Proyectos Campus Científicos de Verano CAMPUS UC3M Universidad Carlos III (Madrid)

Transcripción

1 Proyectos Campus Científicos de Verano 2016 CAMPUS UC3M Universidad Carlos III (Madrid) Diseño mecánico asistido por ordenador Institución/Departamento: Universidad Carlos III de Madrid. Escuela Politécnica Superior. Departamento de Ingeniería Mecánica. Área: Ingeniería mecánica. Resumen: Muchos de elementos que nos rodean y facilitan nuestra vida cotidiana, desde los componentes de un vehículo hasta los de un exprimidor de limones, surgen de una necesidad a la que un ingeniero ha dado solución. En el proceso de diseño de cualquiera de estos componentes es necesario tener en cuenta un buen número de factores que hacen que el resultado final sea óptimo desde varios puntos de vista, como el técnico, económico, ergonómico o medioambiental. Por otra parte, el notable aumento de capacidades del computador, y el vertiginoso desarrollo de los programas informáticos han conducido a un espectacular avance de esta técnica, hasta convertirse en lo que es hoy en día: una potente herramienta que permite diseñar y modelar virtualmente objetos en el ordenador como si de cuerpos reales se tratase, además de proporcionar información acerca de las propiedades geométricas y físicas del modelo. Esta técnica es, además, base para estudio virtual (o simulación) del comportamiento del modelo ante fenómenos de diversa índole (movimiento, fuerzas y presiones, transmisión de calor, comportamiento electromagnético...). En el presente proyecto se pretende acercar al participante a este proceso para que descubra qué es una tarea que afecta a todos los campos de la vida diaria y, además, hacerlo mediante el uso del ordenador que lo convierte en un procedimiento muy entretenido y altamente participativo. Para la realización de los casos prácticos se emplearán modelos mecánicos reales. Las sesiones de trabajo en las que participarán los estudiantes que se llevarán a cabo a lo largo del desarrollo del proyecto son las siguientes: 1ª sesión. En la primera parte de la primera sesión se realizará una breve introducción al diseño mecánico y se explicarán las fases del proceso completo del mismo, así como los aspectos que se deben tener en cuenta para conseguir un diseño óptimo. La segunda parte de la primera sesión se dedicará a explicar en qué consiste el Diseño Asistido por Computador (CAD) y se presentará el software Solid Edge, programa de modelado en 3D que se utilizará en las siguientes tres sesiones. Al finalizar esta sesión inicial, los estudiantes que participen en la misma serán capaces de describir el proceso de diseño para elementos cotidianos sencillos, diferenciar un diseño bueno de uno malo, proponer ideas para mejorar diseños de elementos sencillos y trabajar con el software Solid Edge y conocer los entornos pieza y conjunto. 1/8

2 2ªsesión. La segunda sesión del proyecto será completamente práctica y su contenido incluye la explicación y puesta en marcha de las operaciones necesarias para crear y editar entidades con las operaciones básicas de Solid Edge en el entorno pieza y modelización de una pieza completa en tres dimensiones con el software Solid Edge: o o o o Operaciones básicas: Perfiles 2D Acotación y bocetos Edición y visualización 3ª sesión. La sesión del tercer día también será práctica y estará dedicada al modelado de conjuntos formados por varias piezas interrelacionadas entre sí. En primer lugar, se abordará el modelado y la visualización de conjuntos en 3D y, en segundo lugar, se tratará el tema de cómo conseguir la simulación de movimiento de los mismos. La metodología consistirá en que, simultáneamente a la explicación del profesor, el alumno debe ir practicando con el ordenador cada nuevo concepto. Se establecerán relaciones adecuadas entre piezas previamente diseñadas para conseguir conjuntos 3D con Solid Edge en el entorno conjunto. Asimismo, dotarán de movimiento a un conjunto 3D a partir del establecimiento de los movimientos relativos entre sus diferentes piezas. 