Ingenius. Revista de Ciencia y Tecnología

IMPLEMENTATION OF MICROSERVICES IN IOT PROJECTS WITH ARDUINO

Resumen Este artículo aborda la implementación de un sistema para el envío y recepción de datos mediante un Arduino MEGA y un Ethernet Shield, con énfasis en la comunicación con una API basada en microservicios. La relevancia de este estudio se encuentra en la creciente demanda de soluciones tecnológicas accesibles para la automatización y la educación, lo que permite la integración de sistemas de bajo costo con herramientas modernas de gestión de datos. El objetivo principal es describir detalladamente los componentes y configuraciones necesarias para establecer esta comunicación, proporcionando ejemplos prácticos de los servicios HTTP más comunes: GET, POST, PUT y DELETE. Para la creación de los microservicios, se utiliza un servidor MAMP y se programa en PHP empleando el framework Slim. Se detalla la implementación de cada uno de estos métodos en proyectos con Arduino, incluyendo ejemplos de código y demostraciones prácticas que facilitan su comprensión y aplicación en diversos contextos. Los resultados obtenidos evidencian la viabilidad de esta tecnología en proyectos educativos y de automatización, destacando la eficacia de combinar Arduino con microservicios para la gestión de datos en tiempo real. En conclusión, la combinación de Arduino y microservicios se presenta como una solución eficaz y adaptable para el desarrollo de proyectos tecnológicos en contextos educativos y de automatización, proporcionando una alternativa robusta y eficiente para la gestión de datos.

Abstract This article focuses on the implementation of a system to send and receive data using an Arduino MEGA and an Ethernet Shield, with an emphasis on communication with a microservices-based API. The relevance of this study lies in the growing demand for accessible technological solutions for automation and education, allowing the integration of low-cost systems with modern data management tools. The objective is to provide a detailed description of the components and configurations required to establish this communication, offering practical examples of the most common HTTP services: GET, POST, PUT, and DELETE. For the creation of the microservices, a MAMP server is used, and PHP is programmed using the Slim Framework. A comprehensive explanation is provided on how to implement each of these methods in Arduino projects, accompanied by code examples and practical demonstrations that facilitate understanding and application in various contexts. The results obtained demonstrate the viability of this technology in educational and automation projects, highlighting the effectiveness of combining Arduino with microservices for real-time data management. In conclusion, the combination of Arduino and microservices presents itself as an effective and adaptable solution for implementing technological projects in educational and automation contexts, offering a robust and efficient alternative for data handling.

EFFECT OF PROCESS VARIABLE ON THE MECHANICAL AND THERMAL BEHAVIOR OF A POLYPROPYLENE COMPOSITE REINFORCED WITH SHORT BAMBOO FIBERS BY HOT COMPRESSION

Resumen En este trabajo se estudió el efecto de la concentración del refuerzo y del agente de acople en el comportamiento mecánico y térmico de un material compuesto, procesado mediante la técnica de moldeo por compresión en caliente (MCC), a partir de una matriz de polipropileno (PP) modificada con anhídrido maleico injertado en polipropileno (MAPP) y reforzada con fibras cortas de bambú de la especie Guadua angustifolia Kunth (GAK). Las fibras fueron extraídas previamente mediante la técnica de steam explosion. La investigación se desarrolló en dos etapas. En la primera, se elaboraron los materiales compuestos poliméricos y, en la segunda, se realizó la caracterización mecánica y térmica de los mismos. La adición de las fibras de GAK y del agente de acople (MAPP) al polipropileno, modificó el comportamiento mecánico de la matriz, obteniéndose materiales más rígidos, con una mayor resistencia a la flexión y mayor absorción de la energía de impacto. La mejor configuración del material compuesto fue con el 50 % p/p de fibras de GAK y el 4 % p/p de MAPP, lo que permitió obtener un incremento sustancial en el módulo de elasticidad del 322 % (2,9 GPa) en relación con el PP virgen (0,7 GPa). Ambos factores tuvieron un efecto significativo en el comportamiento mecánico del composite.

Abstract This study investigates the effect of fiber content and coupling agent concentration on the mechanical and thermal behavior of a polypropylene-based composite. The materials were fabricated via hot compression molding using pellets composed of polypropylene (PP) modified with maleic anhydride-grafted polypropylene (MAPP) and reinforced with short bamboo fibers derived from Guadua angustifolia Kunth (GAK). The fibers were previously extracted through the steam explosion technique. The research was carried out in two stages: first, the composite materials were produced; second, their mechanical and thermal properties were comprehensively characterized. The incorporation of GAK fibers and MAPP significantly altered the mechanical performance of the PP matrix, yielding stiffer composites with improved flexural strength and impact resistance. The optimal formulation, containing 50 wt% GAK fibers and 4 wt% MAPP, resulted in a 322% increase in elastic modulus (2.9 GPa) compared to neat polypropylene (0.7 GPa). Both variables, fiber content and compatibilizer concentration, were found to exert a substantial influence on the mechanical behavior of the resulting composites.

