Fractional order calculus: basic concepts and engineering applications

The fractional order calculus (FOC) is as old as the integer one although up to recently its application was exclusively in mathematics. Many real systems are better described with FOC differential equations as it is a well-suited tool to analyze problems of fractal dimension, with long-term “memory” and chaotic behavior. Those characteristics have attracted the engineers' interest in the latter years, and now it is a tool used in almost every area of science. This paper introduces the fundamentals of the FOC and some applications in systems' identification, control, mechatronics, and robotics, where it is a promissory research field.

Control of a 6-DOF parallel manipulator through a mechatronic approach

This paper shows that a hierarchical architecture, distributing several control actions in growing levels of complexity and using resources of reconfigurable computing, enables one to take into account the ease of future modifications, updates and improvements in robotic applications. An experimental example of a Stewart—Gough platform control (a platform applied as the solution to countless practical problems) is presented using reconfigurable computing. The software and hardware developed are structured in independent blocks. This open architecture implementation allows easy expansion of the system and better adaptation of the platform to its related tasks.

Desenvolvimento de um robô com pernas inspirado no Alfaiate

A elaboração deste trabalho surge no âmbito da unidade curricular de Tese/Dissertação, integrada no Mestrado em Engenharia Eletrotécnica e de Computadores do Instituto Superior de Engenharia do Porto. O trabalho enquadra-se no âmbito da robótica de inspiração biológica, mais concretamente no desenvolvimento de um robô que apresente caraterísticas de locomoção similares ao inseto Alfaiate, modificando para este efeito um robô hexápode já existente. Inicialmente efetuou-se um estudo sobre a biologia do Alfaiate e dos vários tipos de padrões de locomoção adotados pelos animais. De seguida foi realizado um estudo sobre alguns robôs já existentes inspirados neste inseto. Após a realização desta fase de estudo, foram implementadas modificações ao robô hexápode, de forma a este conseguir apoiar-se e movimentar-se sobre a superfície da água. Para tal foram utilizados apoios em esferovite para as pernas, servomotores para a atuação e um sensor de IRPD para orientar o robô na sua trajetória. Em termos de controlo da estabilidade do corpo utilizou-se um giroscópio para permitir ao robô manter o seu corpo horizontal durante a locomoção em águas agitadas. Este trabalho termina com a realização de testes a diferentes padrões de locomoção, de forma a validar o que apresenta a melhor resposta em termos de velocidade.

Condition-Based Diagnosis of Mechatronic Systems Using a Fractional Calculus Approach

While fractional calculus (FC) is as old as integer calculus, its application has been mainly restricted to mathematics. However, many real systems are better described using FC equations than with integer models. FC is a suitable tool for describing systems characterised by their fractal nature, long-term memory and chaotic behaviour. It is a promising methodology for failure analysis and modelling, since the behaviour of a failing system depends on factors that increase the model’s complexity. This paper explores the proficiency of FC in modelling complex behaviour by tuning only a few parameters. This work proposes a novel two-step strategy for diagnosis, first modelling common failure conditions and, second, by comparing these models with real machine signals and using the difference to feed a computational classifier. Our proposal is validated using an electrical motor coupled with a mechanical gear reducer.

Potencialidades de uma abordagem com Interdisciplinaridade entre matemática e estudo do meio e centrada no ambiente

