Líneas y resultado de investigación

Lineas de Investigación

El Programa de Doctorado en Ingeniería de Sistemas Electrónicos está soportado por la actividad de cuatro grupos de investigación principales, compuesto de personas pertenecientes al Dpto. de Ingeniería Electrónica y/o el Instituto de Sistemas Optoelectrónicos y Microtecnología (ISOM), entidades promotoras y de apoyo del mencionado Programa. Así, el sustrato fundamental son los grupos de investigación:

• Laboratorio de Sistemas Integrados (LSI) [1]
• Grupo de Electrónica de Alta Velocidad (HISEL)/ISOM [2]
• Grupo de Tecnología del Habla y Aprendizaje Automático (GTH) [3]
• Grupo de Tecnología de Imágenes Biomédicas (BIT) [4]

La labor de investigación de los alumnos de Doctorado se enmarca por lo tanto en el trabajo que se desarrolla en el seno de estos grupos de Investigación. Adicionalmente cuenta con la colaboración de profesores de otras instituciones, tal y como se indica en varios apartados de esta solicitud.
En lo que sigue se hará una breve descripción de las líneas de investigación de cada grupo y los principales proyectos llevados a cabo por el mismo (los resultados pueden verse en forma de publicaciones y Tesis en los apartados correspondientes de esta solicitud). Se indican también los profesores del Programa que forman parte de los grupos, si bien algunos profesores proceden de otros Departamentos y no están, por tanto, incluidos en ninguno de ellos, aunque colaboren habitualmente en proyectos de I+D). Se señalan las asignaturas impartidas por este profesorado y la correspondencia entre la actividad llevada a cabo y los cursos del Programa bajo su responsabilidad. De todo ello se deduce que el programa es la consecuencia directa de una amplia actividad científico-técnica, que ha ido evolucionando y completándose a lo largo de los 30 años en que este Programa, con una u otra denominación, se ha venido impartiendo en el Departamento de Ingeniería Electrónica de la ETSI de Telecomunicación de la UPM, y cuya actividad científica asociada ha alcanzado reconocimiento nacional e internacional.                                                                                                                                    

El antiguo Dpto. de Sistemas Digitales de la ETSIT-UPM fue una sección del Centro Nacional de Microelectrónica entre los años 1985 a 1987. A partir de 1988 se constituyó como Laboratorio de Sistemas Integrados, dentro del Dpto. de Ingeniería Electrónica de la misma Universidad.

No obstante, las actividades del LSI, de hecho, se iniciaron en 1981, focalizando su actividad en la concepción de arquitecturas digitales para implementar aplicaciones de procesamiento de habla y vídeo en tiempo real. Parte de este trabajo fue realizado en estrecha colaboración con el Grupo de Tecnología del Habla y Aprendizaje Automático (GTH).
A fin de hacer frente a los crecientes requisitos que planteaban las anteriores arquitecturas, en 1983 se amplía la actividad del LSI para cubrir el área del Diseño y Test de circuitos microelectrónicos y herramientas CAE de apoyo a la simulación, diseño y test de dichos circuitos.
En la actualidad el LSI viene realizando actividades de investigación relativas tanto a las tecnologías antes mencionadas como a algunos campos de aplicación de las mismas, entre las que se pueden señalar: sistemas domóticos, sistemas biomédicos y sistemas y servicios inalámbricos.
En lo que sigue se hace un listado de las líneas actuales de investigación:

• Microelectrónica: Diseño de circuitos integrados (ASICs y FPGAs), Herramientas para diseño automático de sistemas electrónicos (EDA), Síntesis de alto nivel de sistemas digitales.
• Diseño de Sistemas en Chip (SoC) y Optimización de consumo: Diseño para baja temperatura y envejecimiento de circuitos (aging). Arquitecturas de procesadores dedicadas, Ayuda del compilador, Herramientas de simulación y estimación de consumo.
• Arquitecturas digitales de altas prestaciones: circuitos de alta velocidad para comunicaciones, Supercomputación basada en coprocesadores con FPGAs y GPUs.
• Sistemas empotrados: Sistemas de prototipado rápido (incorporando DSPs, FPGAs y microPS), Optimización del consumo en sistemas empotrados, Diseño e integración, Diseño de sistemas con tarjetas inteligentes.
• Codiseño hardware/software: Compilación hardware/software, Co-síntesis de sistemas heterogéneos complejos, Especificación de sistemas heterogéneos con lenguajes de programación de propósito general, Sistemas operativos heterogéneos.
• Servicios y aplicaciones en movilidad, seguridad y domótica: Aplicaciones sobre Simtoolkit, Comercio electrónico sobre GSM/Bluetooth, Redes heterogéneas sobre cable (ADSL, RTC), Redes heterogéneas sobre radio de corta distancia (WLAN, Bluetooth), Redes heterogéneas sobre radio de larga distancia (GSM, GPRS), Telemando y telecontrol sobre telefonía móvil GSM/GPRS y redes de cable.