CHARACTERIZATION OF GRAPHENE OXIDE SYNTHESIZED THROUGH A MODIFIED HUMMERS METHOD

Resumen El óxido de grafeno ha despertado un creciente interés debido a sus propiedades únicas y potencialmente ajustables, las cuales abarcan aplicaciones que van desde la fabricación de materiales compuestos hasta el tratamiento de aguas. Por esta razón, se desarrolló un proceso de síntesis de óxido de grafeno basado en el método de Hummers con una reducción en la cantidad de ácido sulfúrico empleada. El material obtenido fue caracterizado mediante diferentes técnicas, incluyendo microscopía electrónica de barrido (MEB), espectroscopía infrarroja transformada de Fourier (IR-TF) y espectrometría fotoelectrónica por rayos X (XPS). Estas técnicas experimentales permitieron distinguir las diferencias morfológicas entre el óxido de grafeno sintetizado y el grafito utilizado como precursor. Adicionalmente, se determinó la composición química del polvo obtenido, así como la relación entre carbono y oxígeno, con el fin de evaluar su viabilidad para aplicaciones específicas. Se observó que la morfología del óxido de grafeno difiere significativamente de la del grafito de partida. En particular, el espesor de las láminas de óxido de grafeno se incrementó debido a la incorporación de grupos funcionales oxigenados en el plano basal. El espectro FTIR del óxido de grafeno confirmó la presencia de diversos grupos funcionales, como el hidroxilo (-OH), carbonilo (C-O) y carboxilo (- COOH). Por su parte, la espectroscopía XPS reveló que la composición química del óxido de grafeno obtenido fue de 69,7 % de carbono y 29,9 % de oxígeno, con una traza mínima de azufre atribuida a los reactivos empleados durante el proceso de síntesis.

Abstract Graphene oxide (GO) has garnered significant interest due to its exceptional and tunable properties, which make it a promising candidate for a wide range of engineering applications, including composite material fabrication and water treatment. In this study, GO was synthesized from graphite flakes using a modified Hummers method involving a reduced amount of sulfuric acid. The resulting material was characterized using scanning electron microscopy (SEM), Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR), and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). These techniques enabled a clear differentiation between the morphology of the synthesized GO and that of the original graphite. The GO exhibited a substantially altered structure, with increased thickness likely due to the incorporation of oxygen-containing functional groups on its basal plane. FTIR analysis confirmed the presence of characteristic functional groups such as hydroxyl, carbonyl, and carboxyl. XPS analysis revealed that the elemental composition of the synthesized GO consisted of approximately 69.7% carbon and 29.9% oxygen, with a trace amount of sulfur attributed to the reagents used in the synthesis. The observed changes in morphology and composition suggest the successful synthesis of GO with potential for functionalization and application in diverse engineering contexts.

OPERATIVE ANALYSIS OF CONTROLLED CHARGING MANAGEMENT FOR ELECTRIC VEHICLES: CENTRALIZED AND DECENTRALIZED COORDINATION

EVALUATION OF POLLUTANT EMISSIONS FROM DIESEL VEHICLES FUELED WITH BIODIESEL UNDER REAL-WORLD DRIVING CONDITIONS

Resumen Esta investigación evalúa los efectos de las mezclas de biodiésel de aceite de fritura usado (B10 y B20) con combustible convencional, en términos de emisiones, a gran altitud (entre 2619 y 2877 m s. n. m.), bajo condiciones reales de conducción en el Distrito Metropolitano de Quito, Ecuador. Se realizaron ensayos comparativos con dos vehículos con motor diésel; el primer sistema CRDI de inyección directa de common rail denominado M2.5C; el segundo, con sistema de bomba de inyección, denominado H2.5B, ambos alimentados inicialmente con diésel puro como línea base. Las tasas de emisiones de escape se cuantificaron en caliente mediante el sistema portátil de medición de emisiones (PEMS), a lo largo de una ruta de 15,7 km que incluyó condiciones de ascenso, descenso por carretera y tramos urbanos. Los resultados permiten concluir que las emisiones mínimas de CO se registran al utilizar diésel convencional en ambos motores (H2.5B y M2.5C); las emisiones de HC son mínimas con la mezcla B20, y las emisiones de NOx no presentan variaciones significativas, independientemente del combustible utilizado. En el circuito urbano, tampoco se observa una variación significativa de las emisiones de NOx según el tipo de combustible.