4ª sesión. En esta sesión se aplicarán individualmente de forma práctica todos los conceptos explicados en las sesiones anteriores. Cada participante tomará un modelo mecánico real sencillo y a partir de él realizará su modelado 3D con el programa de CAD Solid Edge, incluyendo el movimiento relativo entre las piezas del mismo. Los alumnos podrán modelar individualmente las piezas del conjunto real que elijan partiendo de las medidas que tomen ellos mismos en la clase, ensamblar con las relaciones adecuadas las piezas diseñadas para conseguir el conjunto y dotar de movimiento al conjunto modelado. 5ª sesión. En esta última sesión de presentación de los resultados obtenidos con el desarrollo del proyecto, se hará una exposición breve de los objetivos alcanzados y conocimientos adquiridos en el transcurso del curso y los alumnos mostrarán los elementos que hayan diseñado con Solid Edge. Referencias recomendadas - S. CAPUZ y T. GÓMEZ, Alfaomega y Universidad Politécnica de Valencia, Ecodiseño - DIAZ OTERO, J: Modelado 3D con Solid Edge. Imprenta Gonmar. Narón (A Coruña) MENESES ALONSO, J; ÁLVAREZ CALDAS, C; RODRÍGUEZ FERNÁNDEZ, S: Introducción al Solid Edge. Thomson Paraninfo. Madrid /8

3 Diseño de estructuras ligeras Institución/Departamento: Universidad Carlos III. Escuela Politécnica Superior. Departamento de Mecánica de Medios Continuos y Teoría de Estructuras. Área: Ingeniería Estructural Resumen: El principal objetivo del proyecto es introducir a los alumnos en los trabajos de investigación que se están realizando en la actualidad en el cálculo de estructuras ligeras. Los alumnos tendrán un conocimiento básico de los principales temas que se están abordando actualmente en esta área de conocimiento y cuáles son las líneas de investigación más interesantes de cara a un futuro para la ciencia en general, especialmente en el campo de la tecnología, que estará marcado por el desarrollo sostenible y la preocupación medioambiental. El diseño de estructuras se centrará cada vez más en el aligeramiento de peso y en la minimización del consumo energético. Los alumnos tendrán la oportunidad de participar activamente en el diseño, construcción y ensayo de estructuras. Para tener una visión global del funcionamiento de estas estructuras, los alumnos podrán diseñar y construir sus propias estructuras en base a los contenidos teóricos aprendidos en el curso (diseño y fabricación de vigas de madera de balsa, introducción a los programas de elementos finitos, dimensionado de una estructura, diseño preliminar de un elemento estructural con Materiales Compuestos, etc.). Estas estructuras se ensayarán en el laboratorio para comprobar la calidad del diseño y observar los puntos débiles. 1ª sesión. Introducción teórica al estudio de vigas sometidas a flexión. En primer lugar se expondrán, de forma simplificada, los métodos para el cálculo de los esfuerzos internos en vigas y su distribución interna. Además, se mostrarán las herramientas necesarias para calcular la resistencia de la sección de la viga. a) Diseño y fabricación de vigas de madera de balsa. Los alumnos tendrán que aplicar los conocimientos adquiridos en la primera parte y proponer varias alternativas para el diseño de una viga optimizando el ratio entre resistencia y peso. Posteriormente, tendrán la ocasión de fabricar mediante madera de balsa los modelos de viga propuestos. Para ello deberán tener en cuenta los métodos de unión de los distintos elementos que conformen la viga. b) Ensayos experimentales sobre de la capacidad resistiva de las vigas fabricadas. En primer lugar, se pesarán las vigas realizadas y, posteriormente, serán sometidas a un ensayo de flexión en tres puntos instrumentado para medir la carga máxima que pueden soportar, de modo que se pueda calcular el ratio entre la resistencia de la viga y su peso. Finalmente, se analizarán los puntos débiles y fuertes de cada uno de los diseños. Los ensayos se realizarán en una máquina universal de ensayos cuyo funcionamiento será explicado a los alumnos para que puedan participar en la realización de los ensayos. 