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A new kind of chaotic diffusion : anti-persistent random walks of explosive dissipative solitons /
(Albers, Tony) Albers, Tony
Los solitones que existen en medios disipativos no lineales tienen propiedades muy diferentes de las que existen en medios conservadores y están modelados por la ecuación de Schrödinger no lineal. Uno de los comportamientos sorprendentes de los solitones disipativos es la aparición de explosiones: ampliaciones transitorias repentinas de un solitón, que como resultado inducen cambios espaciales. En este trabajo utilizando la compleja ecuación de Ginzburg-Landau en una dimensión, abordamos las estadísticas a largo plazo de estos cambios aparentemente aleatorios. Mostramos que el movimiento de un solitón puede describirse como una caminata aleatoria antipersistente con una disminución oscilatoria correspondiente de la función de correlación de velocidad. Derivamos dos modelos estadísticos simples, uno en tiempo discreto y otro en tiempo continuo, que explican el comportamiento observado. Nuestro análisis estadístico compara una futura teoría microscópica del origen de este nuevo tipo de difusión caótica.
Algorithmic decoding of dense OAM signal constellations for optical communications in turbulence /
(Anguita García, Jaime Andrés) Anguita García, Jaime Andrés
Demostramos una estrategia de detección y decodificación óptica para aumentar la tasa de información y la eficiencia espectral de los enlaces de comunicación láser en el espacio libre afectados por la turbulencia por medio de la modulación del momento angular orbital denso (OAM). Usando tres arquitecturas receptoras candidatas, basadas en un sensor Shack-Hartmann, un clasificador de modo y un esquema complejo de proyección conjugada como caso base, demostramos un sistema de clasificación algorítmica basado en los espectros OAM recibidos producidos por estas arquitecturas. Este esquema de clasificación permite la transmisión de datos con una tasa de error baja en turbulencia utilizando constelaciones de símbolos 16-OAM, 32-OAM y 64-OAM, con estados OAM entre −20 y 20. Evaluamos y comparamos su desempeño en condiciones de turbulencia atmosférica débil a fuerte usando un precisión métrica y matrices de confusión
Arrays of stochastic oscillators : Nonlocal coupling, clustering, and wave formation /
(Escaff, Daniel) Escaff, Daniel
Consideramos una serie de unidades, cada una de las cuales puede estar en uno de los tres estados.Las transiciones unidireccionales entre estos estados se rigen por procesos de velocidad de Markovian. Las interacciones entre unidades ocurren a través de una dependencia de las tasas de transición de una unidad en los estados de las unidades con las que interactúa. Este acoplamiento no es local, es decir, no es una interacción de todos a todos (denominada acoplamiento global), ni es una interacción de vecino más cercano (denominado acoplamiento local). El acoplamiento se elige para desfavorecer la aglomeración de unidades que interactúan en el mismo estado. Como resultado, no hay sincronización global. En cambio, la configuración espacio-temporal resultante es uno de los grupos que se mueven a una velocidad constante y que puede interpretarse como ondas de viaje. Desarrollamos una teoría de campo medio para describir la formación de conglomerados y analizar analíticamente este modelo. Las predicciones del modelo se comparan favorablemente con los resultados obtenidos por simulaciones numéricas directas.
Chaotic diffusion of dissipative solitons : From anti-persistent random walks to Hidden Markov Models /
(Albers, Tony) Albers, Tony
En publicaciones anteriores, mostramos que el proceso incremental de la difusión caótica de solitones disipativos en una ecuación compleja prototípica de Ginzburg-Landau, conocida, por ejemplo, de la óptica no lineal, se rige por un proceso de Markov simple que conduce a un Paseo aleatorio antipersistente de movimiento o por un Modelo Oculto de Markov más complejo con densidades de salida continuas. En este artículo, revelamos la transición entre estos dos modelos al examinar la dependencia de la dinámica del solitón en el principal parámetro de bifurcación de la ecuación cúbica-quíntica de Ginzburg-Landau, y al identificar los procesos de Markov ocultos subyacentes. Estos modelos capturan la descomposición no trivial de las correlaciones en los anchos de salto y las secuencias de símbolos que representan la dinámica simbólica de los saltos cortos y largos, las estadísticas de los episodios de caminata persistente y la densidad multimodal de los anchos de salto. Demostramos que existe una reducción físicamente significativa de la dinámica de un sistema determinista de dimensiones infinitas a una máquina de estados finitos probabilísticos y proporcionamos una comprensión más profunda de la dinámica del solitón bajo la variación de parámetros de la dinámica no lineal subyacente.
