Abstract: The Associated linear equations (ALEs) are parametric models of the Volterra operators. With them, a Volterra inverse is constructed to be used as open loop control of continuous nonlinear systems. However, most of the actual control systems are of discrete nature, this work introduces the novel discrete version of the ALEs. This discrete version is a series of ARX models of the Volterra operators for both the direct and the inverse series. These discrete models of the ALEs are used for an equalization strategy to create an open loop control on a reported simulated Duffing Oscillator and a physical Duffing system constructed by analog circuits.

Abstract: The recent proliferation of sensors technology applications in therapies to children disabilities to promote positive behavior among such children has produced optimistic results in developing a variety of skills and abilities in them. Dolphin-Assisted Therapy (DAT) has also become a topic of public and research interest for these disorders intervention and treatment. This work exposes the development of a computational system that controls brain-computer interaction when a patient with different abilities takes a DAT. The study was carried out at Definiti Ixtapa, Guerrero facilities and shows that brain activity increases by 376 % during a DAT. A TGAM1 sensor was used to develop the system, which is connected to the Bluetooth 4.0 communication protocol, which is isolated from environmental conditions, which is brackish and humid. In this way, we explore the behavior of Obsessive Compulsive Disorder and neurotypic children using Fast Fourier Transform (FFT) from Electroencephalogram (EEG). The EEG RAW data are time series that showed the cerebral brain activity, voltage versus time, at rest and during a DAT for both children, as recorded by the first frontopolar electrode (FP1) by means of an EEG biosensor TGAM1 Module. Our findings indicate that this computational system measures the RAW EEG fluctuations during DAT display a collective behavior with positive increments of neuronal activity that could be followed by much more neural activity. Thus, the brain could react to DAT gradually over a period of time. In addition, the patient with OCD gets an apparent relaxation since its Power Spectrum Density (PSD) decreases 20 % regarding its initial rest state meanwhile the control patient increases its PSD 53 % regarding its initial rest state.

Resumen: La reciente proliferación de aplicaciones tecnológicas de sensores en terapias a niños con capacidades diferentes, que promueve un comportamiento positivo entre estos niños, ha generado resultados alentadores en el desarrollo de una variedad de habilidades y capacidades en los mismos. La terapia asistida por delfines (TAD) también ha llegado a ser una cuestión de interés público y para los científicos por el tipo de desórdenes que ayuda a tratar. En este trabajo se presenta el desarrollo de un sistema computacional que controla la interacción cerebro-computadora cuando un paciente con diferentes capacidades se somete a una TAD. El estudio se efectuó en las instalaciones del delfinario Delfiniti, ubicado en Ixtapa, Guerrero, México; dicho estudio señala que la actividad cerebral del paciente se incrementó 376 % durante la TAD. Para el desarrollo del sistema se utilizó un sensor TGAM1, el cual se conectó al protocolo de comunicación Bluetooth 4.0, aislándolo de las condiciones ambientales de humedad y agua salada. De esta forma, se exploró el comportamiento de un niño con Trastorno Obsesivo Compulsivo (TOC) y de un niño neurotípico (de control), aplicando para ello la transformada rápida de Fourier (FFT) para el análisis de los electroencefalogramas (EEG) de ambos niños, a través de los cuales se registró su actividad cerebral. Dichos EEG se estudiaron como series de tiempo de voltaje contra tiempo en reposo y durante la TAD, según lo registrado por el primer electrodo frontopolar (FP1) mediante un biosensor EEG TGAM1. Los hallazgos indican que el sistema desarrollado es capaz de medir las fluctuaciones en los EEG durante la TAD, las cuales despliegan un comportamiento colectivo con incrementos positivos en la actividad cerebral de ambos niños que son seguidos por mucha mayor actividad cerebral. Por ende, el cerebro reacciona gradualmente a la TAD en cierto periodo de tiempo. Asimismo, el paciente con TOC alcanzó una aparente relajación, ya que su Densidad del Espectro de Potencia (DEP) decreció 20 %, con respecto a su condición inicial de reposo, mientras que el paciente de control aumentó su DEP 53 %, con respecto a su condición inicial de reposo.