2ª sesión. Introducción teórica de los materiales compuestos reforzados con fibras. Se explicará cómo se pueden combinar diferentes materiales logrando aprovechar al máximo las ventajas de cada uno de ellos. Además, se explicará cómo optimizar la resistencia de las estructuras de materiales compuestos. a) Diseño y fabricación de vigas reforzadas con fibras naturales. Los alumnos tendrán que aplicar los conocimientos adquiridos y proponer varias alternativas para el diseño de una viga optimizando su resistencia. Posteriormente, tendrán la ocasión de fabricar con cemento reforzado con fibras naturales su propia viga. 3/8

4 b) Ensayos experimentales sobre la capacidad resistiva de las vigas fabricadas, serán sometidas a un ensayo de flexión en tres puntos instrumentado para medir la carga máxima que pueden soportar. Finalmente, se analizarán los puntos débiles y fuertes de cada uno de los diseños. Los ensayos se realizarán en una máquina universal de ensayos fomentando la participación activa de los alumnos. 3ª sesión. a) Introducción teórica. Explicación del problema de los impactos: por qué ocurren y cómo podemos minimizar sus efectos sobre las estructuras. Introducción al diseño de elementos estructurales que tengan una gran capacidad de absorción de energía. Análisis de los efectos de un impacto sobre estructuras metálicas y estructuras de materiales compuestos. Introducción a las técnicas de inspección no destructiva. b) Ensayos de impacto. Se realizarán ensayos de impacto de baja velocidad en una torre de caída de peso. Estos ensayos se realizarán a diferentes energías. En función de la energía de impacto las probetas pueden quedar visiblemente dañadas, tener un daño interno no detectable mediante una inspección visual, o no tener ningún tipo de daño. c) Control de calidad. Se comprobará el daño generado en los ensayos de impacto sobre las probetas mediante inspección por ultrasonidos para comprobar si tienen algún tipo de daño interno. También se inspeccionarán probetas metálicas mediante las técnicas de líquidos penetrantes y partículas magnéticas. 4ª sesión. a) Introducción teórica. Estudio de estructuras articuladas. Este tipo de estructuras están formadas por diferentes vigas y es importante entender la función que cumple cada una de ellas. b) Diseño y fabricación de vigas de madera de balsa. Los alumnos tendrán que aplicar los conocimientos adquiridos en la primera parte y proponer varias alternativas para el diseño de una estructura articulada. Posteriormente, deberán fabricar mediante espagueti los modelos de viga propuestos. c) Ensayos experimentales sobre la capacidad resistiva de las estructuras fabricadas. En primer lugar, se pesarán las estructuras realizadas y, posteriormente, serán sometidas a un ensayo de flexión en tres puntos instrumentado para medir la carga máxima que pueden soportar, de modo que se pueda calcular el ratio entre la resistencia de la viga y su peso. Finalmente, se analizarán los puntos débiles y fuertes de cada uno de los diseños. Los ensayos se realizarán en una máquina universal de ensayos. 5ª sesión. En la sesión de presentación de resultados se expondrán los conocimientos que han debido adquirir los alumnos y una visión global de los conocimientos impartidos. Utilizarán presentaciones PowerPoint y muestras de las estructuras realizadas. Referencias recomendadas - Estructuras o por qué las cosas no se caen. John E. Gordon. Calamar Ediciones, Razón y ser de los tipos estructurales. Eduardo Torroja. Ed. CSIC, Resistencia de materiales. Luis Ortiz Berrocal. McGraw-Hill. Madrid, Curso online en edx: 4/8

