Interpretabilidad e identificabilidad paramétrica en el modelado de procesos biotecnológicos
Resumen
Esta tesis doctoral aborda el desafío de la interpretabilidad en la construcción de modelos matemáticos útiles para la comprensión y optimización
de sistemas complejos. La motivación central de este trabajo radica en la
necesidad de establecer un marco conceptual común en todo el espectro
de modelado, así como mejorar la interpretabilidad de los modelos matemáticos, especialmente en el contexto de modelos semi-físicos basados
en primeros principios (MSBPP). En ella se destaca la importancia de
la interpretación física de los modelos, particularmente en áreas como
la biología, biotecnología y procesos agroindustriales; partiendo de la
dificultad para establecer límites claros en la búsqueda de ecuaciones
constitutivas durante la construcción de este tipo de modelos, a su vez
que se mantiene el grado de compromiso entre la precisión del ajuste con
la interpretabilidad del modelo.
En respuesta a este desafío, en este trabajo se propone un nuevo marco
conceptual para abordar la interpretabilidad en el espectro de modelado
matemático, y se propone un índice matemático para cuantificar la interpretabilidad en MSBPP. Además, se amplía la metodología de modelado
existente al integrar la interpretabilidad como un criterio adicional en la
determinación del nivel de especificación durante la búsqueda de ecuaciones constitutivas. La utilidad del índice y de la metodología propuesta
se evalúa en tres aplicaciones que varían en complejidad y relevancia
práctica, esto es: un reactor continuamente agitado (CSTR), un modelo de
regulación de glucosa en el cuerpo humano, y un modelo de crecimiento
de la polilla de la vid (Lobesia botrana) particularizado para la región de
Cuyo, Argentina.
Las contribuciones principales incluyen el nuevo marco conceptual, el índice de interpretabilidad que acompaña la metodología para la deducción
de MSBPP, y el desarrollo de un modelo específico para el proceso crecimiento y voltinismo de Lobesia botrana a partir del uso de la metodología
propuesta.
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