Publicació al Journal of Near Infrared Spectroscopy

El professor Dr. Jordi Cruz acaba de publicar un article a la revista Journal of Near Infrared Spectroscopy, titulat: Near infrared spectroscopy determination of chemical and sensory properties in tomato.

Aquest treball ha estat fruit de la investigació d’en Jordi al Grup de Quimiometria Aplicada de la UAB amb col·laboració del Departament d’Enginyeria Agroalimentària i Biotecnologia de la UPC i la Fundació Miquel Agustí situada al Campus del Baix Llobregat (Castelldefels).

La caracterització ràpida i massiva dels atributs de qualitat en els tomàquets és un pas necessari cap a la millora dels subproductes que n’obtenim; per atributs sensorials que aquest procés requereix molt de temps i és molt costós econòmicament (requereix un entrenament d’un panell de tast amb experts amb el cost que això implica), cosa que provoca la seva absència en fenotips rutinaris.

L’objectiu del treball va ser avaluar la viabilitat de l’espectroscòpia d’infraroig proper (NIR) com a eina ràpida i econòmica per predir tant les propietats químiques com les sensorials. Es van construir models de calibratge multivariable amb Partial Least Squares (PLS) a partir d’espectres enregistrats  de puré i suc de tomàquet de 53 varietats genèticament diverses cultivades en dos ambients (Figura 1).

Els models dels espectres de puré van donar valors de validació r2 superiors a 0,97 per a fructosa, glucosa, contingut de sòlids solubles i matèria seca i valors de Relative Standard Error of Prediction (RSEP%) que oscil·laven entre 3,5 i 5,8% (Figura 2).

Els valors de r2 per a les propietats sensorials són menors 0,702-0,917.  Per als trets relacionats amb el gust el RSEP% oscil·la entre 9,1 i 20,0%  i 3,6-72,1 per als trets relacionats amb la textura (Figura 3).

Per a trets sensorials com ara explosivitat, sucositat, dolçor, acidesa, intensitat del gust, intensitat de l’aroma i menjar, l’espectroscòpia NIR és potencialment útil per escanejar grans col·leccions de mostres de tomàquet per identificar els candidats que compleixen els estàndards de qualitat desitjats.  Això ens permet un estalvi de temps i diners molt considerable.

Publicació a la revista: Angewandte Chemie: 2D-MOFs de Dysprosi multifuncionals

La Dra. Elena Bartolomé i el Dr. Pablo Sevilla, investigadors de l’EUSS, acaben de publicar l’article titulat “A multifunctional Dysprosium-carboxylato 2D metal-organic framework” a la revista Angewandte Chemie, amb un alt índex d’impacte (IF:12.959).

Aquest treball ha estat realitzat en col·laboració amb la Dra. Carolina Sañudo (Secció Química inorgánica, UB), i investigadors de l’Institut de Química Teòrica i Computacional (UB), Departament d’Inorgánica de la Universidad de Zaragoza i l’Instituto de Nanociencia y Materiales de Aragón (INMA-CSIC).

El treball descriu la síntesi i caracterització magneto-òptica d’un nou 2D-MOF (metal-organic framework) de disprosi. La investigació en materials 2D ha crescut exponencialment des del treball guanyador del premi Nobel sobre grafè. Els materials 2D mostren propietats úniques i diferents de les equivalents 3D i es diu que tenen el poder de revolucionar-ho tot, des de l’electrònica digital fins a l’emmagatzematge d’energia. La majoria dels materials 2D estudiats fins ara són materials inorgànics, però el desenvolupament dels 2D-MOFs, com el desenvolupat en aquest treball, pot ser una alternativa molt interessant i versàtil.

En el treball publicat es presenta un mètode de síntesi extremadament senzill per a la preparació d’un nou 2D-MOF de disprosi (Dy). El material sintetitzat (Fig. 1a) pot ser exfoliat per sonicació (Fig. 1b). Les nanocapes bidimensionals del material (Fig. 1c) es troben separades únicament per forces de van der Waals (Fig. 1d). Les nanocapes exfoliades, dispersades en una dissolució, poden ser dipositades a sobre d’una superfície per spin-coating. Les imatges d’AFM mostren “nanosheets” d’uns pocs nanòmetres de gruix (Fig. 1e).