5 Estadística: Haciendo ciencia con los datos Institución/Departamento: Universidad Carlos III. Escuela Politécnica Superior. Departamento de Estadística. Área: Estadística. Resumen: En el mundo actual existen innumerables fuentes de datos y herramientas para su recopilación y análisis. El reto consiste en ser capaces de interpretar esos datos y para ello es fundamental recogerlos y representarlos adecuadamente. El objetivo de este proyecto es que los estudiantes adquieran competencias relacionadas con la recogida, almacenamiento y e interpretación de datos y sean capaces de realizar razonamientos sencillos para resolver problemas con elementos aleatorios. Todo ello se realizará a lo largo de las cinco sesiones que componen este curso: 1ª sesión. El objetivo básico será presentar diversas representaciones gráficas tanto para datos numéricos como categóricos (gráficos de barras y sectores, diagramas de cajas, histogramas, diagramas de dispersión, ) e instruir a los estudiantes en el correcto uso de las mismas. Se comenzará la sesión presentando datos obtenidos de competiciones deportivas y se introducirán varias representaciones gráficas a partir de esos datos. Tendrá lugar el primer contacto con el paquete estadístico STATGRAPHICS y con el entorno R. Los participantes dispondrán de varios ficheros de datos para los que deberán obtener varias representaciones gráficas. Finalmente, se repartirán entre los estudiantes unos recortes de prensa en los que aparecen gráficas engañosas y se fomentará un debate crítico sobre los problemas que presentan las mismas y cómo subsanarlos. Dicen que una imagen vale más que mil palabras, por lo que se espera que los participantes comprendan que una buena representación gráfica nos puede resumir de un modo claro y conciso una muestra de observaciones. Nos gustaría que, además de terminar conociendo varias representaciones posibles, los estudiantes fuesen críticos con los resúmenes gráficos de datos a los que habitualmente tienen acceso. 2ª sesión. El objetivo es introducir los experimentos aleatorios y la probabilidad como herramienta básica para modelarlos. Con la excusa de analizar varios juegos de azar explicaremos la fórmula de Laplace. Los participantes deben entender la diferencia entre el muestreo con reemplazamiento y el muestreo sin reemplazamiento. Utilizaremos simulaciones para aproximar el resultado de algún problema complicado. Se introducirán algunos juegos de azar (loterías, quinielas, apuestas deportivas,..) y se trabajará en la manera de calcular probabilidades asociados a ellos con la fórmula de Laplace. Para aplicar la fórmula se introducirá la regla de contar (combinatoria elemental). Se propondrán algunos juegos de azar, cuyas probabilidades se aproximarán mediante simulaciones (con el R) y previamente habrá que explicar en qué consisten las simulaciones dentro de la estadística. Los estudiantes realizarán algunos experimentos asociados a varios juegos de azar en vivo con una baraja y dados. Esperamos que los participantes entiendan el concepto de probabilidad y la utilidad de las simulaciones para la resolución aproximada de problemas complejos. 5/8

6 3ª sesión. Vivimos en la era del Big Data, tenemos a nuestra disposición herramientas para recoger y almacenar cantidades ingentes de datos, el problema es cómo interpretarlos. Habrá una breve presentación sobre el Big Data, especialmente en las redes sociales. Se presentará la kinect como herramienta para la recogida de datos (expresión corporal). Los participantes tendrán la ocasión de manipular la kinect con un experimento diseñado para medir su impulsividad. Visualizarán además los parámetros de sus reacciones corporales tal como los recoge la kinect. Los participantes analizarán (de forma guiada) y con el R registros de experimentos realizados con la kinect. Recrearemos el dilema del prisionero y explicaremos algún experimento de comportamiento social que se ha llevado a cabo a gran escala a través de internet. Los participantes deberían comprender que podemos recoger datos de innumerables fuentes (en particular de las redes sociales) y que la clave está en lograr interpretarlos correctamente. 