Class of compound dissipative solitons as a result of collisions in one and two spatial dimensions /
(Descalzi Muñoz, Orazio) Descalzi Muñoz, Orazio
Estudiamos la interacción de los solitones disipativos (DS) cuasi-unidimensionales (cuasi-1D). Comenzando con las soluciones cuasi-1D de la ecuación del complejo cúbico-quíntico de Ginzburg-Landau (CGL) en su estado temporalmente asintótico como condición inicial, encontramos, en función de la velocidad de aproximación y la parte real de la interacción cúbica de los dos sobres contrapropagantes: interpenetración, un estado compuesto formado por ambos sobres o dos estados compuestos. Para la última clase, ambos sobres muestran DS superpuestos en dos ubicaciones diferentes. La estabilidad de esta clase de estados compuestos se remonta a la tasa de crecimiento cuasilineal asociada con el sistema acoplado. Mostramos que este mecanismo también funciona para ecuaciones CGL cúbico-quínticas acopladas 1D. Para los estados cuasi-1D que no están en su estado asintótico antes de la colisión, se puede observar una ruptura a lo largo de la cresta, lo que conduce a resultados no únicos después de la colisión de los estados cuasi-1D.
Classification and verification of handwritten signatures with time causal information theory quantifiers /
(Rosso, Osvaldo A) Rosso, Osvaldo A
Presentamos un nuevo enfoque para la clasificación y verificación de firmas manuscritas basado en descriptores derivados de la teoría de la información causal temporal. La propuesta utiliza la entropía de Shannon, la complejidad estadística y la información de Fisher evaluada sobre la simbolización de Bandt y Pompe de las coordenadas horizontales y verticales de las firmas. Estas seis características son fáciles y rápidas de calcular, y son la entrada a un clasificador de máquina de vectores de soporte de una clase. Los resultados son mejores que las técnicas en línea de vanguardia que emplean espacios de características de dimensiones más altas que a menudo requieren software y hardware especializados. Evaluamos la consistencia de nuestra propuesta con respecto al tamaño de la muestra de capacitación, y también la usamos para clasificar las firmas en grupos significativos.
Coherent Multimode OAM Superpositions for Multidimensional Modulation /
(Anguita García, Jaime Andrés) Anguita García, Jaime Andrés
La generación, propagación y detección de vórtices ópticos superpuestos coherentes y de alta calidad, que llevan dos o más estados de momento angular orbital (OAM), se demuestran experimentalmente utilizando una disposición óptica basada en moduladores de luz espacial. Comparamos nuestros resultados con simulaciones numéricas y mostramos que, en el contexto de la comunicación óptica inalámbrica sin turbulencia (interior o satélite), la identificación individual del estado OAM en el receptor de un sistema modulado OAM se puede lograr con buena precisión, para adaptarse a Arquitecturas de modulación OAM de alta dimensión. Aplicamos nuestros resultados a la simulación de un sistema de comunicación que utiliza modulación con codificación de paridad de baja densidad que considera el diseño óptimo de la constelación de señal en un canal que incluye interferencia OAM inducida por detección realista (imperfecta).
