Fitness function evaluation through fractional algorithms

This paper proposes a Genetic Algorithm (GA) for the design of combinational logic circuits. The fitness function evaluation is calculated using Fractional Calculus. This approach extends the classical fitness function by including a fractional-order dynamical evaluation. The experiments reveal superior results when comparing with the classical method.

A remote engineering solution for automating a roller hearth kiln

Remote engineering (also known as online engineering) may be defined as a combination of control engineering and telematics. In this area, specific activities require computacional skills in order to develop projects where electrical devives are monitored and / or controlled, in an intercative way, through a distributed network (e.g. Intranet or Internet). In our specific case, we will be dealing with an industrial plant. Within the last few years, there has been an increase in the number of activities related to remote engineering, which may be connected to the phenomenon of the large extension experienced by the Internet (e.g. bandwith, number of users, development tools, etc.). This increase opens new and future possibilities to the implementation of advance teleworking (or e-working) positions. In this paper we present the architecture for a remote application, accessible through the Internet, able to monitor and control a roller hearth kiln, used in a ceramics industry for firing materials. The proposed architecture is based on a micro web server, whose main function is to monitor and control the firing process, by reading the data from a series of temperature sensors and by controlling a series of electronic valves and servo motors. This solution is also intended to be a low-cost alternative to other potential solutions. The temperature readings are obtained through K-type thermopairs and the gas flow is controlled through electrovalves. As the firing process should not be stopped before its complete end, the system is equipped with a safety device for that specific purpose. For better understanding the system to be automated and its operation we decided to develop a scale model (100:1) and experiment on it the devised solution, based on a Micro Web Server.

Ajustes posturais antecipatórios no alcance em crianças com hemiparésia espástica

Objectivos: Verificar o comportamento dos Ajustes Posturais Antecipatórios no alcance, em três crianças com hemiparésia espástica, face à aplicação de uma intervenção em Fisioterapia baseada numa abordagem segundo o conceito de Bobath. Pretendeu-se também perceber as modificações ao nível das actividades e participação, bem como ao nível da capacidade de modificação das componentes neuromotoras. Metodologia: A avaliação foi realizada antes e três meses após a intervenção através da electromiografia de superfície, máquina fotográfica Canon EOS, Classificação Internacional de Funcionalidade para Crianças e Jovens (CIF-CJ) e Sistema de Classificação da Função Motora Global (GMFCS). Resultados: Verificou-se melhorias nos Ajustes Posturais Antecipatórios no alcance com os dois membros superiores, nomeadamente no tempo de activação e na duração da actividade muscular, bem como alterações positivas nas componentes neuromotoras, como na sequência de movimento de sentado para de pé, e de pé para sentado, e marcha mais especificamente na fase pendular com o membro inferior predominantemente comprometido. Também se verificou após a intervenção uma maior funcionalidade nas três crianças, verificando-se alterações positivas nos qualificadores nas actividades e participação. Conclusão: A intervenção com base no conceito de Bobath induziu mudanças positivas quanto à funcionalidade das crianças, reflectindo-se nos Ajustes Posturais Antecipatórios e na reorganização de componentes de movimento.

Fractional describing function of systems with nonlinear friction

This paper studies the describing function (DF) of systems consisting in a mass subjected to nonlinear friction. The friction force is composed in three components namely, the viscous, the Coulomb and the static forces. The system dynamics is analyzed in the DF perspective revealing a fractional-order behaviour. The reliability of the DF method is evaluated through the signal harmonic content and the limit cycle prediction.

O perfil do utente com Acidente Vascular Cerebral

A principal causa de morte e incapacidade em Portugal deve-se a Acidentes Vasculares Cerebrais (AVC). Assim, este trabalho de investigação pretende identificar e quantificar quais os fatores que contribuem para a ocorrência de um AVC (por tipo e com sequelas), duração do internamento e potenciais soluções de encaminhamento terapêutico para o doente após a ocorrência de AVC. Identificando e quantificando tais fatores é possível traçar um perfil de doente em risco, atuando sobre ele através de medidas preventivas de forma a minimizar o impacto deste problema em termos pessoais, sociais e financeiros. Para atingir este objetivo foi analisada uma amostra de indivíduos internados em 2012 na Unidade de AVC do Centro Hospitalar do Tâmega e Sousa. Dos casos analisados 87,8% são causados por AVCI (isquémicos) e 12,2% por casos de AVCH (hemorrágicos). Do total dos casos, 58,9% apresentam sequelas. A hipertensão, a diabetes de Mellitus e o Colesterol apresentam-se como antecedentes clínicos com elevado fator de risco. O tabagismo regista grande importância na propulsão dos anteriores fatores analisados assim como o alcoolismo. Conclui-se que a prevenção do AVC e outras doenças cardiovasculares é importante desde a idade escolar, dando-se especial importância ao período que antecede os 36 anos de idade, altura em que se começa a verificar uma subida agravada de ocorrências. O investimento na prevenção e vigilância médica do cidadão é um fator crucial neste período podendo reduzir em grande escala os custos associados a médio-longo prazo para todas as partes intervenientes.

