metaheurística es evaluado sobre el entorno de la simulación con un Sistema de Información. En esta evaluación se tiene en cuenta la aleatoriedad inmersa de este tipo de situaciones, ya que no se sabe en qué momento ni dónde ocurrirá algún desastre natural.

El resultado obtenido por la interacción entre la simulación y la metaheurística fue evaluado durante 10 y 30 años. La mejor solución consiste en la ubicación de 5 centros de acopio en Bello, Apartadó, Envigado, Itagüí y Andes. De esta manera, se obtuvo a corto plazo una atención del 72% de personas afectadas y a largo plazo una atención del 70%. De acuerdo con lo anterior, fue posible evidenciar un análisis integral de las causas y efectos a través del uso de modelos de simulación basada en agentes.

Adicionalmente, contar con sistemas integrales, facilita la toma de decisiones para la gestión de riesgos permitiendo integrar los niveles operativos, tácticos y estratégicos. Finalmente, este trabajo buscó mostrar la aplicación de nuevas metodologías para la gestión estratégica del riesgo en el país, dado a su adaptabilidad otros departamentos.

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Simheurística para el problema de VRP con demandas y tiempos estocásticos

Autores

Juan Camilo Vanegas Rojas Santiago Ordóñez Triana David Felipe Gómez Rivero Sergio Andrés Forero Piraquive

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Directores

Eliana María González

En la vida real, el ‘Vehicle Routing Problem’ (VRP) incluye variables que consideran la estocasticidad de las demandas y los tiempos. La mayoría de los trabajos y estudios alrededor de este tema tratan el problema VRP en términos determinísticos con el fin de limitar y acotar este, de manera que sea más fácil resolver.

La solución de un problema como el VRP con demandas y tiempos estocásticos brinda la oportunidad de poner en un contexto más real los problemas con los que se enfrentan las compañías diariamente como el desconocimiento de la demanda exacta de sus clientes, los tiempos de traslado y los tiempos de llegada aceptables para surtir el producto. El implementar un modelo que tenga en consideración estas variables aleatorias, permite tener un acercamiento más certero de los posibles costos en los que se pueden incurrir y a la vez, saber qué estrategias utilizar para minimizarlos. Por ello fue diseñada una simheurística hibridizada con la metodología ‘Non-Dominated Sorting Genetic Algorithm’ (NSGA-ll) con simulación de Montecarlo con el objetivo de minimizar los costos y la tardanza en un VRP con demandas y tiempos de ruta estocásticos, que puede ser aplicado en entornos reales. La comparación de los resultados fue realizada respecto al ‘Mixed Integer Linear Programming’ (MILP) inicial, teniendo en cuenta los resultados del tiempo de ejecución, valor de las funciones objetivo y distribución de probabilidad utilizada.

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Algoritmo generador de itinerarios turísticos personalizados aplicado a destinos turísticos poco frecuentados.

Autores

Laura Camila Obando Ramirez Felipe Novoa Parra Paula Alejandra Nossa Torres Daniela Alejandra Medina Venegas

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Directores

Javier Niño Toro

El estudio propone un prototipo web que hace uso de un algoritmo generador de itinerarios turísticos personalizados (AGITP), basado en el problema Tourist Trip Design Problem (TTDP), en un destino turístico poco frecuentado (DTPF). Este prototipo tiene el objetivo de ayudar a estas regiones a facilitar el acceso de información y planeación de un viaje para sus turistas a través de una herramienta que les proporcione un itinerario de acuerdo a sus preferencias, teniendo así, el primer paso para el desarrollo de una plataforma que impulse y fomente el turismo en estas regiones olvidadas de Colombia.

