In search of reliable centimeter-level indoor positioning: a smartphone-based approach

This thesis describes the design and implementation of a reliable centimeter-level indoor positioning system fully compatible with a conventional smartphone. The proposed system takes advantage of the smartphone audio I/O and processing capabilities to perform acoustic ranging in the audio band using non-invasive audio signals and it has been developed having in mind applications that require high accuracy, such as augmented reality, virtual reality, gaming and audio guides. The system works in a distributed operation mode, i.e. each smartphone is able to obtain its own position using only acoustic signals. To support the positioning system, a Wireless Sensor Network (WSN) of synchronized acoustic beacons is used. To keep the infrastructure in sync we have developed an Automatic Time Synchronization and Syntonization (ATSS) protocol with a standard deviation of the sync offset error below 1.25 μs. Using an improved Time Difference of Arrival (TDoA) estimation approach (which takes advantage of the beacon signals’ periodicity) and by performing Non-Line-of-Sight (NLoS) mitigation, we were able to obtain very stable and accurate position estimates with an absolute mean error of less than 10 cm in 95% of the cases and a mean standard deviation of 2.2 cm for a position refresh period of 350 ms.

Estudo do design do selo postal português: proposta para aplicação de realidade aumentada

O presente projeto de investigação, propõe compreender a cultura visual contemporânea do design do selo postal português, de 2001 a 2013, considerando os avanços e os novos meios tecnológicos digitais. Para isso, partiu-se da história do selo postal como objeto de testemunho histórico, cultural e visual repleto de valores duradouros e possuidores de uma linguagem gráfica distinta. A esse conjunto de caraterísticas que determinam o selo postal, as mesmas, representam um grau de importância associados à história e à cultura de um país, evidenciando uma linguagem característica da vida social e da época que se encontra, que ao longo dos anos possuem valores de importância e sentimento para a humanidade. Primeiramente, procedeu-se a uma pesquisa exaustiva sobre os principais designers e ateliers portugueses, quer realizada em livros de coleções dos CTT, quer na internet em motores de busca. Seguidamente, realizou-se uma análise geral sobre a sintaxe da linguagem visual, baseada no trabalho de Donis A. Dondis (2003), declinada sobre a comunicação visual no design, para este caso, nos selos postais. Partindo dessa análise, posteriormente, efetuou-se a criação de uma emissão de selos postais juntamente com a tecnologia da realidade aumentada, tendo como base a temática centrada na cidade do Porto e que pode ser repercutida em diferentes cidades do país “Uma visita portuguesa com certeza”. Com este projeto conseguiu-se demonstrar e implementar uma tecnologia digital a um artefacto de cariz físico, usualmente, apresentado em suporte papel. O estudo pretende assim, contribuir para a inovação ao nível do design filatélico e histórico do selo postal português, tendo como base o uso dessa tecnologia.

Sistema de realidade aumentada no procedimento cirúrgico de remoção de pedras nos rins

A inovação tecnológica e as facilidades que gera tem tido um impacto crescente em diversas área, inclusivamente na medicina. A rápida evolução por parte de algumas tecnologias, como é o caso da Realidade Aumentada (RA), criam excelentes oportunidades, nomeadamente para intervenções cirúrgicas laparoscópicas, que apresentam especialmente problemas ao nível da exposição do doente a radiação. O presente documento detalha todo o processo de investigação e desenvolvimento realizado com a pretensão de criar um sistema de navegação por RA que auxilie o procedimento cirúrgico laparoscópico de remoção de pedras nos rins. Com este objetivo em perspetiva, e numa parceria com a empresa ECmedica LTD, foram desenvolvidos quatro protótipo funcionais. Com o intuito de compreender as melhores práticas de sistemas de input, interface e sistema de registo a aplicar, estes integraram aspetos inovadores tais como a utilização de uma sonda ultra-som, como substituta do raioX, e um registo feito através de sensores magnéticos. Apoiados numa metodologia de design centrado no utilizador e em instrumentos de análise como entrevistas e observação natural, os protótipos foram testados, obtendo respostas esclarecedoras relativamente ao objetivos dos protótipos. Foi observado que a RA é vista pelos médicos como uma solução com potencial, com as soluções apresentadas ao nível de inputs, interface e registo a serem bem recebidas. A projeção bidimensional oferecida pela imagem ultra-som foi encarada como insuficientes, sendo sugerida a sua substituição por um aumento tridimensional capaz de facilitar a correta inserção da agulha.

