Ultrasounds for Biological Applications and Materials Science

FPU 2018. Ofertamos tres líneas de investigación para tesis doctoral

 

Objeto (según convocatoria):  Ayudas destinadas a la formación investigadora
en programas de doctorado para la consecución del título de Doctor/a y la adquisición de
competencias docentes universitarias en cualquier área del conocimiento científico, que
faciliten la futura incorporación de las personas beneficiarias al sistema español de
educación superior, y de investigación científica (ayudas FPU).

Nota mínima:

Notas_FPU_2018

Convocatoria: LINK

Plazo: Hasta el 29 de octubre de 2018 a las 14:00

Mas información en CSIC

Líneas ofertadas:

  1. Influencia de aspectos microestructurales de un tejido en la relación contenido de agua-turgencia-elasticidad: estudio mediante espectroscopía ultrasónica resonante
  2. Extracción de propiedades elásticas y viscoelásticas de materiales compuestos y/o complejos a partir de medidas de espectroscopía ultrasónica resonante sin contacto.
  3. Transductores piezoeléctricos incorporando nuevos materiales: diseño, fabricación y optimización para nuevas aplicaciones.

 

1. Influencia de aspectos microestructurales de un tejido en la relación contenido de agua-turgencia-elasticidad: estudio mediante espectroscopía ultrasónica resonante

El grupo en el que se enmarca este trabajo de tesis doctoral es pionero en el desarrollo y aplicación de la espectroscopía ultrasónica sin contacto que es fruto de la tecnología de transductores piezoeléctricos acoplados al aire y de algoritmos inteligentes para solución del problema inverso desarrollados o implementados en el grupo.

Esta técnica permite determinar de forma no invasiva y sin contacto propiedades elásticas y viscoelasticas de materiales cuyo estudio es difícil: tejidos biológicos, materiales ligeros, soft matter, etc.  En tejidos vegetales, esto permite estudiar el efecto del agua y del módulo elástico de las células en la presión de turgencia y cómo se ve ésta afectada por factores relacionados con la función del tejido: forma celular y su arreglo espacial.

Una importante ventaja es que la técnica permite determinar diferencias de módulo elástico entre los tejidos componentes de estructuras laminares (muy comunes tanto en el reino animal como vegetal) y cómo esto introduce un desequilibrio en la variación de la presión de turgencia. Esto permite un enfoque totalmente novedoso y rompedor comparado con las técnicas existentes en la actualidad que son siempre destructivas y siempre consideran el tejido como un todo homogéneo (cámara de Scholander), o bien son excesivamente microscópicas (AFM o técnicas de modelado por elementos finitos)

Las características morfológicas del tejido se estudian de forma directa mediante técnicas de imagen: microscopía óptica (tejido en su conjunto) Cryo-SEM (distribución celular en de los tejidos) y TEM para el estudio individualizado de las células y de la pared celular. Estas propiedades se cruzan con los resultados obtenidos de la técnica ultrasónica (módulos elásticos y viscoelásticos) para diferentes niveles de potencial hídrico, para entender la relación entre función-microestructura-propiedades macrocópicas.

El presente trabajo se enmarca en una línea de colaboración del grupo con otros grupos de fisiología vegetal que ya ha dado lugar a dos tesis en colaboración y que ofrece un marco excelente de colaboración y formación en un entorno multidisciplinar.

2. Extracción de propiedades elásticas y viscoelásticas de materiales compuestos y/o complejos a partir de medidas de espectroscopía ultrasónica resonante sin contacto.

El grupo en el que se enmarca este trabajo de tesis doctoral es pionero en el desarrollo y aplicación de la espectroscopía ultrasónica resonante sin contacto que es fruto de la tecnología de transductores piezoeléctricos acoplados al aire y de algoritmos inteligentes para solución del problema inverso desarrollados o implementados en el grupo.

El objetivo de esta tesis es avanzar en las posibles aplicaciones de esta técnica para abordar casos no considerados hasta la fecha y que resultan de gran interés aplicado:

  1. Materiales compuestos en forma de lámina estratificada, Fundamentalmente materiales en estructura sándwich.
  2. Generación simultánea de modos longitudinales y de cizalla para la determinación completa de las propiedades elásticas de medios isótropos.
  3. Estudio de medios dispersivos: viscoelasticidad
  4. Materiales anisótropos.

Todos estos casos relacionados con proyectos o contratos de investigación en marcha con financiación pública o privada que permitirán al doctorando enriquecer su trabajo con aplicaciones concretas ya en marcha, ofreciendo medios y posibilidades de aplicar el trabajo desarrollado. En particular, estos materiales y la aplicación de esta técnica son de gran interés en campos tan diversos como la aeronáutica, la ingeniería aeroespacial, la tecnología de alimentos o la agricultura de precisión.

El trabajo tendrá una parte experimental de toma de medidas y otra teórica de implementación de modelos de propagación ultrasónica en los materiales a estudiar y una última computacional de implementación de algoritmos de solución del problema inverso. Ya se dispone de algoritmos basados en la técnica del descenso por el gradiente y del recocido simulado (simulated annealing) y se espera abordar otras como algoritmos de enjambre (p.e. particle swarm optimization) o algoritmos evolutivos.

3. Transductores piezoeléctricos incorporando nuevos materiales: diseño, fabricación y optimización para nuevas aplicaciones.

El grupo en el que se enmarca este trabajo de tesis doctoral es pionero en el desarrollo y aplicación de transductores ultrasónicos piezoeléctricos acoplados al aire que presentan una combinación excepcional de ancho de banda y sensibilidad.

Estos transductores otorgan al grupo de investigación una posición privilegiada a nivel mundial para el desarrollo de aplicaciones donde este tipo de transductores son imprescindibles: industria aeronáutica y aeroespacial, tecnología de alimentos, agricultura de precisión, caracterización de nuevos materiales, etc.

El trabajo de tesis propuesto, se en marca en una de la líneas medulares de trabajo del grupo de investigación y se refiere a la optimización, desarrollo e implementación de nuevos transductores de este tipo. La novedad radica en:

  1. El tipo de aplicación. Aplicaciones no consideradas hasta la fecha que demandan aspectos del transductor (bien robustez, o tamaño, o modo de operación, geometría de campo, o alguna otra característica) novedosos hasta la fecha.
  2. El tipo de materiales empleados. Siendo los materiales un aspecto fundamental en este tipo de transductores, la continua aparición de nuevos materiales que pueden ser útiles (tanto activos como pasivos) requieren de su estudio y de su evaluación para determinar la conveniencia de incorporarlos a la tecnología actual.

Además, se desarrollaran técnicas de optimización complementarias a las disponibles actualmente, basadas en algoritmos inteligentes (meteheuristicos), que contemplen optimización discreta, optimización bajo fuertes restricciones y optimización multiobjetivo.

Estos transductores se están empleando en diversos proyectos ya en marcha en el grupo en relación con la industria aeronáutica, el control de calidad en alimentos o la determinación del contenido de agua en tejidos vegetales, que darán un contexto privilegiado al trabajo de tesis y oportunidades complementarias a la formación del propio proyecto de investigación aquí planteado.

 

 

 

 

 

 

 

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This entry was posted on October 16, 2018 by in Uncategorized.
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