O presente estudo partiu do problema “Como promover aprendizagens da Matemática e do Estudo do Meio numa perspetiva interdisciplinar, explorando o mundo real?”. Neste sentido, tem como objetivos: selecionar recursos e atividades que se revelem motivadoras para os alunos; demonstrar a relevância da inter-relação de diferentes conceitos e a importância da sua ligação com as vivências dos alunos; ativar o envolvimento dos alunos para a aprendizagem da Matemática através do Estudo do meio e de situações do mundo real; estimular a perceção do aluno da presença da Matemática nos conteúdos de Estudo do Meio; fomentar a compreensão da relação dos conteúdos de Matemática e estudo do Meio. Com este propósito formularam-se as seguintes questões: (1) Que tipo de atividades se poderão proporcionar de forma a motivar os alunos para os conteúdos do Estudo do Meio e da Matemática? (2) De que forma a exploração das situações/conceções do quotidiano poderá promover o envolvimento dos alunos na aprendizagem da Matemática e do Estudo do Meio? (3) De que forma o Ensino Experimental das Ciências numa perspetiva interdisciplinar pode contribuir para desenvolver tanto as competências conceptuais (fatores do ambiente: temperatura e humidade/OTD/números racionais), como capacidades de pensamento crítico e tomada de decisão inerente? Tendo em vista os objetivos do estudo, desenvolveram-se, com uma turma do 2º ano de escolaridade, quatro situações formativas, que envolveram as disciplinas de Matemática e Estudo do Meio. O domínio de conteúdos preponderante na área de Estudo do Meio foi À descoberta do Ambiente Natural, enquanto na Matemática os domínios predominantes foram Organização e tratamento de dados e Números e operações. Foram realizadas diversas atividades experimentais, onde os alunos tiveram um papel ativo na construção dos seus conhecimentos. A investigação segue uma metodologia qualitativa, centrando-se num estudo de caso, onde se caracteriza uma experiência interdisciplinar que envolveu as disciplinas de Matemática e Estudo do Meio. Os dados foram recolhidos pela professora investigadora através de gravações de vídeo e áudio, fotografias, trabalhos dos alunos e de registos da professora investigadora. Os resultados demonstraram como os alunos mobilizaram e apropriaram os conteúdos de Matemática e Estudo do Meio. Os dados, através da análise de conteúdo, parecem iv sugerir que houve uma evolução no desempenho dos alunos a vários níveis, nomeadamente: no trabalho cooperativo, no envolvimento da tarefa, nas interações estabelecidas e na motivação para a aprendizagem da Matemática e Estudo do Meio.

Papel da Velocidade de Processamento e do Controlo Inibitório na presença de PDC em crianças com PHDA

Objetivos: Os objetivos deste estudo incluem (1) encontrar a prevalência da PDC em crianças com diagnóstico de PHDA entre os 7 e os 14 anos, com recurso ao BOTMP e ao DCDQ’07; (2) analisar o desempenho de crianças com PHDA ao nível da velocidade de processamento e controlo inibitório e comparar o desempenho entre as crianças que só apresentam PHDA e aquelas que apresentam também PDC; (3) verificar se a ocorrência de PDC é agravada pela presença de alterações da velocidade de processamento e controlo inibitório e se estes podem ser considerados fatores de risco para a ocorrência de PDC. Métodos: A amostra foi composta por 37 crianças entre 7 e 14 anos, com PHDA. Os dados foram recolhidos na ULSNE num único momento de avaliação utilizando como instrumentos de avaliação o BOTMP, DCDQ’07, WISC (subteste pesquisa de símbolos e código), Stroop e FAB (prova Go-no-Go); Resultados: A Prevalência da PDC em crianças com PHDA foi de 51.4%, sendo a toma da medicação e o nascimento a termo fatores de proteção. As crianças apresentaram mais dificuldades no controlo inibitório que na velocidade de processamento, sendo este um fator de agravamento para o desenvolvimento da PDC em crianças com PHDA. Verificou-se ainda que crianças com PHDA com comorbilidade de PDC têm pior resultados na velocidade de processamento e no controlo inibitório do que quando apenas há PHDA. Conclusão: Podemos concluir que as crianças com PHDA apresentam, na sua maioria, dificuldades motoras, havendo uma comorbilidade elevada com PDC. Os défices na velocidade de processamento e controlo inibitório poderão ser causa das dificuldades apresentadas por estas crianças no domínio motor. Existe a necessidade de novas perspetivas de programas de reabilitação que deem ênfase ao domínio motor em crianças com perturbação do desenvolvimento.