Para el diseño e implementación del prototipo se escogió a la ciudad de Ipiales (Nariño) como un destino adecuado por contar con las características de un DTPF. Se inició con la identificación de la oferta turística con sus principales Prestadores de Servicios Turísticos (PST) por medio del levantamiento de información exhaustiva de los atractivos y agentes turísticos existentes. Por otro lado, con fundamento en la revisión bibliográfica sobre el comportamiento de los turistas en los DTPF, se usaron métodos de estadística descriptiva y paramétrica para obtener la caracterización de la demanda, obteniendo la segmentación de estos en perfiles por medio del método de conglomerados. Se procedió a realizar el diseño del AGITP usando técnicas de optimización como: Greedy, búsqueda local y tabú, teniendo como criterio de evaluación una función objetivo que maximiza el puntaje de los POI y minimiza los tiempos muertos de la ruta. Para realizar el prototipo web se utilizó Google Script con base en el lenguaje JavaScript para la programación y procesamiento de la información del AGITP y se conectó a la web mediante una página web diseñada con Wordpress donde se describe el DTPF, permitiendo que el turista ingrese información y requerimientos de forma amigable al AGITP.

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Solution approach for hospital bed assignment problem considering Length of Stay prediction

Autores

María Andrea Gaitán Hemelberg Iván Gustavo Gutiérrez Aponte

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Directores

Carlos Eduardo Montoya Ricardo Otero Caicedo

El problema de la asignación de camas en los hospitales es difícil de tratar con eficiencia utilizando los enfoques de asignación convencionales, ya que requiere la consideración de muchos factores como: la incertidumbre de la duración de la estancia, las características de cada cama que influyen en la satisfacción del paciente, los beneficios generados en términos económicos para el hospital, entre otros. Para abordar este estudio, se desarrolló un algoritmo de inteligencia artificial para predecir la duración de estancia del paciente e introducir este parámetro en un modelo multiobjetivo de programación lineal entera mixta (MILP) aplicando el método de ε-constraint, cuyo objetivo es maximizar el beneficio, minimizar el tiempo de atención y maximizar la satisfacción del paciente. Además, se aplica un Algoritmo Genético de Ordenación No Dominante (NSGA-II); se evalúa la eficacia de la metaheurística en comparación con el método ε-constraint.

Se tuvo en cuenta que un enfoque determinista en un entorno incierto afecta la robustez de la solución, para abordar esta cuestión se propuso un enfoque simheurístico con el fin de obtener soluciones robustas para el problema de asignación de camas con un tiempo de estancia estocástico. El enfoque simheurístico hibrida el NSGA II con un proceso de simulación Monte Carlo.

Se probó el enfoque desarrollado en un conjunto de instancias y se compararon para probar su eficiencia con base en diferentes métricas de rendimiento. La metodología propuesta es diferente a las de la literatura anterior, ya que integra un enfoque simheurístico que involucra la predicción del tiempo de estancia del paciente, considerando un enfoque multiobjetivo basado no sólo en la optimización de recursos sino también en la satisfacción del paciente. Por último, un estudio de caso en un hospital indicó que el enfoque de la solución es aplicable y beneficioso para el problema en la cuestión.

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An integrated approach to solve the nurse scheduling problem considering absenteeism and nurses preferences.

Autores

Julian Camilo Zabala Valdes Edwin Andrés Yañez Vergel Cristian Felipe Guzmán Garzón Carolina Barajas Jaimes

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Directores

Carlos Eduardo Montoya Ricardo Otero Caicedo

El problema de asignación de enfermeras ha sido relevante en los últimos años debido a su impacto directo en la atención de los pacientes. Este problema consiste en asignar turnos cumpliendo un conjunto de restricciones fuertes asociadas a la legislación laboral y un conjunto de restricciones suaves relacionadas con las preferencias personales y el equilibrio de la carga de trabajo, entre otras. La mayoría de los estudios se han centrado en proporcionar soluciones para escenarios deterministas sin considerar posibles disrupciones, como una ausencia. Este estudio integra dos enfoques para abordar el ausentismo: el reactivo y el preventivo. Primero, se desarrolla un modelo de optimización lineal multiobjetivo utilizando el método de epsilon constraint para dar solución a la programación del personal considerando las restricciones. El modelo se evalúa en diferentes instancias para analizar su rendimiento. A continuación, se diseña un algoritmo genético y se compara contra el modelo matemático. El algoritmo genético obtuvo un rendimiento competitivo en las instancias comparadas y funciona mejor para resolver instancias grandes. El modelo y el algoritmo incluyen un componente preventivo que consiste en tener una asignación de reserva para cada franja horaria. Además, para mitigar el efecto del ausentismo, este estudio presenta tres estrategias de reprogramación que combinan enfoques reactivos y preventivos. El comportamiento de cada estrategia propuesta se mide mediante una simulación y los resultados evidencian la posible aplicación de los enfoques en función de la frecuencia de las ausencias y de los intereses del hospital. Finalmente, la solución se aplica en un caso de estudio para para construir el horario mensual de las enfermeras y evaluar las estrategias de reprogramación teniendo en cuenta información histórica. La aplicación en un hospital colombiano evidencia que el método de solución propuesto tiene buen comportamiento y es beneficioso para este problema en la práctica.