Figura 1. (a) Imatge SEM del material Dy-MOF en “bulk”, (b) imatge SEM d’una nanocapa exfoliada, (c) esquema de l’estructura 2D del Dy-MOF, (d) vista lateral de les nanocapes de Dy-MOF, separades per forces de van der Waals, (e) imatge d’AFM i perfil d’una nanocapa

El material sintetitzat és magnèticament anisotròpic, i presenta un comportament d’imant molecular (Single Molecule Magnet, SMM). El complex diluït magnèticament (La-Dy) és un material bifuncional, ja que presenta un comportament SMM i luminescència (Fig. 2a, b).

Figura 2. (a) Temps de relaxació magnètica en funció de l’invers de la temperatura i del camp per al complex de Dy-MOF (1) i el complex diluït magnèticament de la-Dy (1d) (b) espectres de luminescència dels dos compostos.

Aquest treball permetrà desenvolupar 2D-MOFs de lantànids multifuncionals per a diferents aplicacions. La fàcil exfoliació de nanocapes és un aspecte molt prometedor cap a la posterior manipulació del material, la seva deposició sobre diferents superfícies, per explotar els efectes de proximitat sobre el grafè, o per a la formació de multicapes d’hetero-nanoestructures.

Diferències i invariàncies entre cursos REI-ReMat: publicació a I.J.Engineering Education

La Dra. Elena Bartolomé, en col·laboració amb el Dr. Ignasi Florensa i la Dra. Marianna Bosch (IQS), acaben de publicar un article a la revista indexada International Journal on Engineering Education titulat “Ensenyant Resistència de Materials a través de Recorreguts d’Estudi i Investigació” 

Dinàmica de treball en el REI implementat a ReMat a l’EUSS.

Els Recorreguts d’Estudi i Investigació (REIs) són un format d’ensenyament que han demostrat recentment ser de gran utilitat en l’educació d’Enginyeria. En el REI, la recerca d’una resposta a una qüestió generatriu (Q0) plantejada a un grup d’estudi dóna lloc a una seqüència de preguntes-respostes. A l’EUSS s’ha aplicat la metodologia REI en l’assignatura de Resistència de Materials (ReMat) en anglès des de l’any 2015.

En aquest treball, s’han investigat les característiques invariants, així com a les diferències entre REIs en funció de la Q0 i l’edició del curs, mitjançant l’anàlisi de quatre REIs implementats en ReMat, basats en dues qüestions generatrius Q0 diferents: un somier de lames (2015, 2018), i un kart (2016, 2017).

Q-A mapes generats en els REIs iniciat per la questió Q0-somier (2015/16).
Q0-kart (16/17).

Els resultats han permès establir la influència de la qüestió generatriu i de la comunitat d’estudi en el desenvolupament del REI, en termes dels mapes de preguntes-respostes generats (Q-A maps), els recursos mobilitzats, la dialèctica dels Media-Milieu i l’adaptació dels i les estudiants i de la professora al format d’instrucció.

S’ha constatat que en totes les edicions del REI, hi ha certes subpreguntes que es repeteixen, i que s’aborden combinant tècniques analítiques i de simulació similars, amb relació a l’ epistemologia tradicional de ReMat que tracta l’estudi de la resistència i rigidesa de barres prismàtiques. Sovint, però, el REI s’estén més enllà dels límits “tradicionals” de l’assignatura, i implica la interconnexió de nocions relacionades amb altres àrees, com ara la Ciència de Materials, l’Elasticitat, etc.

La comparativa entre REIs amb distinta Q0 va mostrar que el REI-somier va connectar més directament amb qüestions de ReMat, mentre que el REI-kart va implicar l’estudi d’un nombre més gran de peces, algunes d’elles complexes, que van requerir simplificacions. 

D’altra banda, la comparació entre diverses edicions del REI va mostrar que els REIs iniciats per la mateixa Q0 mostraven un cert esquelet comú. Tanmateix, en aquells cursos on el grup es va adaptar millor al REI, el mapa de preguntes-respostes generat va ser més ric, i es va utilitzar una major varietat de recursos i formes de validació.

AMFE aplicat en educació: millora dels processos d’aprenentatge actius

La Dra. Elena Bartolomé, professora de l’EUSS acaba de publicar un article titulat: “Failure mode and effect analysis (FMEA) to improve collaborative project-based learning: Case study of a Study and Research Path in mechanical engineering” en la revista indexada International Journal on Mechanical Engineering Education.