Dynamic optimal grasping of a circular object with gravity using robotic soft-fingertips /
(García-Rodríguez, Rodolfo) García-Rodríguez, Rodolfo
La manipulación de objetos generalmente requiere destreza, codificada como la capacidad de rodar, que es muy difícil de lograr con manos robóticas basadas en modelos de contacto puntual (sujetos a restricciones holonómicas). Como una alternativa para la manipulación hábil, se ha propuesto que el contacto deformable con las yemas de los dedos de forma hemisférica produce naturalmente una restricción de rodadura. Implica destreza a expensas de tratar con fuerzas normales y tangenciales, así como modelos y esquemas de control más elaborados. Además, la característica esencial de la calidad de agarre puede abordarse con este tipo de manos de robot, pero se ha pasado por alto por contacto deformable. En este documento, se propone un controlador basado en pasividad que considera una medida de agarre óptima para manos robóticas con dedos hemisféricos deformables, para manipular objetos dinámicos circulares. El agarre óptimo que minimiza las llaves de contacto se logra mediante el movimiento de la punta de los dedos hasta que las fuerzas normales pasan a través del centro de masa del objeto, alineando el ángulo relativo entre estas fuerzas normales. El caso de un objeto circular se desarrolla en detalle, aunque nuestra propuesta puede extenderse a objetos con una forma arbitraria que admiten una descomposición local por una curvatura circular. La simulación y los resultados experimentales muestran convergencia en diversas condiciones, en donde las fuerzas de balanceo y tangente se vuelven instrumentales para lograr tal calidad de agarre.
Enforcing energy balance in coherently superimposed optical vortices /
(Cisternas, Jaime E, 1972-) Cisternas Elgueta, Jaime
La generación de haces ópticos con múltiples modos de movimiento orbital-angular-mutuamente coherente (OAM) que utilizan redes de fase se analiza desde la perspectiva de la distribución de energía y la composición del modo radial. Se muestra que las rejillas de fase diseñadas con modos Laguerre-Gauss (LG) igualmente ponderados generarán haces con una distribución de energía desigual entre los componentes OAM. Este resultado no deseado no se puede corregir ajustando el ancho del haz de luz. Se propone una forma de diseñar rejillas de fase que producirán una distribución de energía uniforme entre los estados OAM constituyentes después de la iluminación, a la vez que se minimiza el contenido de los modos radiales altos. Este método se basa en una definición generalizada para los modos LG que aprovechan la libertad para seleccionar sus escalas radiales.
Exploding dissipative solitons in reaction-diffusion systems /
(Descalzi Muñoz, Orazio) Descalzi Muñoz, Orazio
Mostramos que la explosión de solitones disipativos puede surgir en un sistema de reacción-difusión para una gama de parámetros. En función de un parámetro de vorticidad, observamos una secuencia de transiciones desde estados oscilatorios localizados a través de serpenteantes solitones disipativos a solitones disipativos explosivos que se propagan en una dirección durante mucho tiempo seguido por la cascada inversa de vuelta a estados localizados oscilantes. Si bien los solitones disipativos explosivos se conocen por la ecuación de Ginzburg-Landau del complejo cúbico-quíntico (CGL), la propagación de solitones disipativos explosivos parece requerir que exista un sistema de simetría más baja.
Fisher information properties /
(Zegers Fernández, Pablo) Zegers Fernández, Pablo
Se presenta un conjunto de propiedades de información de Fisher para trazar un paralelo con propiedades similares de la entropía diferencial de Shannon. Las propiedades ya conocidas se presentan junto con otras nuevas, que incluyen: (i) una generalización de información mutua para información de Fisher; (ii) una nueva prueba de que la información de Fisher aumenta bajo condicionamiento; (iii) mostrar que la información de Fisher disminuye en las cadenas de Markov; y (iv) error de estimación encuadernada utilizando información de Fisher. Este último resultado es especialmente importante, porque completa la desigualdad de Fano, es decir, un límite inferior para el error de estimación, que muestra que la información de Fisher se puede utilizar para definir un límite superior para este error. De esta manera, se muestra que la entropía diferencial de Shannon, que cuantifica el comportamiento de la variable aleatoria, y la información de Fisher, que cuantifica la estructura interna de la función de densidad que define la variable aleatoria, se pueden utilizar para caracterizar el error de estimación.