Cultivo e avaliação do potencial da microalga Chlorella zofingiensis para a produção de biodiesel e produtos de valor acrescentado

O presente trabalho tem como objetivo o cultivo da microalga Chlorella zofingiensis, e a avaliação da sua potencial aplicação na produção de biodiesel e de produtos de valor acrescentado, de entre os quais se destacam os antioxidantes. Com o intuito da produção de biocombustível é necessário efetuar o cultivo da microalga num volume que permita a obtenção de elevada quantidade de biomassa para a concretização do trabalho. Além deste biocombustível, existe ainda a possibilidade de valorização de alguns produtos com valor comercial, como é o caso da astaxantina, a saber na área farmacêutica, alimentar ou até mesmo cosmética. O cultivo da microalga foi feito em meio Bold’s Basal Medium (BBM), inicialmente em matrazes de 5 L e, quando se obteve uma cultura suficientemente densa, inocularam-se fotobiorreatores de 50 L. Conseguiu-se atingir uma concentração máxima de 0,76 g/L, no reator de 5 L, após cerca de 6 semanas de ensaio. Por sua vez, em fotobiorreatores de 50 L, a concentração máxima obtida foi de 0,4 g/L, após 4 semanas de ensaio. Nestas culturas foi possível obter-se uma percentagem lipídica de 7 %, apresentado concentração de pigmentos por litro de cultura na ordem dos 10 mg/L, 4 mg/L e 2 mg/L de clorofila a, clorofila b e carotenoides totais, respetivamente. Com esta percentagem lipídica recuperaram-se 400 mg de óleo, obtendo-se posteriormente 280 mg de biodiesel. Pela análise à amostra de biodiesel obtida foi possível obter o perfil lipídico desta microalga, quando cultivada em meio BBM, sendo 41% de ácido palmítico (C16:0), 9% de ácido esteárico (C18:0), 27% de ácido oleico (C18:1) e 23% de ácido linoleico (C18:2). Os resultados obtidos mostram que a Chlorella zofingiensis é uma microalga com interesse potencial para a produção de clorofila e carotenóides, mas não para o óleo para a produção de biodiesel.

Procedimento de distribuição de hemoderivados no Centro Hospitalar de São João, EPE

Introdução: A distribuição de Hemoderivados está associada a um circuito especial e que dá cumprimento ao Despacho Conjunto nº 1051/2000 (2ª série) de 14 de Setembro, publicado no Diário da República nº 251 de 30 de Outubro 2000 que regula o registo de medicamentos derivados do plasma. Isto acontece devido à natureza destes medicamentos que, por serem derivados do plasma humano, acarretam risco biológico, sendo sempre acompanhados de certificados de análise emitidos pelo INFARMED e que asseguram a sua segurança. Todas as actividades referentes à requisição, distribuição e administração de Hemoderivados têm de ser registadas num modelo de registo oficial, o que torna mais fácil a rastreabilidade da medicação dispensada e leva a um maior controlo desta. Desde a prescrição médica até à administração da medicação existem diversos passos que têm de ser realizados e que envolvem o preenchimento da requisição oficial, sendo indispensável a realização de todas as tarefas com o maior cuidado de forma a possibilitar uma dispensa de medicação correcta e eficaz, seguindo todos os parâmetros legislados. Material e Métodos: Realizou-se um estudo observacional, do tipo descritivo simples que permitiu verificar o conjunto de procedimentos compreendidos entre a realização da prescrição médica e a recepção da medicação preparada pelos Serviços Farmacêuticos, circuito que envolve diversos profissionais, nomeadamente Médicos, Técnicos de Diagnóstico e Terapêutica (TDT), Assistentes Operacionais (AO), Técnicos Superiores de Saúde (TSS), entre outros. Para a realização do estudo utilizou-se como base o período de estágio realizado nos circuitos especiais de distribuição de medicamentos no Centro Hospitalar de São João, EPE (CHSJ, EPE). Para a demonstração dos resultados realizou-se um fluxograma, utilizando o software Microsoft Office Visio 2010®, em que se pode verificar todos os passos necessários até a medicação ser administrada ao doente. Resultados: Os resultados encontram-se esquematizados na forma de um fluxograma que explica, de forma sucinta, todo o circuito especial de distribuição dos Hemoderivados desde a prescrição feita pelo médico até à recepção da medicação por parte dos serviços clínicos. Discussão / Conclusões: O circuito de distribuição de Hemoderivados adoptado pelo CHSJ, EPE segue todos os passos que permitem a correcta dispensa e administração da medicação. É imperativo que todas as partes envolvidas neste circuito tenham consciência de todos os aspectos que envolvem este tipo de distribuição, nomeadamente os aspectos burocráticos, ou seja, o correcto preenchimento do modelo oficial e que permite registar todas as actividades referentes à requisição, distribuição e administração de Hemoderivados.