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Influencia de un asistente virtual: aprendizaje y deserción de las formaciones empresariales

Autores

Julián Camilo Vargas Méndez Jairo Adolfo Hernández Martínez Juanita Caballero Villalobos Laura Carolina Alvarado Perdomo

Reconocimientos a la excelencia académica mejores trabajos de grado.

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Directores

Manuel Medina Labrador

Las metodologías de aprendizaje digital se han desarrollado rápidamente impactando a sus usuarios. La literatura muestra que herramientas digitales como: inteligencia artificial, aprendizaje automático, plataformas virtuales y chatbots, favorecen positivamente el proceso de aprendizaje académico; sin embargo, no se ha estudiado su efecto en la formación empresarial. Esta investigación propone diseñar un chatbot con el apoyo de emojis, que conecte con los usuarios y facilite el proceso educativo, con el fin de mejorar los niveles de aprendizaje y disminuir los niveles de deserción. Para lograr esto, se utilizó una metodología mixta al interior de la compañía mediante una fase cualitativa, cuantitativa, experimental y de simulación de agentes; que pudo medir y analizar el cambio del nivel de aprendizaje y la deserción.

Para la creación del chatbot se realizó en la plataforma de comprensión de lenguaje natural Dialogflow. La evaluación de la interacción humano-bot se midió a través del formulario de usabilidad adaptado del método UMUX desarrollado por Tariverdiyeva y Borsci (2019) y se verificó mediante la norma ISO 9126, es un estándar internacional para evaluar la calidad del software (interacción humano-bot) con base en diferentes criterios. Finalmente, a través de la simulación basada en agentes (SBA) se modeló la dinámica de aprendizaje de la capacitación virtual mediante la herramienta de Netlogo, se simuló la capacidad de aprendizaje incluyendo una red neuronal artificial con parámetros aleatorios para cada uno de los estudiantes y se evaluó el impacto de la interacción humano-bot en los niveles de deserción y aprendizaje.

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Job shop estocástico con minimización del valor esperado del maximum lateness

Autores

Maria José Ocampo Monsalve Gabriel Fernando Forero Ortiz Andrea Rivera Torres

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Directores

Eliana María Gonzálezr

Los inconvenientes que implica la programación en el ambiente de producción Job shop, hacen referencia a una notoria dificultad para su resolución debido a su naturaleza NP-hard. Sin embargo, las investigaciones en los últimos años han aumentado debido al uso constante de este ambiente productivo en las industrias manufactureras. Según los estudios, la mayor parte de las investigaciones han abordado el problema de programación de Job shop a través de un enfoque determinístico. No obstante, los entornos industriales reales están sujetos a eventos aleatorios como: fallas de maquinaria, tiempos de mantenimiento, duración de tramitación, tiempos de alistamiento, tiempos de disponibilidad, entre muchos otros.

El impacto de este proyecto se debe a que, se plantea un Job shop estocástico con minimización del valor esperado del maximum lateness. Considerando los tiempos de alistamiento dependientes de la secuencia y, tanto las averías en las máquinas como los tiempos de reparación como eventos estocásticos a través de una simheuristica.

Los resultados obtenidos demostraron que la simheurística mejora los resultados de simulaciones del modelo en un 37% para instancias 4x4 y en un 11% para instancias 6x6, exponiendo que la simheurística es mejor que un modelo matemático determinístico simulado. Además, se evaluó el desempeño simheurístico, para instancias grandes, en comparación con la simulación de la secuencia de la regla de despacho EDD. Los resultados muestran que el promedio la mejora es del 28% en la distribución logarítmica normal y del 10% en la distribución exponencial.