4ª sesión. El objetivo de esta sesión es que los estudiantes comprendan el uso que los casinos y los organizadores de ciertos juegos hacen de la probabilidad para obtener beneficios. Se presentarán varios juegos de azar (ruleta, Black Jack, ) explicando por qué la banca siempre gana, para ello recurriremos a las Leyes de los Grandes Números (LGNs) y al Teorema Central del Límite (TCL). Se simularán partidas de los juegos explicados con diversas macros de R. Se comprobará empíricamente cómo se cumplen tanto las LGNs como el TCL. Alguna de las simulaciones se realicen serán utilizando un clúster de ordenadores para comprobar que una estrategia de paralelización agiliza la obtención del resultado deseado. Se recreará el juego de Monty Hall y variaciones del mismo. Los participantes deben entender que lograr la mejor comprensión posible del azar (incluidos LGNs y TCL) es fundamental para trazar estrategias exitosas cuando nos enfrentamos a fenómenos aleatorios. 5ª sesión. Los participantes realizarán sus trabajos en forma de presentaciones (Power Point). Tres de estos trabajos consistirán en la presentación de resultados de eventos deportivos mediante gráficas estadísticas, dos en presentar gráficas estadísticas honestas que reflejen correctamente los datos que han aparecido en prensa ilustrados con gráficas engañosas y, por último, dos trabajos que versen sobre juegos de azar y las probabilidades asociadas a los mismos Referencias recomendadas - A CARA O CRUZ. El sorprendente mundo de las probabilidades, J.S. Rosenthal, Tusquets Editores, FREAKONOMICS: Un economista políticamente incorrecto explora el lado oscuro de lo que nos afecta, S.D. Levitt y S.J. Dubner, ZETA Bolsillo, /8

7 Ciberseguridad para jóvenes prometedores Institución/Departamento: Universidad Carlos III. Escuela Politécnica Superior. Departamento de Informática. Área: Informática. Resumen: Durante el curso se pasará revista a algunos temas candentes de la seguridad informática, que tan importantes son hoy en día para todos los que nos conectamos asiduamente a Internet, así como para las empresas y organismos que cada vez en mayor número dependen críticamente de sus redes de ordenadores e Internet. Además, las alarmantes previsiones en cuanto a las nuevas amenazas planteadas por el ciberterrorismo y la ciberguerra añaden importancia a los aspectos de seguridad de nuestras redes y equipos informáticos. La seguridad de los ordenadores y redes es un campo científico-legal de gran importancia actual y más aún en el futuro inmediato, cuya investigación combina facetas técnicas (es el caso de la búsqueda de pruebas, de estudio de programas malignos, etc.) con otras más propias de la ciencia (como ocurre con la criptografía, de fuerte componente matemático). Por tanto, se trata de: - Presentar al alumno los aspectos básicos de la ciberseguridad, abarcando tanto la seguridad en los ordenadores personales como a las redes de comunicaciones. - Abordar los distintos sistemas de preservación de la confidencialidad desde la Antigüedad hasta los modernos sistemas de cifrado. - Comprender cómo funcionan los programas malignos y aprender formas básicas de ataque y defensa en red. - Entender la importancia de la privacidad en Internet, especialmente en las redes sociales. Para ello, durante las sesiones se presentarán los fundamentos teóricos de los aspectos a tratar, para pasar después a su aplicación práctica. Los temas que se tratarán son los siguientes: 1ª sesión. Se explicarán los conceptos fundamentales de la ciberseguridad para a continuación introducir la criptografía. Una vez sentadas las bases teóricas, se introducen los distintos cifradores que se han ido desarrollando a lo largo de la historia, junto con la utilización práctica de los mismos. Durante la sesión se construirá una réplica simplificada de la máquina Enigma y se utilizarán diversos programas informáticos de cifrado y ocultación de la información. 