Abstract This paper presents a synthesis of a spherical parallel manipulator for a shoulder of a seven-degrees-of-freedom prosthetic human arm using a multi-objective optimization. Three design objectives are considered, namely the workspace, the dexterity, and the actuators torques. The parallel manipulator is modelled considering 13 design parameters in an optimization procedure. Due to the non-linearity of the design problem, genetic algorithms are implemented. The outcomes show that a suitable performance of the manipulator is achieved using the proposed optimization.

One of the methods for the design of a ball mill is Bond method. In this type of machine operating conditions are critical and any change affects your design. In this paper a numerical program (BM-Crush) was developed with the purpose of providing a tool for the design of a ball mill using the following methodology: (1) the sizing of the mill was estimated using the method of Bond (2) the equations of motion were used to estimate the mechanical power (3) failure theory of Von Mises and fatigue resistance was used in order to obtain the thickness their wall, and (4). The Finite Element Method was used to evaluate the structural integrity of mill. For this purpose were obtained the stress field of Von Mises and the 5 first modes of vibration. With all this. Evaluating the structural integrity of a ball mill was obtained using a hybrid algorithm that employs equations Bond, and moreover, subroutines mechanical design equations are implemented. All this combined with the finite element method

Uno de los métodos para el diseño de un molino de bolas es el de Bond. En este tipo de máquinas las condiciones de operación son críticas y cualquier cambio influye en su diseño. En este trabajo se desarrolló un programa numérico (BM-Crush) con el propósito de contar con una herramienta para el diseño de un molino de bolas siguiendo la siguiente metodología: (1) se estimó el dimensionamiento del molino usando el método de Bond, (2) se emplearon las ecuaciones de movimiento para estimar la potencia mecánica (3) se utilizó la teoría de falla de Von Mises y de resistencia a la fatiga con el fin de obtener el espesor de sus paredes, y (4). El Método del Elemento Finito fue empleado para evaluar la integridad estructural del molino. Para esto se obtuvieron los campos de esfuerzos de Von Mises y los 5 primeros modos de vibración. Con todo esto. Se obtuvo la evaluación de la integridad estructural de un molino de bolas, al combinar un algoritmo híbrido, que por un lado emplea las ecuaciones de Bond y por otra parte se implementan subrutinas de ecuaciones de diseño mecánico. Todo esto en conjunto con el método del elemento finito

Currently available in public transportation the need to constantly replace brake Pasta factor mainly due to wear and for safety reasons. This paper proposes to create the basis for the overall design of a prototype machine capable of re- use and reduce the size of the brake pastas public transport that are out of use to be used as the main agent in a slurry. This paste is used as insulation material in construction, covering walls and ceilings, also in the development of solid base paving streets. To implement this proposal using the method of Bond blocks in order to estimate the initial size of the mill and the necessary power through the creation of a BM- Crush numerical program, thus avoiding pilots to build mills where this is possible. The main results obtained are the general methodology for calculating the mechanical power and the necessary dimensions of the mill based on any changes in the initial conditions of operation, as well as the distribution of the grinding media and their sizing. Critical velocity is estimated on this basis established the optimal speed at which to rotate the ball mill.

Actualmente existe en el trasporte público la necesidad de reemplazar constantemente las pastas de freno debido principalmente al factor de desgaste y por razones de seguridad. En este trabajo se propone crear las bases del diseño general de una máquina prototipo capaz de re-utilizar y reducir el tamaño de las pastas de freno del transporte público que están fuera de uso para ser empleadas como agente principal en una mezcla pastosa. Esta pasta se utilizará como material aislante en construcciones, recubrimiento de paredes y techos, así mismo en la elaboración de pavimentación en base sólida de calles. Para llevar a cabo esta propuesta se hace uso del método de Bond con el objetivo de estimar las dimensiones iniciales del molino y la potencia necesaria, mediante la creación de un programa numérico BM-Crush, evitando con esto construir molinos pilotos hasta donde esto es posible. Entre los principales resultados se obtiene la metodología general para calcular la potencia mecánica y las dimensiones necesarias del molino con base a cualquier cambio en las condiciones iniciales de operación, así como la distribución de los medios moledores y sus dimensionamiento. Se estima la velocidad crítica, estableciéndose con base en esto la velocidad optima con la que debe girar el molino de bolas.