Antimicrobial activity of quinoxaline 1,4-dioxide and three derivatives

O presente trabalho descreve o estudo da actividad e antimicrobiana de quarto derivados da quinoxalina N,N-dióxido: quinoxalina 1,4-dióxido, 2-metilquinoxalina 1,4- dióxido, 6-cloro-2,3-dimetilquinoxalina 1,4-dióxido e 3-benzoil-2-metilquinoxalina 1,4- dióxido contra as estirpes bacterianas Geobacillus stearothermophilus ATCC 10149, Escherichia coli ATCC 25922, Escherichia coli HB101, Escherichia coli (blaTEM, blaCTX-M) e Salmonella (blaCTX-M), assim como contra a estirpe de levedura Saccharomyces cerevisiae PYCC 4072. A determinação da concentração mínima inibitória (MIC) foi realizada pelo método de diluição. Os valores de MIC’s foram estimados para cada composto e estirpe. Os resultados obtidos sugerem potenciais novas drogas para quimioterapia.

Dispensa de medicação em dose unitária: a realidade no sistema semiautomático Kardex® dos serviços farmacêuticos do Centro Hospitalar de São João, EPE.

Introdução: Para além da importância já reconhecida da dispensa de medicação em dose unitária, a utilização de sistemas semiautomáticos no auxílio aos Serviços Farmacêuticos, quer do Kardex®, que será alvo de análise ao longo do trabalho, quer o Fast Dispensing System (FDS®), permite maior rapidez e segurança na preparação da Distribuição Individual Diária (DID) e Distribuição Individual Diária em Dose Unitária (DIDDU), auxiliando no envio do medicamento correto, na quantidade e qualidades certas, para cumprimento da prescrição médica proposta. O Kardex tem - se mostrado cada vez mais uma ferramenta de trabalho indispensável no dia – a - dia de um hospital com as características do Centro Hospitalar de São João, EPE pelo que se torna importante uma análise aos valores de utilização do Kardex. Assim sendo, este trabalho pretende dar a conhecer através de apresentações gráficas a realidade de utilização do Kardex® por Serviço Clínico, na preparação de medicação por dose unitária. Material e Métodos: Efetuou - se um estudo transversal, de carácter observacional, descritivo simples, tendo sido analisados a totalidade dos Serviços Clínicos reparados em Kardex®, entre 2 de Janeiro e 1 de Fevereiro, num total de 31 dias. Para tal efectuou - se a recolha de dados fornecida pelo Kardex®, sendo estes inseridos numa folha de Microsoft Office Excel®, e tratados posteriormente até obtenção de gráficos. Resultados: Os resultados obtidos mostram que sexta-feira e sábado são os dias em que o Kardex® tem mais tempo de utilização, mantendo-se os restantes dias da semana com valores de utilização bastante próximos. Quando analisados por Serviços Clínicos os dados mostram que são os Internamentos de Medicina A e B que ocupam respetivamente o primeiro e segundo lugar no que diz respeito ao maior tempo de utilização do Kardex®, com um tempo de trabalho em Kardex de aproximadamente 1 hora. Discussão / Conclusões: Sexta-feira e Sábado são os dias em que a utilização do Kardex® se torna maior devido à necessidade de preparação de medicação para 48h, ao contrário dos restantes dias em que a preparação da medicação é para apenas 24h. Os Internamentos de Medicina A e B são os Serviços Clínicos que mais tempo ocupam o Kardex®, muito devido ao grande número de camas que cada serviço tem, mas também às características dos doentes nele internados, a sua maioria bastante polimedicados.