Durante todos estos años, y al amparo de diversos programas de doctorado, el LSI ha venido contribuyendo a la formación avanzada de tercer ciclo.

Tesis defendidas en esta línea

1) Nadal Serrano, José María (2017). Study, design and validation of a framework model for smoke and particle-filled atmospheres. Tesis (Doctoral), E.T.S.I. Telecomunicación (UPM). https://doi.org/10.20868/UPM.thesis.45723 [5].

2) Briongos Herrero, Samira (2019). Analysis and design of microarchitectural side-channel attacks and countermeasures. Tesis (Doctoral), E.T.S.I. Telecomunicación (UPM). https://doi.org/10.20868/UPM.thesis.57557 [6].

3) Corredera Arbide, Alberto (2019). Emotion-Aware Cyber-Physical Systems. Tesis (Doctoral), E.T.S.I. Telecomunicación (UPM). https://doi.org/10.20868/UPM.thesis.62775 [7].

4) Tirado Andrés, Francisco (2020). Methodology for implementation of synchronization strategies for wireless sensor networks. Tesis (Doctoral), E.T.S.I. Telecomunicación (UPM). https://doi.org/10.20868/UPM.thesis.63294 [8].

Las actividades en electrónica de alta velocidad en los comienzos del actual Dpto. de Ingeniería Electrónica se iniciaron en 1974, realizando trabajos de investigación relacionados con la fabricación y caracterización de dispositivos basados en semiconductores III-V y teniendo como especial motivación desde entonces las aplicaciones para comunicaciones, la optoelectrónica y los sensores.

Por iniciativa de este Grupo (HISEL) y con la colaboración de la Comunidad Autónoma de Madrid y de Telefónica, se creó el Instituto de Sistemas Optoelectrónicos y Microtecnología (ISOM), adscrito a la Universidad Politécnica de Madrid (BOCM del 28-3-2000). Actualmente pertenecen a él investigadores y profesores procedentes de los Departamentos de Ingeniería Electrónica y Física Aplicada a las Tecnologías de la Información, de la ETSI de Telecomunicación, y de Ingeniería Química, Industrial y Medio Ambiente, de la ETSI Industriales.

El ISOM tiene sus instalaciones en la planta baja del edificio López Araujo de la Escuela Técnica Superior de Ingenieros de Telecomunicación de la UPM. Consta de 400 m2 de salas limpias, 300 m2 de laboratorios de caracterización con aire acondicionado centralizado, y 200 m2 de laboratorios de instrumentación y electrónica. En el ISOM trabaja un conjunto de 50 investigadores, 1 ingeniero de la Central de Tecnología, 4 técnicos y 1 administrativo. Se trata de un grupo con suficiente masa crítica, cuya labor investigadora se ha venido consolidando durante los últimos años. En particular, los grupos que lo forman han participado en numerosos proyectos de investigación financiados por la Unión Europea durante 20 años.

El objetivo del ISOM es la investigación sobre detección, procesado, transmisión y almacenamiento de información por medio de la Optoelectrónica y la Micro- y Nanotecnología, y la difusión de sus resultados al sector productivo. La formación de profesionales innovadores se realiza mediante su participación en dichas tareas de investigación y desarrollo. A continuación se incluye un listado de las actuales líneas de investigación:
 

• Tecnología epitaxial de semiconductores III-V por haces moleculares (MBE): Detectores de UV para aplicaciones solares, Diodos láser y LED en el azul y ultravioleta basados en GaN, Nanoestructuras para dispositivos optoelectrónicos.
• Emisores y detectores cuánticos en infrarrojo (1.5 ?m): Láseres de QW en 1.5 ?m., Detectores QWIP tricolor., Transistores HEMT de GaN para microondas, Diseño, fabricación y caracterización, Desarrollo de procesos tecnológicos.
• Dispositivos: Electrónicos y nanoelectrónicos de alta velocidad, transistores de alta movilidad electrónica, dispositivos de ondas acústicas superficiales SAW, sensores químicos y microsistemas, integración de dispositivos SAW con fotodetectores y heteroestructuras 2DEG.

Tesis defendidas en esta línea

1) López López, Cristina (2018). Caracterización térmica de nanocintas ferromagnéticas en experimentos de transferencia de espín. Tesis (Doctoral), E.T.S.I. Telecomunicación (UPM). https://doi.org/10.20868/UPM.thesis.50301 [9].