Describing function of two masses with backlash

This paper analyzes the dynamical properties of systems with backlash and impact phenomena based on the describing function method. It is shown that this type of nonlinearity can be analyzed in the perspective of the fractional calculus theory. The fractional dynamics is compared with that of standard models.

Fractional describing function of systems with Coulomb friction

This paper studies the describing function (DF) of systems constituted by a mass subjected to nonlinear friction. The friction force is decomposed into two components, namely, the viscous and the Coulomb friction. The system dynamics is analyzed in the DF perspective revealing a fractional-order behavior. The reliability of the DF method is evaluated through the signal harmonic contents.

Characterisation of adventitious lung sounds in people with dementia

Introduction: Lower Respiratory Tract Infections (LRTIs) are highly prevalent in institutionalised people with dementia, constituting an important cause of morbidity and mortality. Computerised auscultation of Adventitious Lung Sounds (ALS) has shown to be objective and reliable to assess and monitor respiratory diseases, however its application in people with dementia is unknown. Aim: This study characterised ALS (crackles and wheezes) in institutionalised people with dementia. Methods: An exploratory descriptive study, including 6 long-term care institutions was conducted. The sample included a dementia group (DG) of 30 people with dementia and a match healthy group (HG) of 30 elderly people. Socio-demographic and anthropometric data, cognition, type and severity of dementia, cardio-respiratory parameters, balance, mobility and activities and participation were collected. Lung sounds were recorded with a digital stethoscope following Computerised Respiratory Sound Analysis (CORSA) guidelines. Crackles’ location, number (N), frequency (F), two-cycle duration (2CD), initial deflection width (IDW) and largest deflection width (LDW) and wheezes’ number (N), ratio (R) and frequency (F) were analysed per breathing phase. Statistical analyses were performed using PASW Statistics(v.19). Results: There were no significant differences between the two groups in relation to the mean N of crackles during inspiration and expiration in both trachea and thorax. DG trachea crackles had significant higher F during inspiration and lower IDW, 2CD and LDW during expiration when compared with HG. At the thorax, the LDW during inspiration was also significantly lower in the DG. A significant higher N of inspiratory wheezes was found in the HG. Both groups had a low ratio of high frequency wheezes. Conclusion: Computerised analyses of ALS informed on the respiratory system and function of people with dementia and elderly people. Hence, this could be the step towards prevention, early diagnosis and continuous monitoring of respiratory diseases in people with cognitive impairment.

Executive Function Impairments in Patients with Depression

Depression, the most prevalent psychiatric disorder, has a lifelong risk of 20% and is related to high rates of death among the patients. Thus, this study aims to conduct a systematic review of changes in executive functions of adult patients diagnosed with depression. We found 1381 articles; however, only 28 were selected and recovered. The inclusion criteria was the assessment of executive functions with at least one neuropsychological test, and articles that evaluated primarily adult individuals with depression, without comparison to other psychiatric disorders. Although most of the studies (25 out of 28 analyzed) have shown deficits in some executive subcomponents, these findings are not conclusive because they used different parameters of assessment. Moreover, many variables were not controlled, such as the different subtypes of the disorder, the high level of severity, comorbidity and the use of drugs. Most studies showed different deficits in executive functions in depressed patients, but further longitudinal studies are needed in order to confirm these findings.

Adapted Control Methods for Cerebral Palsy Users of an Intelligent Wheelchair

The development of an intelligent wheelchair (IW) platform that may be easily adapted to any commercial electric powered wheelchair and aid any person with special mobility needs is the main objective of this project. To be able to achieve this main objective, three distinct control methods were implemented in the IW: manual, shared and automatic. Several algorithms were developed for each of these control methods. This paper presents three of the most significant of those algorithms with emphasis on the shared control method. Experiments were performed by users suffering from cerebral palsy, using a realistic simulator, in order to validate the approach. The experiments revealed the importance of using shared (aided) controls for users with severe disabilities. The patients still felt having complete control over the wheelchair movement when using a shared control at a 50% level and thus this control type was very well accepted. Thus it may be used in intelligent wheelchairs since it is able to correct the direction in case of involuntary movements of the user but still gives him a sense of complete control over the IW movement.

On the numerical computation of the Mittag-Leffler function

Recently simple limiting functions establishing upper and lower bounds on the Mittag-Leffler function were found. This paper follows those expressions to design an efficient algorithm for the approximate calculation of expressions usual in fractional-order control systems. The numerical experiments demonstrate the superior efficiency of the proposed method.