Procedimento de validação de distribuição clássica no Centro Hospitalar de São João, EPE

Introdução: Em linhas gerais, a Distribuição Clássica baseia-se na distribuição de medicamentos para um determinado Serviço Clínico que efectua um pedido de reposição de stock, electrónico ou manual. Esse pedido tem por base um stock previamente definido entre Serviços Farmacêuticos e Serviços Clínicos, no que respeita aos medicamentos e produtos farmacêuticos que irão constituir esse stock fixo, bem como as respectivas quantidades. O presente trabalho incide no procedimento de validação de requisições efectuadas segundo este sistema de distribuição no Centro Hospitalar de São João, EPE, efectuado por um Técnico de Farmácia, sistematizando-o, de forma a demonstrar os diferentes processos envolvidos na actividade de interpretação e validação de requisições de Distribuição Clássica, conforme o tipo de requisição efectuada. Material e Métodos: Foi realizado um estudo observacional descritivo simples, incidindo no processo que decorre entre a recepção do pedido de reposição de stock pelos Serviços Farmacêuticos e a dispensa da medicação. Resultados: Os resultados do estudo foram representados na forma de esquemas com os quais se pretendeu sintetizar os seguintes procedimentos de validação: validação de requisições on-line, validação de requisições em papel que não carecem de Justificação ou Prescrição Médica, validação de requisições em papel que carecem de Justificação ou Prescrição Médica – Ambulatório e validação de outras requisições em papel que carecem de Justificação ou Prescrição Médica. Discussão/Conclusão: O processo de validação a que os pedidos de reposição de stock são sujeitos varia consoante o formato de requisição utilizado. A substituição das requisições manuais pelas electrónicas seria um passo fundamental para a desburocratização de todo o circuito da Distribuição Clássica, beneficiando do inevitável preenchimento de campos obrigatórios, simplificando assim todo o processo de validação, agilizando a dispensa da medicação.

Reposição do sistema semi-automático Pyxis® num Hospital Central Universitário: avaliação do número de unidades repostas

Introdução: No Centro Hospitalar de São João, EPE a partir de 2008, foi implementado o sistema semi-automático de reposição de stocks nivelados de medicamentos, Pyxis®, atualmente implementado em 16 serviços clínicos. Atendendo ao crescimento verificado na implementação deste sistema automatizado na instituição, este trabalho pretende dar a conhecer a realidade de preparação da medicação para reposição no sistema semi-automático Pyxis®, por avaliação do número de unidades de medicamentos repostos diariamente e por dia da semana. Material e Métodos: Desenvolveu-se um estudo longitudinal retrospetivo onde se analisou a totalidade de serviços com implementação Pyxis® através do registo diário de reposição dos diferentes Serviços Clínicos num período de 41 dias consecutivos. Numa segunda fase, os dados foram sintetizados sob a forma de tabelas em Microsoft Office Excel®, tendo posteriormente sido construídos os respetivos gráficos para análise. Resultados: Os resultados, representados graficamente, mostram que a segunda-feira é o dia da semana com maior número de reposições de medicamentos, sendo os serviços com maior número de reposições totais UCI Geral, UCI Neurocríticos, Cirurgia Cardiotorácica e UCIPU. Discussão / Conclusões: Os resultados obtidos permitiram verificar uma sobrecarga de referências de medicamentos e unidades repostas às segundas-feiras, atingindo, em muitos serviços, valores de unidades repostas duas vezes superior à média de reposições do serviço (por ex. UCI Neurocíticos). Contudo, apesar do reduzido período de análise, os dados parecem evidenciar que o facto de haver reposições ao domingo agiliza o processo de reposição dos Pyxis® às segundas-feiras.