Resumen El ritmo de vida actual, tanto sociocultural como tecnológico, ha desembocado en un aumento de enfermedades y padecimientos que afectan las capacidades físico-motrices de los individuos. Esto ha originado el desarrollo de prototipos para auxiliar al paciente a recuperar la movilidad y la fortaleza de las extremidades superiores afectadas. El presente trabajo aborda el diseño de una estructura mecánica de un exoesqueleto con 4 grados de libertad para miembro superior. La cual tiene como principales atributos la capacidad de ajustarse a la antropometría del paciente mexicano (longitud del brazo, extensión del antebrazo, condiciones geométricas de la espalda y altura del paciente). Se aplicó el método BLITZ QFD para obtener el diseño conceptual óptimo y establecer adecuadamente las condiciones de carga de servicio. Por lo que, se definieron 5 casos de estudio cuasi-estáticos e implantaron condiciones para rehabilitación de los pacientes. Asimismo, mediante el Método de Elemento Finito (MEF) se analizaron los esfuerzos y deformaciones a los que la estructura está sometida durante la aplicación de los agentes externos de servicio. Los resultados presentados en éste trabajo exhiben una nueva propuesta para la rehabilitación de pacientes con problemas de movilidad en miembro superior. Donde el equipo propuesto permite la rehabilitación del miembro superior apoyado en 4 grados de libertad (tres grados de libertad en el hombro y uno en el codo), el cual es adecuado para realizar terapias activas y pasivas. Asimismo, es un dispositivo que está al alcance de un mayor porcentaje de la población por su bajo costo y fácil desarrollo en la fabricación.

Abstract The pace of modern life, both socio-cultural and technologically, has led to an increase of diseases and conditions that affect the physical-motor capabilities of persons. This increase has originated the development of prototypes to help patients to regain mobility and strength of the affected upper limb. This work, deals with the mechanical structure design of an exoskeleton with 4 degrees freedom for upper limb. Which has the capacity to adjust to the Mexican patient anthropometry (arm length, forearm extension, geometry conditions of the back and the patient's height) BLITZ QFD method was applied to establish the conceptual design and loading service conditions on the structure. So, 5 quasi-static cases of study were defined and conditions for patient rehabilitation were subjected. Also by applying the finite element method the structure was analyzed due to service loading. The results presented in this work, show a new method for patient rehabilitation with mobility deficiencies in the upper limb. The proposed new design allows the rehabilitation of the upper limb under 4 degrees of freedom (tree degrees of freedom at shoulder and one at the elbow), which is perfect to perform active and passive therapy. Additionally, it is an equipment of low cost, which can be affordable to almost all the country population.

Los especímenes porcinos han demostrado ser una excelente opción para la experimentación de la columna vertebral, ya que tanto anatómica como biomecánicamente tienen similitudes con los humanos. No obstante, existen diferencias que deben ser tomadas en cuenta cuando se comparan ambos especímenes. El objetivo de este estudio es realizar pruebas de compresión axial a Unidades de Columna Anterior (UCA's) y a Unidades Funcionales (UF's) del segmento lumbar porcino L3-L4, para determinar el coeficiente de rigidez y comparar los resultados obtenidos con la información encontrada en la literatura para el caso humano. Los resultados mostraron que las UF's soportan aproximadamente un 22% más de carga en comparación con las UCA's, lo cual se aproxima al 18% encontrado para el caso humano. Se concluye por lo tanto, que principalmente características como la morfometría vertebral, influye de manera directa en las propiedades mecánicas de las UCA's y las UF's.