Front Instabilities Can Reverse Desertification /
(Fernández-Oto, Cristián) Fernández-Oto, Cristián
Los procesos de degradación en los sistemas vivos a menudo tienen lugar gradualmente por propagación frontal. Un contexto importante de tales procesos es la pérdida de productividad biológica en las tierras secas o la desertificación. Utilizando un modelo de vegetación de tierras secas, analizamos la estabilidad y la dinámica de los frentes de desertificación, identificamos inestabilidades frontales lineales y no lineales, y destacamos la importancia de estas inestabilidades para inducir la auto-recuperación. Los resultados se basan en la derivación y el análisis de una ecuación de amplitud universal para sistemas vivos formadores de patrones para los cuales las inestabilidades no uniformes no pueden emerger del estado no viable (cero). Por lo tanto, los resultados pueden ser aplicables a otros contextos de materia animada donde los procesos de degradación ocurren por propagación frontal.
Integrating tsunami simulations in web applications using BROWNI, an open source client-side GPU-powered tsunami simulation library
(Echeverría, A) Echeverría, A
Intermittent explosions of dissipative solitons and noise-induced crisis /
(Cisternas Elgueta, Jaime) Cisternas Elgueta, Jaime
Los solitones disipativos muestran una variedad de comportamientos no exhibidos por sus contrapartes conservadoras. Por ejemplo, un solitón disipativo puede permanecer localizado durante un largo período de tiempo sin grandes cambios de perfil, luego crecer y volverse más amplio por un corto tiempo, explotar y volver al perfil espacial original después. Aquí consideramos la dinámica de los solitones disipativos y la aparición de explosiones en detalle. Al utilizar el modelo complejo unidimensional de Ginzburg-Landau y ajustar un solo parámetro, mostramos cómo la aparición de explosiones tiene firmas generales de intermitencia: los períodos de tiempo entre explosiones son irregulares incluso en ausencia de ruido, pero su valor medio está relacionado con la distancia a la criticidad de una ley de potencia. Conjeturamos que estas explosiones son una manifestación de crisis de fusión de atractores, como el continuo de solitones localizados inducidos por la simetría de traducción se conecta mediante trayectorias de corta duración, formando un atractor deslocalizado. A medida que se agrega ruido aditivo, el sistema extendido muestra la misma escala encontrada por los sistemas de baja dimensión que exhiben crisis.
Mining EEG with SVM for Understanding Cognitive Underpinnings of Math Problem Solving Strategies /
(Bosch, Paul) Bosch, Paul
Hemos desarrollado una nueva metodología para examinar y extraer patrones de la actividad eléctrica cerebral mediante el uso de técnicas de extracción de datos y aprendizaje automático. Los datos se recopilaron de experimentos centrados en el estudio de procesos cognitivos que podrían evocar diferentes estrategias específicas en la resolución de problemas matemáticos. Se construyó un problema de clasificación binaria utilizando correlaciones y sincronización de fase entre diferentes canales electroencefalográficos como características y, como etiquetas o clases, los rendimientos matemáticos de los individuos que participan en experimentos especialmente diseñados. La metodología propuesta se basa en el uso de procedimientos bien establecidos de selección de características, que se utilizaron para determinar el tamaño adecuado de la red funcional del cerebro relacionado con las estrategias de resolución de problemas matemáticos y también para descubrir los enlaces más relevantes en esta red sin incluir conexiones ruidosas ni excluir elementos significativos.
Multiplicative noise can lead to the collapse of dissipative solitons /
(Descalzi Muñoz, Orazio) Descalzi Muñoz, Orazio
Investigamos la influencia del ruido multiplicativo espacialmente homogéneo en la formación de patrones en el marco de la ecuación de Ginzburg-Landau complejo cúbico-quíntico. Encontramos que por suficiente ruido multiplicativo grande se suprime la formación de solitones disipativos estacionarios y temporalmente periódicos. Este resultado se caracteriza por una relación lineal entre el parámetro de bifurcación y la amplitud de ruido requerida para la supresión. Para el régimen asociado con la explosión de solitones disipativos, encontramos una reducción en el númerode explosiones para una mayor intensidad de ruido, así como una conversión a otros tipos de solitones disipativos o al rellenoy eventualmente un colapso a la solución cero.