Abstract This study evaluates the impact of B10 and B20 biodiesel blends produced from waste frying oil on pollutant emissions when used in diesel-powered vehicles operating under real-world driving conditions at high altitudes, ranging from 2619 to 2877 meters above sea level, in the Metropolitan District of Quito, Ecuador. Comparative tests were conducted using two diesel vehicles: one equipped with a common rail direct injection (CRDI) system, designated as M2.5C, and another with an injection pump system, referred to as H2.5B. Both vehicles were initially fueled with conventional diesel to establish a baseline. Exhaust emissions were measured under hot-engine conditions using a Portable Emissions Measurement System (PEMS) along a 15.7 km route that included ascending, descending, and urban driving segments. The findings indicate that carbon monoxide (CO) emissions were lowest when pure diesel was used in both engine types. Hydrocarbon (HC) emissions were minimal when B20 biodiesel was employed, regardless of the vehicle. Nitrogen oxide (NOx) emissions showed no significant differences across the fuels tested, and in urban driving conditions, NOx levels remained consistently stable.

IOT AND MQTT-BASED CARDIOVASCULAR PARAMETER MONITORING SYSTEM FOR MEDICAL ALERTS

Resumen Este artículo describe el desarrollo de una plataforma informática destinada al monitoreo en tiempo real de parámetros cardiovasculares a partir de señales bioeléctricas. Se realizó un análisis de los usuarios principales y se identificaron los requisitos técnicos y funcionales necesarios. Asimismo, las interfaces fueron diseñadas aplicando la metodología propuesta por Sommerville. La arquitectura del sistema se basa en microservicios, incorporando una base de datos relacional y permitiendo la integración con datos provenientes de dispositivos del Internet de las Cosas (IoT). La evaluación del sistema se llevó a cabo mediante pruebas de simulación de carga, iniciando con 0 usuarios y aumentando en intervalos de 100 hasta alcanzar los 5000 usuarios. Durante las pruebas, se procesaron 22 132 solicitudes, con una tasa promedio de 440,4 solicitudes por segundo, manteniendo un tiempo de respuesta medio de 930 ms y logrando que el 95 % de las respuestas se ubicaran por debajo de los 2300 ms. Se comprobó que el sistema opera sin errores hasta un umbral de 1700 usuarios concurrentes. Con 5000 usuarios y un total de 26 393 solicitudes, se registró un porcentaje mínimo de error del 0,16 %, lo que evidencia su capacidad para gestionar altas cargas de trabajo de manera estable. Estos resultados confirman la viabilidad de la plataforma para el monitoreo remoto de parámetros biomédicos, ofreciendo una solución eficiente y escalable para la supervisión de la salud en tiempo real.

Abstract This paper presents the development of a computing platform for the real-time monitoring of cardiovascular parameters derived from bioelectrical signals. A comprehensive analysis of primary users was conducted, leading to the identification of both technical and functional requirements. The interface design was guided by Sommerville’s methodology. The system architecture is based on a microservices model, incorporating a relational database and enabling integration with data transmitted from Internet of Things (IoT) devices. The platform was evaluated through incremental stress testing, starting with zero users and increasing in steps of 100 up to 5,000. A total of 22,132 requests were processed at a peak rate of 440.4 requests per second, with an average response time of 930 ms and 95% of responses occurring within 2,300 ms. The system demonstrated error-free performance with up to 1,700 concurrent users. At 5,000 users and 26,393 total requests, a minimal error rate of 0.16% was recorded, confirming the platform’s stability under high workloads. These findings validate the feasibility of the proposed solution for remote biomedical monitoring, offering an efficient, scalable, and robust tool for real-time health supervision.