Porcine specimens have proven to be an excellent option for experimental studies of the spine, due to the anatomically and biomechanically similarities with that of the human; however, there are differences that should be taken into account when comparing both specimens. The objective of this study is to determine the stiffness coefficient of the L3-L4 lumbar porcine segment by means of axial compression tests performed on Anterior Column Units (ACU's) and Functional Spinal Units (FSU's), in order to compare the results obtained with the information found in the literature for the human case. The results showed that the FSU's support approximately 22% more load compared to ACU's, which approximates to the 18% found for the human case. It can be concluded that characteristics such as the vertebrae morphometry has a direct impact on the mechanical properties of the ACU's and the FSU's.

El desgaste de los insertos de Polietileno de Ultra-Alto Peso Molecular (UHMWPE pos sus siglas en inglés) continúa afectando la longevidad de las prótesis totales de rodilla (PTR) junto con el aflojamiento aséptico, y ambos constituyen las dos principales causas de falla de las prótesis. Considerando esto, es necesario encontrar soluciones adecuadas para evitar el desgaste excesivo y hasta la ruptura de los insertos de polietileno. En este trabajo se realizó el estudio mediante simulación numérica de una PTR Scorpio II® Stryker®, la cual se retiró por desgaste del inserto de UHMWPE en el Hospital 1° de Octubre del ISSSTE en México. Se utilizaron las hipótesis de Bartel et al. (1995) y Chillag et al. (1991) para la validación del método numérico utilizado, las cuales establecen que el desgaste del polietileno puede reducirse utilizando insertos tibiales de mayor espesor, lo cual disminuye las presiones de contacto. Los análisis se realizaron mediante MEF variando el espesor del inserto de 6, 8, 10, 12 y 14 mm, suponiendo cargas axiales de tipo cuasi-estático en la articulación a cero grados de flexión, para 1.33 veces el peso de un individuo de 75 kg (736 N) empleando el ciclo normalizado de marcha. Los resultados obtenidos muestran similitud con los reportados por Bei et al. (2004) y Deen et al. (2006). Después de validar el método, se desarrolló el modelo de MEF de la PTR y se determinaron las curvas de esfuerzo y de áreas de contacto del inserto de UHMWPE, con lo que se obtuvo información importante para modificar el diseño y obtener una prótesis de geometría conforme en los planos coronal y sagital del inserto femoral y el inserto de polietileno, de acuerdo con el fenotipo mexicano.

Wear of UHMWPE inserts continues affecting the longevity of total knee replacements (TKR) together with septic loosening, and both constitute two main causes of prosthesis failure. It is necessary to find appropriate solutions to avoid excessive wear and failure of polyethylene inserts. In this work a study was carried out by means of numeric simulation of a Scorpio II® Stryker® TKR, which was retired due to wear of UHMWPE in the Hospital 1° de Octubre of ISSSTE in Mexico city. Hypotheses of Bartel et al. (1995) and Chillag et al. (1991) were used, which settle down that wear of polyethylene can decrease using thicker tibial inserts, which can be reduced contact pressures. Analyses of this work was carried out by means of FEM varying insert thickness of 6, 8, 10, 12 and 14 mm, considered quasi-static axial loads actuating on the articulation with zero degrees of flexion and loads equivalent to 1.33 times of bodyweight of a subject of 75 kg (736 N) was considered. Normalized gait cycle was employed and results obtained are similar to those reported by Bei et al. (2004) and Deen et al. (2006). After validating the method, a model of study case of TKR in FEM was developed and the curves of stress and contact areas of UHMWPE were determined, with which important information was obtained to modify the design, as well as to obtain a prosthesis of optimal conformity in both coronal and sagital planes of the femoral and UHMWPE inserts, in agreement with characteristics of the Mexican phenotype.