En instancias medianas y grandes el modelo no había obtenido ninguna solución factible luego del tiempo límite de 2 horas de ejecución mientras que la simheuristica la obtuvo en 16 minutos y 30 segundos para las medianas, y 26 minutos y 40 segundos para las grandes

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Reconocimientos a la excelencia académica mejores trabajos de grado.

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Programas POSGRADO

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Proyectos de Grado

MAESTRÍA EN BIOINGENIERÍA

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Entrenamiento en habilidades cognitivas de conciencia situacional para residentes en anestesiología

Autores

Directores

Gloria Juliana Arias Paredes

Martha Patricia Caro Eliana Maria González

Reconocimientos a la excelencia académica mejores trabajos de grado.

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Los anestesiólogos son especialistas médicos responsables de monitorear y controlar las variables fisiológicas de un paciente antes, durante y después de un procedimiento médico o intervención quirúrgica. Dentro del protocolo seguido por este especialista, una de las principales dificultades que pueden afectar la seguridad del paciente es la ocurrencia de eventos adversos en la fase de inducción anestésica por fallas en la habilidad de conciencia situacional debido a que se encuentra inmerso en entornos dinámicos y críticos que exigen un alto nivel de concentración. Por esta razón, este trabajo de grado propone un entrenamiento de habilidades cognitivas que influyen en la pérdida de conciencia situacional en residentes de anestesiología en la fase de inducción anestésica. La investigación metodológica para el desarrollo de esta formación comprende una revisión de la literatura de los enfoques de formación en conciencia situacional, una caracterización del trabajo y las interacciones de los anestesiólogos, una exploración e identificación de las habilidades cognitivas que mantienen la conciencia situacional y un diseño de la formación propuesta a través de una metodología de mejora incremental. La validación y evaluación de la formación propuesta se verificó mediante una prueba experimental realizada a un grupo de residentes de anestesiología voluntarios del Hospital Universitario San Ignacio de la Pontificia Universidad Javeriana. El resultado del experimento demostró que el entrenamiento propuesta tiene un impacto significativo en los residentes de anestesiología, mejorando la exploración y búsqueda y la habilidad de atención dividida. De esta forma, el entrenamiento propuesto contribuye a minimizar la pérdida de conciencia situacional en la fase de inducción anestésica para estos especialistas.

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Evaluación del crecimiento del streptococcus mutans y lactobacillus acidophylus mediante bioimpedancia utilizando microelectrodos interdigitados

Autores

Directores

Maribel Martínez Lozano

Hernán Rodríguez Hernández Sandra Janeth Gutiérrez Prieto

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La caries es una de las enfermedades más frecuentes en la población mundial, que es causada principalmente por las bacterias Streptococcus mutans y Lactobacillus acidophylus, microorganismos que son cuantificados tradicionalmente mediante técnicas microbiológicas. Se implementó la Bioimpedancia eléctrica como técnica de medición para la evaluación y análisis del crecimiento in vitro de las dos principales bacterias causantes de la caries, mediante un dispositivo microelectrodos interdigitados (MEI).

Se analizaron las curvas de crecimiento de estas bacterias sobre los materiales del sensor, utilizando los métodos microbiológicos UFC/mL y Espectrofotometría en el estudio de crecimiento y prueba de biocompatibilidad. En el diseño de los MEI se obtuvieron cinco configuraciones geométricas los cuales difirieron en separación, ancho y pares de bandas. Para la medición de Bioimpedancia, los MEI fueron sumergidos en cultivo bacteriano y contactados de forma continua con 4 puntas, midiendo la impedancia en un barrido de frecuencias de 10Hz hasta 20000Hz, en intervalos de cada 2 horas.

Se estableció, que los MEI son una herramienta útil y eficiente para monitorizar los cambios de impedancia a lo largo del crecimiento bacteriano. A partir de los resultados obtenidos, se encontró una relación directa entre la bioimpedancia, la densidad óptica y el número de bacterias en función del tiempo de crecimiento, demostrando como un cambio en la impedancia es un indicativo para la evaluación de la tasa de crecimiento de la población bacteriana, y por lo tanto considerar la bioimpedancia una técnica rápida, efectiva y de gran sensibilidad, comparada con las técnicas tradicionales.