Comportamento da tibiotársica na sequência de movimento de sentar para de pé em crianças prematuras

Introdução: A prematuridade constitui um fator de risco para a ocorrência de lesões ao nível do sistema nervoso central, sendo que uma idade gestacional inferior a 36 semanas potencia esse mesmo risco, nomeadamente para a paralisia cerebral (PC) do tipo diplegia espástica. A sequência de movimento de sentado para de pé (SPP), sendo uma das aprendizagens motoras que exige um controlo postural (CP) ao nível da tibiotársica, parece ser uma tarefa funcional frequentemente comprometida em crianças prematuras com e sem PC. Objetivo(s): Descrever o comportamento dos músculos da tibiotársica, tibial anterior (TA) e solear (SOL), no que diz respeito ao timing de ativação, magnitude e co-ativação muscular durante a fase I e início da fase II na sequência de movimento de SPP realizada por cinco crianças prematuras com PC do tipo diplegia espástica e cinco crianças prematuras sem diagnóstico de alteração neuromotoras, sendo as primeiras sujeitas a um programa de intervenção baseado nos princípios do conceito de Bobath – Tratamento do Neurodesenvolvimento (TND). Métodos: Foram avaliadas 10 crianças prematuras, cinco com PC e cinco sem diagnóstico de alterações neuromotoras, tendo-se recorrido à eletromiografia de superfície para registar parâmetros musculares, nomeadamente timings, magnitudes e valores de co-ativação dos músculos TA e SOL, associados à fase I e inico da fase II da sequência de movimento de SPP. Procedeu-se ao registo de imagem de modo a facilitar a avaliação dos componentes de movimento associados a esta tarefa. Estes procedimentos foram realizados num único momento, no caso das crianças sem diagnóstico de alterações neuromotoras e em dois momentos, antes e após a aplicação de um programa de intervenção segundo o Conceito de Bobath – TND no caso das crianças com PC. A estas foi ainda aplicado o Teste da Medida das Funções Motoras (TMFM–88) e a Classificação Internacional da Funcionalidade Incapacidade e Saúde – crianças e jovens (CIF-CJ). Resultados: Através da eletromiografia constatou-se que ambos os grupos apresentaram timings de ativação afastados da janela temporal considerada como ajustes posturais antecipatórios (APAs), níveis elevados de co-ativação, em alguns casos com inversão na ordem de recrutamento muscular o que foi possível modificar nas crianças com PC após o período de intervenção. Nestas, verificou-se ainda que, a sequência de movimento de SPP foi realizada com menor número de compensações e com melhor relação entre estruturas proximais e distais compatível com o aumento do score final do TMFM-88 e modificação positiva nos itens de atividade e participação da CIF-CJ. Conclusão: As crianças prematuras com e sem PC apresentaram alterações no CP da tibiotársica e níveis elevados de co-ativação muscular. Após o período de intervenção as crianças com PC apresentaram modificações positivas no timing e co-ativação muscular, com impacto funcional evidenciado no aumento do score final da TMFM-88 e modificações positivas na CIF-CJ.

Development of a system to monitor surfer’s balance and plantar pressure and surfboard’s movement

O uso da tecnologia tem crescido nas últimas décadas nas mais diversas áreas, seja na indústria ou no dia-a-dia, e é cada vez mais evidente os benefícios que traz. No desporto não é diferente. Cada dia surgem novos desenvolvimentos objetivando a melhoria do desempenho dos praticantes de atividades físicas, possibilitando atingir resultados nunca antes pensados. Além disto, a utilização da tecnologia no desporto permite a obtenção de dados biomecânicos que podem ser utilizados tanto no treinamento quando na melhoria da qualidade de vida dos atletas auxiliando na prevenção de lesões, por exemplo. Deste modo, o presente projeto se aplica na área do desporto, nomeadamente, na modalidade do surfe, onde a ausência de trabalhos científicos ainda é elevada, aliando a tecnologia eletrônica ao desporto para quantificar informações até então desconhecidas. Três fatores básicos de desempenho foram levantados, sendo eles: equilíbrio, posicionamento dos pés e movimentação da prancha de surfe. Estes fatores levaram ao desenvolvimento de um sistema capaz de medi-los dinamicamente através da medição das forças plantares e da rotação da prancha de surfe. Além da medição dos fatores, o sistema é capaz de armazenar os dados adquiridos localmente através de um cartão de memória, para posterior análise; e também enviá-los através de uma comunicação sem fio, permitindo a visualização do centro de pressões plantares; dos ângulos de rotação da prancha de surfe; e da ativação dos sensores; em tempo real. O dispositivo consiste em um sistema eletrônico embarcado composto por um microcontrolador ATMEGA1280; um circuito de aquisição e condicionamento de sinal analógico; uma central inercial; um módulo de comunicação sem fio RN131; e um conjunto de sensores de força Flexiforce. O firmware embarcado foi desenvolvido em linguagem C. O software Matlab foi utilizado para receção de dados e visualização em tempo real. Os testes realizados demostraram que o funcionamento do sistema atende aos requisitos propostos, fornecendo informação acerca do equilíbrio, através do centro de pressões; do posicionamento dos pés, através da distribuição das pressões plantares; e do movimento da prancha nos eixos pitch e roll, através da central inercial. O erro médio de medição de força verificado foi de -0.0012 ± 0.0064 N, enquanto a mínima distância alcançada na transmissão sem fios foi de 100 m. A potência medida do sistema foi de 330 mW.