Procedimento de distribuição de estupefacientes e psicotrópicos no Centro Hospitalar de São João, EPE

Introdução: A distribuição de medicamentos estupefacientes e psicotrópicos exige um tipo de distribuição especial, dada as suas características particulares. Neste sentido, por imposição legal e pelas características do próprio medicamento é necessário um circuito especial de distribuição, encontrando-se implementada no Centro Hospitalar de São João, EPE (CHSJ, EPE) a distribuição mista. A distribuição mista inicia-se com uma prescrição médica por doente, sendo a dispensa da medicação feita por Serviço Clínico (SC) quando o stock do mesmo se encontra com níveis mínimos, procurando repôr as quantidades que já foram consumidas. Este trabalho pretende uma análise pormenorizada do procedimento de distribuição de estupefacientes e psicotrópicos nesta instituição, dando a conhecer os cuidados especiais envolvidos. Material e Métodos: Utilizou-se como método de trabalho o estudo observacional, descritivo simples, com o intuito de analisar quais os procedimentos aplicados na distribuição de Estupfacientes e Psicotrópicos no CHSJ, EPE, desde a elaboração da prescrição médica, até à dispensa da medicação e sua entrega pelos Serviços Farmacêuticos, analisando igualmente quais os profissionais envolvidos nas diferentes etapas do processo. Resultados: Os resultados foram apresentados através de um fluxograma, utilizando o Microsoft Visio 2010®. Discussão de Resultados/Conclusões: O circuito estabelecido para a dispensa de estupefacientes e psicotrópicos visa o máximo controlo da medicação administrada e evitar a sua associação a actos ilícitos. Dada a burocracia associada a este circuito de distribuição, o reajuste do modelo de receita médica relativa a estas substâncias para o formato electrónico seria benéfico. Esta medida evitaria a circulação de papel nos serviços, permitiria um fácil controlo dos pedidos de requisição pela enfermagem, evitaria a deslocação dos Assistentes Operacionais dos SC à Farmácia e facilitaria o processo de validação, sem que a segurança do circuito fosse posta em causa.

Marine cyanobacteria compounds with anticancer properties: a review on the implication of apoptosis

Marine cyanobacteria have been considered a rich source of secondary metabolites with potential biotechnological applications, namely in the pharmacological field. Chemically diverse compounds were found to induce cytoxicity, anti-inflammatory and antibacterial activities. The potential of marine cyanobacteria as anticancer agents has however been the most explored and, besides cytotoxicity in tumor cell lines, several compounds have emerged as templates for the development of new anticancer drugs. The mechanisms implicated in the cytotoxicity of marine cyanobacteria compounds in tumor cell lines are still largely overlooked but several studies point to an implication in apoptosis. This association has been related to several apoptotic indicators such as cell cycle arrest, mitochondrial dysfunctions and oxidative damage, alterations in caspase cascade, alterations in specific proteins levels and alterations in the membrane sodium dynamics. In the present paper a compilation of the described marine cyanobacterial compounds with potential anticancer properties is presented and a review on the implication of apoptosis as the mechanism of cell death is discussed.

Antimicrobial activity of pyrazine and quinoxaline N,N’-dioxide heterocyclic compounds

The nitrogen heterocyclic organic compounds 1,4 dioxide pyrazine and quinoxaline derivatives have been widely studied due to their potential use as synthetic drugs. The thermochemical study of three N,N´-dioxides: 2,3,5-trimethylpyrazine-1,4-dioxide, tetramethylpyrazine-1,4-dioxide and 6-chloro-2,3-dimethilquinoxaline 1,4-dioxide has been recently developed in order to establish relationships among the energetical, structural and reactivity properties [4,5]. Several studies have reported their pharmacological activity, particularly as antimicrobial agents [1,2,3]. It has also been established a relation between energetical and structural properties and biological activity, once these compounds present N – oxide bonds, increasing their oxidative capacity. The present work reports the study of antimicrobial activity for those compounds against the bacteria Geobacillus stearothermophylus, Staphylococcus aureus, Streptococcus agalactiae, Escherichia coli and also against the yeasts Saccharomyces cerevisiae PYCC 4072, Candida albicans PYCC3436T, Candida tropicalis PYCC, Issatchenka Orientalis PYCC. The determination of the minimal inhibitory concentration (MIC), points to an antimicrobial activity and the preliminary results indicate that these compounds may be potential candidates as antimicrobial drugs with clinical, agriculture or food industries applications.