HYDROPOWER DEVELOPMENT IN ETHIOPIA, TANZANIA, ZAMBIA, AND ZIMBABWE: A COMPREHENSIVE REVIEW

Resumen Todos los continentes están atravesando actualmente transiciones energéticas hacia economías bajas en carbono, impulsadas por las fuentes renovables. Uno de estos continentes es África, donde la población y el crecimiento económico representan una quinta parte del total mundial. Si bien el continente africano tiene la menor responsabilidad por el calentamiento global -con menos del 3 % de las emisiones-, ya enfrenta severos impactos del cambio climático. Por lo tanto, este trabajo tiene como objetivo analizar el desarrollo hidroeléctrico en Etiopía, Tanzania, Zambia y Zimbabue, con el fin de examinar el uso de esta fuente renovable y sus proyecciones. Estos países fueron seleccionados debido a su amplia proyección hidroeléctrica. En ellos, se ha invertido una cantidad significativa en hidroelectricidad; sin embargo, el impacto del cambio climático aumenta el riesgo de sequías, lo cual genera preocupación debido a las variaciones en los patrones climáticos. Las compañías eléctricas no solo necesitan pronosticar la generación futura de energía, sino que también adoptar medidas de mitigación y adaptación para mantener sus inversiones. Además, el cambio climático es un parámetro externo que desempeña un papel importante al proporcionar datos de referencia para futuros proyectos, por lo que es necesario evaluar las operaciones de energía hidroeléctrica y los embalses en función de un conjunto de variables (temperatura, precipitación, humedad, caudal de los ríos, cuencas, entre otros).

Abstract All continents are currently undergoing energy transitions toward low-carbon economies driven by renewable technologies. Africa is no exception; with its rapidly growing population and expanding economy, it represents nearly one-fifth of the global demographic. Although the African continent contributes less than 3% of global carbon emissions, it is already experiencing severe and disproportionate impacts from climate change. This manuscript aims to analyze hydropower development in Ethiopia, Tanzania, Zambia, and Zimbabwe, with the objective of assessing the current use of this renewable energy resource and its project role. These countries were selected due to their significant hydroelectric potential and ongoing investment in renewable energy infrastructure. While these nations have made substantial commitments to hydropower, climate-induced shifts in hydrological patterns, particularly increased drought risk, pose serious challenges to energy security and sustainability. Consequently, electric utilities must not only forecast project future energy generation but also implement robust mitigation and adaptation strategies to safeguard long-term investments. Given the critical role of climate change as an external variable influencing energy planning, it is essential to evaluate hydropower generation and reservoir operations through a multidimensional framework that includes parameters such as temperature, precipitation, humidity, river flow, watershed characteristics, and other related factors.

MODELING OF AN ELECTROMAGNETIC CANNON USING ATP-EMTP AND ATPDRAW

Resumen Este trabajo presenta un modelo de cañón electromagnético desarrollado mediante la herramienta ATP/EMTP y su entorno gráfico ATPDraw. El diseño incluye varias etapas de bobinas circulares a través de las cuales se desplaza una armadura metálica cilíndrica. Utilizando la técnica Variable Branch Representation (VBR), cada bobina se convierte en un equivalente dinámico, compuesto por una resistencia, una inductancia y una fuente de fuerza electromotriz. Estos parámetros se determinan instantáneamente según la dinámica del sistema mecánico. Las bobinas se energizan mediante condensadores precargados, y se conectan a ellas mediante tiristores, que se disparan en momentos específicos determinados por la posición de la armadura metálica móvil. La validez del modelo se verifica mediante resultados experimentales reportados previamente en la literatura técnica, lo que asegura la precisión y efectividad del enfoque propuesto. Este estudio, además de contribuir al diseño de cañones electromagnéticos, establece una metodología de análisis replicable para futuras investigaciones y aplicaciones en este campo.

Abstract This study presents a computational model of an electromagnetic cannon developed using the ATP/EMTP simulation tool and its graphical interface, ATPDraw. The system features a cylindrical metallic armature that traverses multiple stages of circular coils. Employing the Voltage Behind Reactance (VBR) methodology, each coil is modeled as a dynamic equivalent circuit comprising a resistance, an inductance, and an electromotive force source. The model parameters are dynamically updated at each simulation time step based on the armature’s motion. The coils are energized by pre-charged capacitors and connected through thyristors, which are triggered at specific positions of the moving armature. The model’s validity is corroborated by experimental data reported in the literature, confirming the accuracy and robustness of the proposed approach. In addition to supporting the design of electromagnetic cannons, this work provides a methodological foundation for future research and practical applications in this domain.