En este trabajo se presentan los resultados obtenidos para el establecimiento de los criterios en el diseño de herramientas para la manufactura, mediante la conformación en frío, de elementos mecánicos en acero inoxidable tipo 304. Además, se reportan los valores de dureza que adquieren estas piezas cuando se obtienen por trabajo en frío. Los resultados que se muestran corresponden al rendimiento de herramientas previamente diseñadas y a la manufactura de elementos mecánicos automotrices. El punto de partida para el desarrollo de este trabajo fue la aplicación de criterios de diseño de herramientas que se emplean para la conformación en frío de aceros al Carbón. Como antecedente, este tipo de acero incrementa su dureza cuando es trabajado en frío, lo cual dificulta la fabricación de componentes en serie.

This paper presents results for the establishment of criteria in the design of manufacturing tools by means of cold conformation of mechanical components made of stainless steel type 304. In addition values of hardness acquired by these pieces when they are obtained by cold working are reported. The results presented correspond to the performance of the designed tools and to the manufacture of self-propelling mechanical components. The starting point for the development of this work was to apply design criteria of tools for conformation in cold steels. It is important to keep in mind, that this type of steel increases its hardness when it is worn out in cold, this impedes the manufacture of components in series.

En el presente trabajo se desarrolló un modelo, válido para la simulación de la interacción neumático-suelo, mediante el Método de los Elementos Finitos, que permite investigar los factores que provocan compactación del suelo. Para cumplimentar este objetivo se determinaron las propiedades y parámetros constitutivos del modelo de Drucker Prager Extendido para representar las propiedades del suelo Rhodic Ferralsol. Se desarrolló y validó en condiciones experimentales un modelo en Método de los Elementos Finitos de un neumático 3, 5 x 10; el cual se utilizó para interaccionar con el suelo y formar el modelo de la simulación de la compactación, validándose este en condiciones de laboratorio. La aplicación del modelo permitió hacer recomendaciones para el diseño y administración de la maquinaria agrícola y constituye una base metodológica para la realización de investigaciones sobre el tema.

The soil compaction caused by the machinery traffic is a problem that affects the areas of crop production. The soil compaction modeling allows to implement strategies of soil and machinery management. The objective of this paper is to analyze the main characteristics of the methods used to model soil compaction. The results show that the most precise method for soil compaction modeling is the Finite Elements Method. The models for simulation of the soil compaction differ from those developed to simulate the performance of tires or the vehicle because in contact modeling, the tire is not generally simulated; and the effect of the pressure is only simulated on soil area with conditions established beforehand.

La compactación del suelo provocada por el tránsito de la maquinaria, es un problema que afecta las áreas de producción agrícola. Su modelación permite implementar estrategias de manejo del suelo y la maquinaria. Este trabajo tiene como objetivo analizar las principales características que presentan los métodos empleados para modelar la compactación del suelo. Los resultados muestran que el método más preciso para la modelación de la compactación del suelo es el Método de Elementos Finitos. Los modelos para la simulación de la compactación del suelo difieren de los desarrollados para simular el desempeño de neumáticos o del vehículo debido a que en la modelación del contacto, generalmente el neumático no se representa, sólo se simula el efecto de la presión sobre un área del suelo con forma preestablecida.

En México, la mortalidad debido a enfermedades bronco-respiratorias se ubica en el sexto lugar según datos estadísticos dados por el Instituto Nacional de Enfermedades Respiratorias (INER). Esto genera la necesidad de incrementar la eficiencia en la aplicación de los tratamientos usados para este tipo de patología. Algunos de los métodos utilizados con mayor frecuencia para el tratamiento de estas dolencias hacen uso de micro dispositivos, también conocidos como válvulas endobronquiales. Este es un sistema alternativo que evita cirugías invasivas y logra prolongar e incrementar la calidad de vida de los pacientes. En este trabajo se presenta el análisis del desempeño de la válvula IBV®. Para el desarrollo del estudio numérico se determinaron las dimensiones y propiedades mecánicas del modelo a partir de catálogos del fabricante. Se desarrolló un modelo para el cual se consideraron las propiedades del Nitinol® y Silastic®. Asimismo, se propusieron dos condiciones de operación para la válvula, una anclada en el bronquio y la otra en la condición en la que se encuentra plegada dentro del broncoscopio. Se utilizó el Método del elemento finito (MEF) para simular las condiciones de trabajo de la válvula. Los resultados encontrados muestran el funcionamiento estructural y el nivel de los esfuerzos generados en el implante durante el ciclo de respiración forzada del individuo. Además, se proporcionan las bases para generar un nuevo dispositivo que pueda emular el funcionamiento de este tipo de implantes y aumente la eficiencia del tratamiento de dicha patología.