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Proyectos de Grado

MAESTRÍA EN INGENIERÍA DE SISTEMAS Y COMPUTACIÓN

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Reconocimientos a la excelencia académica mejores trabajos de grado.

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GAUS - Guía metodológica para el diseño de aplicaciones accesibles y usables, orientadas a adultos mayores

Directora

Autores

Ángela Cristina Carrillo Ramos

Santiago Rodríguez Olivos

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En la era de las TIC se desarrolla un gran número de aplicaciones informáticas que buscan solucionar algún problema a nivel funcional. Normalmente estas aplicaciones se implementan para un usuario estándar donde éste no sufre ningún problema físico y puede operar la aplicación de forma natural. Sin embargo, no todos los usuarios de las aplicaciones están en condiciones perfectas de salud a nivel físico, entendiendo esta condición como pérdidas leves o graves en la visión, audición, y en la parte cognitiva y motora.

En este punto se puede incluir a los adultos mayores donde por causa de su edad empiezan a padecer esta clase de problemas físicos que les dificultan el uso de estas aplicaciones. Adicionalmente los adultos mayores encuentran problemas de acceso, navegación, comprensión y manejo de la información, lo que trae aún mayores complicaciones para esta población.

El propósito de este proyecto es proporcionar una guía de diseño para aplicaciones informáticas orientadas a los adultos mayores, basándose en lineamientos de accesibilidad y usabilidad donde esta población pueda interactuar con las aplicaciones de forma más sencilla y fácil.

Para realizar esta guía se realiza un perfilamiento adaptativo del adulto mayor a nivel físico para luego analizar los lineamientos de accesibilidad existentes y luego con los de usabilidad para obtener como resultado un conjunto de lineamientos que será la guía con la que podrán implementar aplicaciones orientadas a los adultos mayores. Para validar la guía se desarrolla un prototipo que cumpla con los lineamientos establecidos en ella para unos escenarios específicos, donde algunos adultos mayores prueban el prototipo y realizan una encuesta donde ilustran su opinión y grado de satisfacción obtenida.

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Detección de emociones de personas y sus actividades para el apoyo en la evaluación de factores de riesgo psicosocial

Autores

Ronald Fernando Rodríguez Barbosa

Reconocimientos a la excelencia académica mejores trabajos de grado.

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Director

Enrique González Guerrero

La evaluación de riesgos psicosociales ha desempeñado un papel dominante para garantizar el bienestar y la salud de las personas.

No obstante, mecanismos como entrevistas y cuestionarios son susceptibles de obtener resultados sesgados debido a la falta de datos que no se pueden adquirir durante las evaluaciones. Este trabajo propone una arquitectura para identificar actividades y emociones implícitas en los cuestionarios actuales y que tienen el potencial de ser detectadas por cámaras. Mediante visión por computadora, se extraen características de los fotogramas de video los cuales son empleados como predictores para tareas de clasificación. Los mecanismos de inteligencia están soportados por redes neuronales artificiales, dentro de un subsistema de múltiples agentes. Dichos agentes, tienen la capacidad de efectuar el tratamiento de los datos, clasificar los eventos y cuantificar su tiempo. El cálculo de indicadores basada en la detección de actividades y emociones que provee la arquitectura, brindará datos adicionales para respaldar a los expertos en salud, durante las evaluaciones de riesgo psicosocial.

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Proyectos de Grado

DOCTORADO EN INGENIERÍA

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Assist-as-needed exoskeleton for post-stroke hand rehabilitation