2) Migliorini, Andrea (2018). Spontaneous exchange bias formation driven by a structural phase transition in the antiferromagnetic material. Tesis (Doctoral), E.T.S.I. Telecomunicación (UPM). https://doi.org/10.20868/UPM.thesis.50491 [10].

3) Pérez Jiménez, Marina (2019). Diseño y desarrollo de sistemas basados en dispositivos magnéticos para aplicaciones en espacio y defensa. Tesis (Doctoral), E.T.S.I. Telecomunicación (UPM). https://doi.org/10.20868/UPM.thesis.57558 [11].

4) Tamayo Arriola, Julen (2019). Infrared intersubband detection and plasmonics with (Zn,Mg)O and (Cd,Zn)O compounds. Tesis (Doctoral), E.T.S.I. Telecomunicación (UPM). https://doi.org/10.20868/UPM.thesis.57422 [12].

5) Gonzalo Martín, Alicia (2019). Structures based on GaAs(Sb)(N) semiconductor alloys for high efficiency multi-junction solar cells. Tesis (Doctoral), E.T.S.I. Telecomunicación (UPM). https://doi.org/10.20868/UPM.thesis.57487 [13].

6) Fandan, Rajveer Singh (2020). Quasiparticles in graphene and other 2D materials: modulation by a Surface acoustic wave and contribution to Coulomb drag. Tesis (Doctoral), E.T.S.I. Telecomunicación (UPM). https://doi.org/10.20868/UPM.thesis.65493 [14].

El Grupo de Tecnología del Habla inició sus actividades en 1980 con trabajos sobre conversión texto-habla. No obstante, en 1978 ya se realizó un prototipo de síntesis en el dominio del tiempo con vocabulario limitado, el cual fue aplicado a una calculadora parlante en español. Dicho proyecto surgió como evolución de actividades previas en el desarrollo de sistemas de ayuda a minusválidos, en especial ciegos, con el objetivo de sustituir la interfaz en Braille por una interfaz "hablada".

El grupo fue evolucionando y desarrollando diversas tecnologías, estando centrado en la actualidad en la investigación y desarrollo en varias áreas de la ciencia y tecnología del habla, en especial síntesis y reconocimiento, aplicaciones de dicha tecnología en el entorno de oficinas, teléfono y ayudas para minusválidos.

A continuación se muestra un listado con cierto detalle de las actuales líneas de investigación:

• Conversión texto-voz: Conversión de voces, Modelado prosódico, Síntesis con emociones.
• Reconocimiento de habla: Medidas de confianza, Reconocimiento en entornos robustos, Reconocimiento de habla aislada, continua, deletreo, Técnicas de adaptación a locutor y la tarea.
• Conversión texto a voz: generación de voces de calidad y generación de voz con emociones.
• Sistemas de diálogo persona-máquina: Iniciativa de la máquina, Iniciativa mixta.
• Indexación de información: detección de locutores en una reunión.
• Identificación de idioma y locutor: detección de la identidad del locutor y del idioma en el que está hablando.
• Procesamiento de Lenguaje Natural: compresión de lenguaje natural y traducción entre lenguas.
• Sistemas de comunicación aumentativa y alternativa: Algorítmica, Interfaces de usuario, Hardware para funcionamiento en tiempo real.
• Sistemas electrónicos con tecnología del habla: Desarrollo algorítmico y experimental de sistemas, Implementación y simulación en tiempo real, Sistemas de reconocimiento de habla, Sistemas para la conversión texto-habla.
• Tecnología de la rehabilitación: Proceso de voz aplicado al diagnóstico, Rehabilitación de problemas de fonación, Métodos de realimentación visual de la voz aplicados a la enseñanza de idiomas, Teléfono de textos para personas sordas.
• Tecnología del habla: Agentes, Aplicaciones en servicios de telecomunicación y oficina, Ayudas a discapacitados, Comprensión de habla, Generación de mensajes hablados, Herramientas de análisis de habla y texto, Identificación de idioma, Identificación/Verificación de locutores, Identificación de la emoción en la voz, Investigación básica en modelos del sistema, auditivo periférico, Redes neuronales, Rehabilitación del habla.

Tesis defendidas en esta línea

1) Zlotnik Enaliev, Alexander (2016). Design and evaluation of analytical tools for emergency department management based on machine learning techniques. Tesis (Doctoral), E.T.S.I. Telecomunicación (UPM). https://doi.org/10.20868/UPM.thesis.43029 [15].

2) Salamea Palacios, Christian Raúl (2018). Diseño y evaluación de técnicas de reconocimiento de idioma mediante la fusión de información fonotáctica y acústica. Tesis (Doctoral), E.T.S.I. Telecomunicación (UPM). https://doi.org/10.20868/UPM.thesis.52506 [16].