In Mexico, the mortality rate due to bronchial respiratory sickness is placed in the sixth position, according to statistics from the National Institute of Breathing Sickness (INER), so it is convenient to increment the efficiency of treatments for those pathologies. The intrabronchial valve is a recommended alternative method; being it main objective to avoid invasive surgery and increase the time and quality of patient´s life. Within this work a biomechanical analysis of an IBV® valve is carried out. Regarding the numerical analysis, the dimensions and mechanical properties of the valve were proposed based on catalogues published by the manufacturer as more reliable information was not available in the open literature. As a result, a new model was developed in which both materials Nitinol® and Silastic® are considered as the main valve materials. The proposed working conditions assume that the valve is implanted in folded form at the bronchus and then anchored when it is unfolded. Finite Element Method (FEM) was used to simulate the proposed working conditions. Results obtained show the structural performance and the level of stress generated in the implant during the breathing cycle. In addition, it provides the knowledge to generate a new device that could emulate the performance of these implants and develop a more efficient treatment this disease.

En este trabajo, se realizó una evaluación de la integridad estructural de componentes cilíndricos agrietados sujetos a presión interna. Para este efecto, se consideraron dos tipos de falla. La frágil fue evaluada bajo criterios de Mecánica de la Fractura y la dúctil se calculó con análisis plástico. Para este efecto, se desarrollaron y aplicaron tres diferentes metodologías. Por lo que se implementó el programa EVTUBAG (Evaluación de Tubería Agrietada), en el cual se consideran tres procedimientos, propuestos por Ruiz y Corran, ASME y Raju-Newman. En este artículo se describe la aplicación de este programa y se analizan los resultados relevantes obtenidos.

In this paper, the assessment of the structural integrity of pressurized cylindrical components containing defects like cracks was performed, considering two types of failures. Brittle failure was evaluated considering Fracture Mechanics and ductile failure was calculated with a plastic analysis. For this purpose, three methods were used. Accordingly, the program EVTUBAG (evaluation of cracked pipe by its initials in Spanish) was written considering the methodologies proposed by Ruiz and Corran, ASME and Raju-Newman. This paper describes this program and relevant results are discussed.

La espectroscopia mediante celda fotoacústica diferencial (CFD) tiene la capacidad de medir in situ el desarrollo de diversos procesos dinámicos, entre otros la difusión de agua a través de una membrana. Mediante esta técnica se realizó el estudio de permeación de agua en huesos de rata Wistar sanos y descalcificados. Los huesos descalcificados fueron tratados mediante estimulación electromagnética a fin de evaluar la actividad celular en el hueso y, en su caso, detener la descalcificación del mismo. En este trabajo fue posible determinar la viabilidad de la CFD para la evaluación de densidad ósea indirectamente, siendo posible efectuar la evaluación in situ de permeación de agua, así como la cantidad de agua retenida en la estructura ósea al finalizar las pruebas en CFD.

Differential photoacoustic cell (DPC) spectroscopy is able to measure the development of several dynamic processes in situ, such as water diffusion through a membrane. This technique was used for studying water permeation in healthy and decalcified Wistar rat bones. Decalcified bones were given electromagnetic stimulation to evaluate cell activity in bone and attempt to detain decalcification. It was possible to determine the viability of applying DPC for indirectly evaluating bone density in situ, as well as the amount of water retained within bone structure.