Aquest treball va estar realitzat amb la col·laboració de la Paula Benítez, recentment graduada a l’EUSS en Enginyeria Elèctrica i Organització Industrial.

Figura 1: Subfases del REI en TMM; Esquema de preguntes i respostes (Q-A map), i alguns exemples d’activitats d’estudi i recerca: discussió entre iguals, estudi de la teoria, construcció de maquetes, anàlisi i simulació de màquines.

L‘Anàlisi de Modes de Falla i Efectes (AMFE, o FMEA en anglès) és una eina àmpliament utilitzada a la indústria per identificar possibles modes de fallada, els seus efectes i causes. En aquest treball, es va investigar la utilitat de l’AMFE en l’àmbit educatiu com a eina per millorar els processos d’aprenentatge actius. En el cas de l’ estudi seleccionat, els principis de l’AMFE es van adaptar per avaluar el risc de fallades en un curs de segon del Grau d’Enginyeria de “Teoria de Màquines i Mecanismes” impartit mitjançant un “Recorregut d’Estudi i Investigació (REI)”, una metodologia col·laborativa basada en projectes. El REI és un format d’instrucció d’aprenentatge actiu que s’inicia mitjançant una pregunta generatriu que condueix a una seqüència de preguntes i respostes derivades, i combina moments d’estudi i investigació.

Mitjançant l’aplicació de l’AMFE, l’equip docent va ser capaç d’identificar els modes de fallada més crítics del procés, per així prioritzar i implementar accions correctives per millorar el REI el curs següent.

Figura 2: (a) Modes de fallada al llarg dels REIs 2018/19 (vermell) i 2019/20 (blau), i Risk Priority Number (RPN)=OxSxD, producte de la probabilitat d’ocurrència (O), severitat (S) i probabilitat de detecció de cada mode; (b) Diagrama de Pareto-RPN: la línia  representa el llindar per prendre accions correctives segons el principi de Pareto 80-20; (c) Distribució de modes de fallada amb un determinat RPN i mitjana.

Aquesta és una de les primeres experiències d’aplicació de l’anàlisi AMFE en Educació, en particular en el camp de l’Enginyeria. Cal destacar, però que l’enfocament sistemàtic que ofereix l‘AMFE es podria molt bé aplicar per millorar els processos d’aprenentatge en altres àrees.

En conclusió, FMEA representa una eina senzilla i potent d’avaluació de riscos molt útil per identificar passos crítics en un procés educatiu i millorar la qualitat de l’aprenentatge.

Publicació a la revista IEEE Transactions on Power Electronics

El Dr. Àngel Borrell professor de l’EUSS, en col·laboració amb investigadors del Departament de Control Automàtic, i Enginyeria Electrònica de la UPC, acaben de publicar un article titulat “Collaborative Voltage Unbalance Elimination in Grid-Connected AC Microgrids with Grid-Feeding Inverters” a la revista indexada IEEE Transactions on Power Electronics.

El desequilibri de tensió en un sistema trifàsic es produeix quan les tensions de les tres fases no són idèntics en magnitud i/o les diferències de fase entre elles no són exactament de 120°. Les tensions desequilibrades poden provocar efectes adversos sobre el sistema d’energia, com ara més pèrdues i menys estabilitat. L’efecte també pot ser greu sobre els equipaments com ara els motors d’inducció, convertidors electrònics de potència, i variadors de velocitat ajustables.

Esquerra: esquema general d’una xarxa-ac tri-fàsica; dreta: dispositiu experimental.

En l’article publicat en presenta un nou esquema de control que aconsegueix un equilibri de tensió en qualsevol node d’una microxarxa AC independentment del valor d’impedància de la xarxa elèctrica. Mitjançant una col·laboració estratègica, s’aconsegueix establir un repartiment específic dels corrents d’equilibri, evitant així els efectes adversos de la compensació del desequilibri per un únic inversor. L’esquema de control utilitza una forma complexa d’un controlador ressonant proporcional i d’un enllaç de comunicació. L’article presenta l’anàlisi d’estabilitat i sensibilitat i pautes de disseny per als paràmetres de control.

Aquesta proposta de control s’ha provat amb èxit en un laboratori de microxarxes (Figura dreta). En l’article es presenten resultats experimentals seleccionats.