Novo roteiro para a Arte Nova em Aveiro e Ílhavo: proposta de uma aplicação mobile

A presente investigação tem como objeto de estudo a Arte Nova nas cidades de Aveiro e Ílhavo, traduzindo-se posteriormente na criação de uma aplicação mobile de um roteiro diferenciador referente ao património Arte Nova localizado nas duas cidades. Existe em Aveiro, uma tomada de consciência notória relativa ao património que se enquadra no espírito e nas características do estilo Arte Nova. Isso em muito se deve à originalidade e diversidade de interpretações que a caracterizam localmente. No entanto, apesar dos melhoramentos efetuados na comunicação deste património, especialmente depois da reabilitação do edifício Mário Belmonte Pessoa e da sua transformação em Museu Arte Nova, o roteiro atual não contempla todos os artefactos do estilo existentes na cidade e exclui aqueles que se encontram fora do centro urbano da cidade de Aveiro. Em Ílhavo a realidade é completamente díspar da encontrada na cidade vizinha, Aveiro, não existindo grande decoro pelo tratamento da informação referente ao estilo Arte Nova, apenas algumas referencias breves em guias culturais e um roteiro limitado no site da Câmara Municipal de Ílhavo. Paralelamente a isto, a região de Aveiro tornou-se numa das regiões com o espólio mais significativo do país. Dada à sua importância cultural e local, o roteiro diferenciador que propomos nesta investigação irá intervir de forma a melhorar o que já existe, passando pelo aprofundamento de conhecimentos sobre o tema, catalogação, cruzamento e agrupamento de toda a informação dos artefactos que se encontrem dispersos pelas duas cidades, de forma a tornar mais fácil a procura e o acesso à informação. Numa primeira fase, a investigação irá focar-se nos conteúdos afetos a cada um dos artefactos, sendo estes metodologicamente trabalhados através do método triangular de Francisco Providência, a interpretação autoral (autoria) que se traduz na evolução dos edifícios (tecnologia) e a relevância da sua história (programa) para o património nacional. Posteriormente, os conteúdos anteriormente referidos serão adaptados a uma aplicação mobile que facilitará o acesso à informação previamente selecionada referente a cada artefacto, apresentando uma breve história sobre as manifestações da Arte Nova nas cidades de Aveiro e Ílhavo. Esta aplicação mobile permitirá perceber a evolução dos edifícios desde a sua construção até à atualidade, ao nível de recuperação estrutural ou da falta de reabilitação e recuperação dos mesmos. Contribuirá para conhecer se os edifícios mantiveram (ou não) as suas características originais relativas ao desenho e tecnologia, para tal fará valerse de tecnologias como Realidade Aumentada, assim como os princípios de elaboração e leitura de QR codes, para facilitar o acesso, localização e compreensão dessa mesma informação, permitindo ainda que o seu utilizador embarque numa viagem no tempo e experiencie o roteiro de uma forma diferente. Paralelamente, pretende-se que este roteiro funcione como um roteiro único do património Arte Nova nas duas cidades, com o intuito de se expandir a outras cidades e se tornar num roteiro único do património Arte Nova na região de Aveiro. A diversidade do património Arte Nova nesta região assenta no cunho pessoal e social que os proprietários atribuíram aos seus artefactos, assim como na formação e a capacidade artística fortemente influenciada pela técnica pessoal, temperamento e sensibilidade dos seus autores, fazendo destes artefactos autênticas obras de arte, que merecem o seu estudo. Constatou-se, ao nível dos resultados que o protótipo da aplicação mobile, se adequaram ao que foi anunciado, a nível investigativo, e por isso, interessou a este estudo confirmar a demonstração do que foi enunciado. No entanto, concluiu-se que o respetivo protótipo necessita de ser ‘afinado’ em estudos futuros. Independentemente, das fragilidades encontradas, considera-se que este protótipo de aplicação mobile poderá servir como meio de excelência para a integração de conteúdos que vão mais além do que a visualização dos artefactos. Assim, contribui-se para o adensamento e acesso ao conhecimento sobre a história da Arte Nova em Portugal.