EXPLORING DEEP GENERATIVE MODELS FOR IMPROVED DATA GENERATION IN HYPERTROPHIC CARDIOMYOPATHY

Resumen Las estrategias de generación de datos son fundamentales para superar el desafío de los datos de entrenamiento limitados en el análisis de imágenes médicas basado en aprendizaje profundo, en particular para la miocardiopatía hipertrófica (HCM) mediante resonancia magnética (MRI). A diferencia de los métodos de aumento tradicionales, los modelos generativos profundos pueden sintetizar imágenes de MRI novedosas y diversas. Este estudio evalúa múltiples modelos generativos: autocodificadores variacionales (VAE), redes generativas adversarias (GAN), GAN convolucionales profundas (DCGAN), GAN con clasificador auxiliar (ACGAN), InfoGAN y modelos de difusión, utilizando el índice de similitud estructural (SSIM) y el coeficiente de correlación cruzada (CC) para evaluar la calidad de imagen y la fidelidad estructural. Si bien los VAE mostraron limitaciones como el ruido y la borrosidad, los modelos basados en GAN, especialmente DCGAN y ACGAN, produjeron imágenes de mayor calidad y precisión anatómica. Los modelos de difusión lograron la mayor fidelidad de imagen, aunque a expensas de tiempos de generación más prolongados. Estos resultados destacan la compensación entre la calidad de imagen y la eficiencia computacional, y demuestran el potencial de los modelos generativos para ampliar los conjuntos de datos de MRI, mejorando así las aplicaciones de aprendizaje profundo para el diagnóstico de HCM.

Abstract Data generation strategies are essential for addressing the challenge of limited training data in deep learning-based medical image analysis, particularly for hypertrophic cardiomyopathy (HCM) using magnetic resonance imaging (MRI). Unlike traditional augmentation techniques, deep generative models can synthesize novel and diverse MRI images, enriching the training datasets. This study evaluates several generative models, including Variational Autoencoders (VAEs), Generative Adversarial Networks (GANs), Deep Convolutional GANs (DCGANs), Auxiliary Classifier GANs (ACGANs), InfoGANs, and Diffusion Models, using the Structural Similarity Index Measure (SSIM) and Cross-Correlation Coefficient (CC) to assess image quality and structural fidelity. While VAEs demonstrated limitations such as noticeable noise and blurriness, GAN-based models, particularly DCGANs and ACGANs, generated higher-quality and anatomically accurate images. Diffusion models achieved the highest image fidelity among all the methods evaluated, but required longer generation times. These findings underscore the tradeoff between image quality and computational efficiency and highlight the potential of deep generative models to augment MRI datasets, thereby improving deep learning applications for HCM diagnosis.

IMPLEMENTATION AND EVALUATION OF A WHEELED-LEGGED LOCOMOTION ROBOT FOR OPTIMIZING THE PREFLIGHT AIR INTAKE INSPECTION PROTOCOL OF FIGHTER AIRCRAFT

Resumen Los protocolos de mantenimiento e inspección en la industria aeroespacial están diseñados para salvaguardar la integridad estructural de las aeronaves y la seguridad de los pilotos. Las tomas de aire de los aviones caza presentan un acceso limitado para los técnicos de mantenimiento durante la inspección en estado previo al vuelo. Ante esta limitación, se propone una solución innovadora mediante la implementación de un robot con sistema de locomoción wheeled-legged, que permite acceder a dichas tomas de aire y optimizar significativamente el protocolo de inspección. En esta investigación se desarrolló e implementó un robot con tecnología de locomoción wheeled-legged, cuyo propósito específico es facilitar la inspección de las tomas de aire en aviones caza previo al vuelo. Para su diseño y fabricación se consideraron cuidadosamente los requerimientos operativos de los técnicos de la Fuerza Aérea del Perú (FAP), lo que resultó fundamental en la definición de las especificaciones del sistema. El resultado fue un diseño adaptativo y compacto que permite al robot desplazarse con eficacia a través de las tomas de aire, optimizando el tiempo y los recursos empleados en las inspecciones. Mediante pruebas estandarizadas se evaluó el rendimiento del prototipo, demostrando su capacidad para acceder e inspeccionar eficazmente dichas estructuras. Esto permite mejorar el protocolo de mantenimiento tradicional mediante la incorporación de tecnología avanzada en los procesos de inspección aeronáutica.

Abstract Maintenance and inspection protocols in the aerospace industry are designed to safeguard the structural integrity of aircraft and ensure pilot safety. However, the air intakes of fighter aircraft pose significant access challenges for maintenance technicians during preflight inspections. To address this limitation, this study presents an innovative solution: the implementation and evaluation of a robot equipped with a wheeled-legged locomotion system. This system enables efficient access to the air intakes, significantly enhancing the inspection protocol. The robot was developed in close alignment with the operational requirements of Peruvian Air Force (FAP) technicians, which was critical to defining its design specifications and manufacturing parameters. Its adaptive and compact architecture allows it to navigate confined intake structures effectively, optimizing inspection time and resource utilization. The prototype’s performance was rigorously assessed through standardized tests, demonstrating its capability to reliably access and inspect air intakes under preflight conditions. This advancement contributes to the modernization of conventional aircraft maintenance procedures by integrating robotic technologies into the aeronautical inspection process.