Noisy localized structures induced by large noise /
(Descalzi Muñoz, Orazio) Descalzi Muñoz, Orazio
Investigamos la influencia del gran ruido en la formación de patrones localizados en el marco de la ecuación de Ginzburg-Landau complejo cúbico-quíntico. La interacción de la localización y el ruido puede conducir al relleno o estructuras localizadas ruidosas para una intensidad de ruido fija. Para centrarnos en la interacción entre el ruido y la localización, cubrimos una región en el espacio de parámetros, en particular, la subcriticidad, para la cual no existen pulsos deterministas estacionarios. Se describen posibles pruebas experimentales del trabajo presentado para reacciones químicas autocatalíticas y sistemas bioinspirados.
On a quasi-wavelet model of refractive index fluctuations due to atmospheric turbulence /
(Perez, Darío G) Perez, Darío G
Cuando se estudia la propagación de la luz a través de la atmósfera, es habitual confiar en espectros ampliamente utilizados, como el von Kármán modificado o Andrews-Hill. Estos son modelos relativamente manejables para las fluctuaciones del índice de refracción, y se utilizan principalmente debido a su conveniencia matemática. Describen correctamente el comportamiento de las fluctuaciones en el rango de inercia, pero carecen de cualquier base física fuera de este rango. En los últimos años, se han construido desviaciones de la teoría de Obukhov-Kolmogorov (por ejemplo, interminencia, turbulencia parcialmente desarrollada, etc.) sobre estos modelos a través de la introducción de leyes arbitrarias de poder espectral. Aquí presentamos un modelo cuasi-wavelet para las fluctuaciones del índice de refracción que se basa en una representación fenomenológica de la cascada de Richardson. Bajo este modelo, el índice de refracción atmosférica tiene una representación espectral correcta para el rango de inercia, se comporta como se espera fuera de él e incluso da cuenta para el comportamiento no Kolmogorov; además, tiene estadísticas no gaussianas. Finalmente, podemos producir momentos de segundo orden bajo la aproximación de Rytov para la fase compleja; estimamos el ángulo de llegada como un ejemplo de aplicación.
Orbital-angular-momentum crosstalk and temporal fading in a terrestrial laser link using single-mode fiber coupling /
(Funes, Gustavo) Funes, Gustavo
Usando un banco de pruebas experimental móvil, realizamos una serie de mediciones en la detección de rayos láser portadores de ángulo orbital impulso (OAM) para evaluar las distorsiones turbulentas del canal y la diafonía entre los estados receptores en un enlace óptico techado de 84 m. Encontramos que un conjunto de receptor que utiliza acoplamiento de fibra monomodo sirve como un buen selector de señalen términos de rechazo de diafonía. De las formas de onda del canal temporal registradas,estimamos los perfiles de diafonía promedio y proponemos una función de densidad de probabilidad apropiada para las fluctuaciones de la señal OAM detectada. Se describen medidas adicionales de diafonía OAM para un enlace horizontal de 400 m establecido en nuestro campus.
Parallel-distributed model deformation in the fingertips for stable grasping and object manipulation /
(García-Rodríguez, Rodolfo) García-Rodríguez, Rodolfo
El estudio sobre el agarre humano ha inspirado la robótica en las últimas décadas, lo que ha resultado en mejoras de rendimiento de las manos robóticas. Sin embargo, las manos robóticas actuales no tienen la destreza suficiente para ejecutar tareas complejas. Reconociendo este hecho, las yemas de los dedos suaves con forma hemisférica y modelos de deformación han renovado la atención de los robotistas. Un contacto de alta fricción para evitar el deslizamiento y la contribución de rodadura entre el objeto y los dedos son algunas características de las yemas suaves de los dedos que son útiles para mejorar la estabilidad de agarre. En este artículo, el modelo de deformación distribuida paralela se utiliza para presentar el modelo dinámico de los dedos de punta blanda con n grados de libertad. En base a las posiciones angulares conjuntas de los dedos, se propone un esquema de control que fusiona un agarre estable y la manipulación del objeto en una señal de control única. Las condiciones de cierre forzado se definen para garantizar un agarre estable y se prueba la acotación de las señales de bucle cerrado. Además, la convergencia de la fuerza de contacto a su valor deseado está garantizada, sin ninguna información sobre el radio de la punta del dedo. Se proporcionan resultados de simulación para visualizar el agarre estable y la manipulación de objetos, evitando el efecto de gravedad.

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