3) Coucheiro Limeres, Alejandro (2019). Contributions to Speech and Language processing towards Automatic Speech Recognizers with Evolving Dictionaries. Tesis (Doctoral), E.T.S.I. Telecomunicación (UPM). https://doi.org/10.20868/UPM.thesis.58115 [17].

El Grupo de Tecnología de Imágenes Biomédicas (BIT) se ha consolidado como Grupo de Investigación reconocido por la UPM en el año 2008. Sin embargo, el Grupo ha iniciado sus actividades investigadoras ya en el año 2000, en el marco del Laboratorio de Sistemas Integrados (LSI), contribuyendo al mismo tiempo de forma importante a mejorar los estudios de tercer ciclo. Progresivamente, debido a tener una línea de investigación algo más diferenciada ha comenzado a realizar su investigación de forma independiente.

Las actividades investigadoras del Grupo BIT se enmarcan dentro del campo de la ingeniería biomédica, con especial énfasis en las tecnologías de diagnóstico y observación de la anatomía, fisiología y las situaciones patológicas mediante procesos de imagen médica y molecular. En este marco, el Grupo desarrolla activamente labores de investigación tanto a nivel nacional como internacional, en las siguientes líneas:

• Sistemas de adquisición de datos: diseño y caracterización de cámaras de tomografía por emisión de positrones (positron emission tomography, PET) de alta resolución, principalmente para aplicaciones pre-clínicas o sistemas PET dedicados (Ej., mamografía funcional); diseño de módulos específicos hardware de los sistemas de adquisición de datos PET con enfoque a sistemas completamente digitales (fully digital); diseño y caracterización de componentes de sistemas de imagen por resonancia magnética, etc.
• Métodos y algoritmos de procesamiento de los datos PET: formación de la imagen mediante algoritmos de reconstrucción de imagen; modelado y procesado de los datos a partir de datos PET dinámicos (series temporales); registro y fusión de las imágenes PET funcionales con imágenes de otras modalidades (resonancia magnética, tomografía axial, etc.); corrección de los efectos del movimiento respiratorio en las imágenes obtenidas mediante el empleo de información anatómica mediante tomografía axial y algoritmos específicos (registro elástico, técnicas de super-resolución, etc.)
• Caracterización de la actividad cardiaca mediante imágenes obtenidas por medio principalmente de técnicas avanzadas de ecografía u resonancia magnética, para ayudar a la mejora del diagnóstico de patologías cardiovasculares proporcionando información funcional y cuantitativa del estado de corazón. Especialmente se ha dado énfasis en el estudio del movimiento y de la perfusión del miocardio, para la caracterización y detección de situaciones de isquemia, mediante algoritmos de registro de imagen elásticos y otros métodos desarrollados por los investigadores del Grupo.
• Procesamiento y análisis de imágenes de microscopia dinámica (4D) para investigar el destino celular, el fenómeno por el cual una célula está comprometida a realizar un determinado programa de diferenciación celular como parte del plan corporal del organismo.
• Aplicaciones de las tecnologías de imagen médica y molecular en sistemas de eSalud: sistemas de telemedicina para el diagnóstico remoto y el trabajo colaborativo entre profesionales, herramientas de apoyo al diagnóstico y tratamiento de enfermedades cardiovasculares en centros de atención primaria, etc.

La gran mayoría de los trabajos realizados sobre estas líneas de investigación se están realizando en colaboración estrecha con profesionales médicos y personal especializado de hospitales y clínicas, como por ejemplo la Unidad de Medicina y Cirugía Experimental del Hospital Gral. Universitario "Gregorio Marañón", el Instituto Tecnológico PET, el Hospital Puerta de Hierro. Por otra parte, el Grupo mantiene colaboraciones con una serie de empresas líderes en el sector de las tecnologías biomédicas a nivel nacional, y con un gran número de institutos y centros de investigación biomédica en varios países Europeos.

Tesis defendidas en esta línea

1) Zorraquino Gastón, Carlos (2018). High Performance Data Acquisition for High-Resolution Dedicated TOF-PET Systems. Tesis (Doctoral), E.T.S.I. Telecomunicación (UPM).

2) Gómez Valverde, Juan José (2018). Image processing methods for computer-aided screening for disease. Tesis (Doctoral), E.T.S.I. Telecomunicación (UPM). https://doi.org/10.20868/UPM.thesis.52589 [18].

3) Arroyo-Gallego, Teresa (2020). Automatic psychomotor function quantification in Parkinson’s disease via natural interaction with digital devices. Tesis (Doctoral), E.T.S.I. Telecomunicación (UPM). https://doi.org/10.20868/UPM.thesis.64517 [19].