2ª sesión. La primera parte de la sesión, versará sobre los mecanismos existentes para asegurar las comunicaciones a través de internet. En primer lugar se expondrán, de forma teórica, las bases de la comunicación a través de Internet y los distintos mecanismos que existen para proteger la confidencialidad de las mismas. A continuación, de forma práctica, se comprobarán cómo funcionan las conexiones a sitios web seguros y se analizará el tráfico de red generado y las implicaciones de conectarse a sitios web no seguros. La última parte de la sesión se basará en la gestión de contraseñas. En primer lugar, se verá desde el punto de vista teórico, los diferentes sistemas para la gestión segura de contraseñas y para la correcta elección de las mismas. Una vez comprendidos los conceptos teóricos, se analizarán, de forma práctica, los diferentes mecanismos existentes para la recuperación de las mismas y cómo evitar su uso por parte de atacantes. 7/8

8 3ª sesión. En la primera parte de la sesión se presentarán los conceptos de amenaza, vulnerabilidad y ataque y se explicarán las distintas clasificaciones de programas malignos existentes, como troyanos, virus, puertas traseras, etc. También se describirán algunos modos avanzados de ciberataques, tales como APT. En la segunda parte, de carácter práctico, se realizarán ejemplos de aprovechamiento de vulnerabilidades mediante programas malignos desarrollados específicamente para esta labor. Se analizarán las causas e impacto de usar estos programas y se presentarán buenas prácticas y estrategias de ciberdefensa para tratar de evitar que un usuario se infecte. Además, se explicarán los últimos avances de investigación en este área. Asimismo, se hará uso de herramientas de explotación de vulnerabilidades, si bien se hará fuerte hincapié en que estas herramientas tienen un uso educacional y de investigación. Por último, en esta sesión se dará una introducción a la informática forense y las evidencias digitales. Se presentarán algunos casos llamativos de delitos en los que se vean involucradas las tecnologías de la información, analizando cómo el análisis forense ayuda a la resolución de estos casos. 4ª sesión. En la primera parte se presentarán los conceptos fundamentales sobre identidad digital y anonimato, así como los problemas derivados de su gestión. Se hará especial hincapié en el impacto que tiene el uso de las tecnologías de la información sobre la privacidad. En concreto, se abordará dicho tema desde una perspectiva basada en las redes sociales, los riesgos que conlleva la utilización de las mismas y la importancia de seguir un modelo basado en la privacidad responsable, para lo cual se expondrán casos reales de extorsión y/o chantaje. En la segunda parte se pondrán en práctica los conceptos introducidos anteriormente. Se mostrarán algunas de las técnicas de anonimato existentes tanto desde el punto de vista académico como profesional. Asimismo, se indicarán las consecuencias que puede tener la suplantación de identidad de un usuario. Se mostrará cómo el uso de una dirección de correo falsa puede llevar, bajo ciertas circunstancias, a un usuario malintencionado a cometer un ataque de Phishing. También se presentarán ataques de suplantación de identidad en redes sociales haciendo uso de una plataforma docente elaborada para este fin. En la tercera parte de la sesión se trabajará sobre el uso del DNI-e (o, de forma equivalente, tarjetas chip), mostrándose las garantías que ofrece a la hora de autenticar a los usuarios frente a entidades telemáticas, así como para la firma electrónica de documentos. 5ª sesión. Con ayuda los equipos informáticos oportunos y de medios audiovisuales, si procede, cada alumno presentará a sus compañeros y a los profesores los resultados del trabajo propuesto. Tras esto se iniciará un debate con el alumno de todos los participantes, incentivando la discusión general entre todos los alumnos. Se animará a que los estudiantes hagan uso de Prezi y que realicen uno o varios ejemplos de role-playing para ejemplificar los mecanismos de seguridad y privacidad abordados en el curso. Referencias recomendadas - The Code Book: The Secret History of Codes and Code-breaking, Simon Singh, Fourth State - Intypedia Information Security Encyclopedia, Criptored, - Crypt4You Aula Virtual de criptografía y seguridad de la información, 8/8