Acelerador hardware para emular el proceso de la ruta metabólica glucólisis en una célula

Vista sencilla de ítem
dc.contributor.advisorVelasco-Medina, Jaime
dc.contributor.authorRincón Perlaza, Joao Andrey
dc.contributor.researchgroupGRUPO DE BIONANOELECTRÓNICA
dc.date.accessioned2026-08-06T19:15:52Z
dc.date.available2026-08-06T19:15:52Z
dc.date.issued2025
dc.description.abstractLa simulación de sistemas biológicos complejos mediante software tradicional enfrenta limitaciones significativas en términos de tiempo de cómputo y consumo energético, debido a la naturaleza secuencial de los procesadores de propósito general (CPU). Este trabajo de grado presenta el diseño, implementación y validación de un acelerador hardware basado en FPGA para emular la dinámica de la ruta metabólica de la glucólisis. Se desarrolló un modelo matemático reducido de cinco reacciones enzimáticas, capturando las características no lineales esenciales como la cinética de saturación de Michaelis Menten y la regulación alostérica de la enzima fosfofructoquinasa (PFK). Este sistema de ecuaciones diferenciales ordinarias (EDOs) fue discretizado mediante el método de Euler y traducido a una arquitectura de hardware digital utilizando el lenguaje VHDL. Para optimizar el rendimiento en la plataforma Terasic DE2-115 (Cyclone IV E), se diseñó una unidad aritmética de punto fijo de 32 bits (formato Q12.20) que incluye multiplicadores segmentados (pipelined) y un divisor iterativo basado en el algoritmo de Newton Raphson para resolver la complejidad de la inhibición enzimática. La validación funcional se realizó mediante una estrategia cruzada, comparando las trazas obtenidas por el hardware (adquiridas mediante el analizador lógico SignalTap II) con un modelo de referencia de alta precisión en python. Los resultados demuestran que el acelerador reproduce la dinámica biológica con una fidelidad superior al 99.5%, logrando un factor de aceleración (speedup) de aproximadamente 2,500 veces respecto al tiempo biológico real. El diseño ocupó únicamente el 22% de los elementos lógicos y el 13% de los multiplicadores de la FPGA, demostrando una alta escalabilidad para la futura emulación de tejidos celulares masivos en tiempo real.spa
dc.description.degreelevelPregradospa
dc.description.degreenameINGENIERO(A) EN ELECTRÓNICAspa
dc.description.researchareaBIOTECNOLOGíA Y BIOPROCESOS
dc.format.extent1 recurso en lìnea (91 pàginas)
dc.format.mimetypeapplication/pdf
dc.identifier.urihttps://hdl.handle.net/10893/41381
dc.language.isospa
dc.publisherUniversidad del Vallespa
dc.publisher.branchSede Cali
dc.publisher.facultyFACULTAD DE INGENIERÍAspa
dc.publisher.placeColombiaspa
dc.publisher.programINGENIERIA EN ELECTRÓNICAspa
dc.rights.accessrightsinfo:eu-repo/semantics/openAccessspa
dc.rights.coarhttp://purl.org/coar/access_right/c_abf2spa
dc.rights.licenseAtribución-NoComercial-SinDerivadas 4.0 Internacional (CC BY-NC-ND 4.0)spa
dc.rights.urihttps://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
dc.subject.lembMatrices de puertas programables en campo (FPGA)
dc.subject.lembGlucólisis
dc.subject.lembBiología de Sistemas
dc.subject.lembAceleradores de hardware
dc.subject.lembEcuaciones diferenciales
dc.subject.lembModelado matemático
dc.subject.lembSistemas digitales
dc.titleAcelerador hardware para emular el proceso de la ruta metabólica glucólisis en una célulaspa
dc.typeTrabajo de grado - Pregradospa
dc.type.coarhttp://purl.org/coar/resource_type/c_7a1f
dc.type.coarversionhttp://purl.org/coar/version/c_970fb48d4fbd8a85spa
dc.type.contentText
dc.type.driverinfo:eu-repo/semantics/bachelorThesis
dc.type.redcolhttp://purl.org/redcol/resource_type/TP
dc.type.versioninfo:eu-repo/semantics/publishedVersionspa
dspace.entity.typePublication
person.identifier.orcid0000-0003-4091-1055
relation.isDirectorOfPublication688f4d0b-a55e-4681-aeaf-70682f6804b3
relation.isDirectorOfPublication.latestForDiscovery688f4d0b-a55e-4681-aeaf-70682f6804b3
Archivos
Bloque original
Mostrando 1 - 2 de 2
Miniatura
Nombre:
3744 R579a.pdf
Tamaño:
2.46 MB
Formato:
Adobe Portable Document Format
Descargar
No hay miniatura disponible
Nombre:
autorizacion-publicacion-digital.pdf
Tamaño:
183.37 KB
Formato:
Adobe Portable Document Format
Descargar
Bloque de licencias
Mostrando 1 - 1 de 1
No hay miniatura disponible
Nombre:
license.txt
Tamaño:
15.18 KB
Formato:
Item-specific license agreed upon to submission
Descripción:
Descargar
Colecciones
Ingeniería Electrónica