Criatividade e mudança: promoção da capacidade, competência e atitude criativa

A tese que se apresenta defende que a capacidade criativa, manifestação de criatividade da condição humana, ao ser promovida e desenvolvida facilita a ocorrência da aprendizagem da atitude criativa, que tem como efeito a flexibilidade de pensamento, a originalidade das ideias e a fluidez de expressão, potenciando, simultaneamente, a comunicação e a expressão pessoal, ao despertar a curiosidade e o espírito crítico. Para demonstrar a sua validade e legitimidade começou-se por estabelecer a conexão de dois campos de estudos, criatividade e comunicação-ludicidade. De seguida definiu-se três vias distintas que permitiu chegar à perspectiva teórica da pragmática da criatividade: A primeira via diz respeito ao entendimento de diferentes perspectivas teóricas de autores de referência que se dedicaram ao estudo da compreensão da criatividade e à investigação dos factores que permitem a promoção e o desenvolvimento da criatividade humana e social, tentando estabelecer um paralelo entre elas; a segunda via, foi a apropriação da pragmática da comunicação humana estabelecida pela Escola de Pensamento de Palo Alto (1967), e a sua transposição para o campo teórico da criatividade, o que permite sublinhar a relevância dos factores de interacção e de contextos situacionais na construção da aprendizagem e na mudança; a terceira e última via diz respeito à adopção da noção de consequencialidade estabelecido por Cronen e Sigman (1995), no contexto da comunicação humana, o que possibilita a delimitação do percurso no campo da pragmática da criatividade. Das três vias definidas resulta a elaboração da conceptualização sobre a atitude criativa e a definição da metodologia de design de criatividade que se define como uma metodologia de comunicação e ludicidade e de experiência criativa, concebida e desenvolvida segundo um modelo sistémico, que promove a construção de aprendizagens e mudanças, que potenciam o desenvolvimento da criatividade bem como os seus efeitos na autonomia individual, nomeadamente, a flexibilidade do pensamento, a capacidade crítica, a originalidade da concepção, a construção de artefactos e a cooperação na interacção com os outros e consigo mesmo. Os resultados obtidos fazem parte integrante do projecto de investigação, formação e intervenção designado por CriCoLudi– criatividade, comunicação-ludicidade que se apresentam e sustentam a afirmação da tese enunciada. O referido projecto CriCoLudi foi desenvolvido no contexto da formação inicial de futuros Educadores de Infância, integrado na disciplina de Comunicação e Ludicidade, da Licenciatura em Educação de Infância da Universidade de Aveiro decorrido no ano lectivo de 2004/05, com uma amostra constituida por dezassete sujeitos-alvo mediados (SAMos) e por um sujeito-alvo mediador (SAMr), autora da tese. O projecto CriCoLudi foi desenvolvido em contexto de sala de aula em situação de intervenção do tipo oficina, mediado pela concepção e produção de artefactos lúdicos e de criatividade. As relações estabelecidas entre o processo de promoção e desenvolvimento da capacidade criativa com o seu efeito, atitude criativa dela decorrente, revelaram-se ao longo do processo de construção da aprendizagem e da mudança de comportamentos dos sujeitos alvo mediados, através da metodologia proposta e criada para o efeito, design de criatividade, que se desenvolveu através de estratégias relacionais, em contexto situacional e inter-pessoal de oficina, promovendo-se e desenvolvendo-se a capacidade de questionar dos estereótipos reenquadrando um novo olhar sobre a realidade, promovidas pelo sujeito-alvo mediador, reponsável pelo processo em causa.

Nanosensor for assessing the risk of a cardiovascular disease

The incidence of cardiovascular diseases (CVD) has been increasing according to the European and global statistics. Thus, the development of new analytical devices, such as biosensors for assessing the risk of CVD could become a valuable approach for the improvement of healthcare service. In latest years, the nanotechnology has provided new materials with improved electronic properties which have an important contribution in the transduction mechanism of biosensors. Thus, in this thesis, biosensors based on field effect transistors with single-walled carbon nanotubes (NTFET) were developed for the detection of C-reactive protein (CRP) in clinical samples, that is, blood serum and saliva from a group of control patients and a group of CVD risk patients. CRP is an acute-phase protein, which is commonly known as the best validated biomarker for the assessment of CVD, the single-walled carbon nanotubes (SWCNT) were applied as transduction components, and the immunoreaction (interaction between the CRP antigen and the antibodies specific to CRP) was used as the mechanism of molecular recognition for the label-free detection of CRP. After the microfabrication of field effect transistors (FET), the screening of the most important variables for the dispersion of SWCNT, the assemblage of NTFET, and their application on standard solutions of CRP, it was found that NTFET respond accurately to CRP both in saliva and in serum samples, since similar CRP levels were found with the NTFET and the traditional methodology (ELISA technique). On the other hand, a strong correlation between salivary and serum CRP was found with NTFET, which means that saliva could be used, based on non-invasive sampling, as an alternative fluid to blood serum. It was also shown that NTFET could discriminate control patients from CVD risk patients, allowing the determination of a cut-off value for salivary CRP of 1900 ng L-1, which corresponds to the well established cut-off of 3 mg L-1 for CRP in serum, constituting an important finding for the possible establishment of a new range of CRP levels based on saliva. According to the data provided from the volunteer patients regarding their lipoprotein profile and lifestyle factors, it was concluded that the control and the CVD risk patients could be separated taking into account the various risk factors established in literature as strong contributors for developing a CVD, such as triglycerides, serum CRP, total cholesterol, LDL cholesterol, body mass index, Framingham risk score, hypertension, dyslipidemia, and diabetes mellitus. Thus, this work could provide an additional contribution to the understanding of the association of biomarkers levels in serum and saliva samples, and above all, cost-effective, rapid, label-free, and disposable NTFET were developed, based on a noninvasive sampling, for the assessment of CVD risk, thus constituting a potential point-of-care technology.