Autora

Jenny Carolina Castiblanco Sánchez

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Directores

Julián David Colorado Montaño Iván Fernando Mondragón Bernal

El uso de sistemas robóticos en áreas como la rehabilitación del movimiento de la mano se está haciendo posible gracias a los avances en la tecnología y la creación de nuevos conceptos de conocimiento, en tópicos como mecánica de exosqueletos, control adaptativo, comprensión de las señales bioeléctricas, entre otros. Estos sistemas robóticos han ganado interés en la rehabilitación del movimiento de la mano porque pueden agilizar el progreso de la rehabilitación, incrementando la seguridad en el control del movimiento, y monitoreando continuamente los datos de varios pacientes a lo largo de la terapia. Existen varios paradigmas que definen la interacción entre el robot y el ser humano mientras se está dando una asistencia al movimiento de alguna extremidad. Una de ellas es conocido como “Asistencia-cuando se-Necesite” el cual tiene como objetivo proporcionar asistencia física específica a los requisitos individuales del sujeto, implicando que las necesidades del sujeto deban ser determinadas e incluidas en los sistemas asistidos por robots. El desafió que presentó la tesis doctorado fue el diseño de un sistema que permitiera la modulación de la asistencia bajo las capacidades del sujeto acorde con la tarea realizada. Utilizando las señales de movimiento articular y mioeléctricas, se diseñó e implemento un nuevo esquema de lazo cerrado de control para modular la asistencia dada por un mecanismo exoesqueleto con una técnica novedosa para medir la capacidad del sujeto. El trabajo conjunto de los tres módulos que pertenecen a este lazo de control (entrenamiento off-line, seguimiento activo de posición y modulación de asistencia), permite modular la asistencia dada por el sistema mecánico por medio de la adaptación continua de la velocidad del sistema, además que se brinda una asistencia específica a las necesidades del usuario. Es una nueva alternativa para diseñar sistemas robóticos que cumplan con el paradigma de “Asistencia-cuando se-Necesite”.

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Effect of cyclists posture on performance and interaction with the bicycle

Autora

Alejandra Paola Polanco Aguilar

Reconocimientos a la excelencia académica mejores trabajos de grado.

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Directores

Daniel Ricardo Suárez Venegas Alberto Doria

La selección de la postura de ciclistas es un proceso no-trivial debido al alto número de factores involucrados. Por este motivo, la investigación se enfocó en el desarrollo de una metodología para la selección y optimización de la postura de ciclistas considerando simultáneamente el desempeño del ciclista y su interacción con la bicicleta.

La metodología se planteó con base en un problema de optimización en el cual el propósito es minimizar el tiempo de carrera a la vez que se respetan restricciones asociadas con la interacción entre el ciclista y la bicicleta. El tiempo de carrera se estima considerando las condiciones de la competencia y las características del ciclista, incluyendo su aerodinámica y capacidad de entrega de potencia. La interacción se representa en términos de las vibraciones y presiones en los puntos de contacto. La inclusión de la interacción en la metodología es relevante debido a que esta puede generar incomodidad e incluso aumentar la probabilidad de lesiones.

Para la implementación de la metodología, se desarrollaron diferentes métodos de caracterización de ciclistas. Entre los métodos desarrollados sobresalen el utilizado para medir la aerodinámica por medio de pruebas de ruta, sin necesidad de utilizar túnel de viento, y el desarrollado para medir y predecir la transmisión de vibraciones por medio de pruebas de laboratorio.

La metodología se implementó para optimizar la postura de ciclistas en eventos de contrarreloj individual considerando una amplia variedad de condiciones de viento e inclinación de la vía.

Como resultado, se identificó para cada ciclista cuál postura, dentro de las analizadas, conlleva a ganancias en tiempo considerando los umbrales de interacción definidos. Se observó que este resultado es altamente dependiente de las características del ciclista, la bicicleta, y la carrera.

Reconocimientos a la excelencia académica mejores trabajos de grado.

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Reconocimientos a la excelencia académica mejores trabajos de grado.

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Otros Trabajos de Grado Reconocidos PROGRAMA DE MAESTRÍA

Proyectos de Grado Maestría en Ingeniería Civil Fallas en presas de relaves detonadas por degradación química de suelos arcillosos de fundación: Caso Aznalcóllar (España) Autores

Miguel Mauricio Castilla Barbosa

Directores

Joan Manuel Larrahondo Cruz y Luis Felipe Prada Sarmiento

Reconocimientos a la excelencia académica mejores trabajos de grado.

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Facultad de Ingeniería

RECONOCIMIENTOS A LA EXCELENCIA ACADÉMICA MEJORES TRABAJOS DE GRADO

2021 1