Robôs quadrúpedes: geração de trajectórias em tempo real usando sistemas dinâmicos não-lineares

A geração de trajectórias de robôs em tempo real é uma tarefa muito complexa, não existindo ainda um algoritmo que a permita resolver de forma eficaz. De facto, há controladores eficientes para trajectórias previamente definidas, todavia, a adaptação a variações imprevisíveis, como sendo terrenos irregulares ou obstáculos, constitui ainda um problema em aberto na geração de trajectórias em tempo real de robôs. Neste trabalho apresentam-se modelos de geradores centrais de padrões de locomoção (CPGs), inspirados na biologia, que geram os ritmos locomotores num robô quadrúpede. Os CPGs são modelados matematicamente por sistemas acoplados de células (ou neurónios), sendo a dinâmica de cada célula dada por um sistema de equações diferenciais ordinárias não lineares. Assume-se que as trajectórias dos robôs são constituídas por esta parte rítmica e por uma parte discreta. A parte discreta pode ser embebida na parte rítmica, (a.1) como um offset ou (a.2) adicionada às expressões rítmicas, ou (b) pode ser calculada independentemente e adicionada exactamente antes do envio dos sinais para as articulações do robô. A parte discreta permite inserir no passo locomotor uma perturbação, que poderá estar associada à locomoção em terrenos irregulares ou à existência de obstáculos na trajectória do robô. Para se proceder á análise do sistema com parte discreta, será variado o parâmetro g. O parâmetro g, presente nas equações da parte discreta, representa o offset do sinal após a inclusão da parte discreta. Revê-se a teoria de bifurcação e simetria que permite a classificação das soluções periódicas produzidas pelos modelos de CPGs com passos locomotores quadrúpedes. Nas simulações numéricas, usam-se as equações de Morris-Lecar e o oscilador de Hopf como modelos da dinâmica interna de cada célula para a parte rítmica. A parte discreta é modelada por um sistema inspirado no modelo VITE. Medem-se a amplitude e a frequência de dois passos locomotores para variação do parâmetro g, no intervalo [-5;5]. Consideram-se duas formas distintas de incluir a parte discreta na parte rítmica: (a) como um (a.1) offset ou (a.2) somada nas expressões que modelam a parte rítmica, e (b) somada ao sinal da parte rítmica antes de ser enviado às articulações do robô. No caso (a.1), considerando o oscilador de Hopf como dinâmica interna das células, verifica-se que a amplitude e frequência se mantêm constantes para -5de Hopf, a amplitude e a frequência têm o mesmo comportamento, crescendo e diminuindo nos intervalos de g [-0.5,0.34] e [0.4,1.83], sendo nos restantes valores de g nulas. Isto traduz-se em variações na extensão do movimento e na velocidade do robô, proporcionais à amplitude e à frequência, respectivamente. Ainda com o oscilador Hopf, no caso (b), a frequência mantêm-se constante enquanto a amplitude diminui para g<0.2 e aumenta para g>0.2. A extensão do movimento varia de forma directamente proporcional à amplitude. No caso das equações de Morris-Lecar, quando a componente discreta é embebida (a.2), a amplitude e a frequência aumentam e depois diminuem para - 0.17de diminui para g<0.5 e aumenta para g>0.5 Pode concluir-se que: (1) a melhor forma de inserção da parte discreta que menos perturbação insere no robô é a inserção como offset; (2) a inserção da parte discreta parece ser independente do sistema de equações diferenciais ordinárias que modelam a dinâmica interna de cada célula. Como trabalho futuro, é importante prosseguir o estudo das diferentes formas de inserção da parte discreta na parte rítmica do movimento, para que se possa gerar uma locomoção quadrúpede, robusta, flexível, com objectivos, em terrenos irregulares, modelada por correcções discretas aos padrões rítmicos.

Detecção e seguimento de objectos em imagens termográficas: análise experimental de modelos de descrição

A instalação de sistemas de videovigilância, no interior ou exterior, em locais como aeroportos, centros comerciais, escritórios, edifícios estatais, bases militares ou casas privadas tem o intuito de auxiliar na tarefa de monitorização do local contra eventuais intrusos. Com estes sistemas é possível realizar a detecção e o seguimento das pessoas que se encontram no ambiente local, tornando a monitorização mais eficiente. Neste contexto, as imagens típicas (imagem natural e imagem infravermelha) são utilizadas para extrair informação dos objectos detectados e que irão ser seguidos. Contudo, as imagens convencionais são afectadas por condições ambientais adversas como o nível de luminosidade existente no local (luzes muito fortes ou escuridão total), a presença de chuva, de nevoeiro ou de fumo que dificultam a tarefa de monitorização das pessoas. Deste modo, tornou‐se necessário realizar estudos e apresentar soluções que aumentem a eficácia dos sistemas de videovigilância quando sujeitos a condições ambientais adversas, ou seja, em ambientes não controlados, sendo uma das soluções a utilização de imagens termográficas nos sistemas de videovigilância. Neste documento são apresentadas algumas das características das câmaras e imagens termográficas, assim como uma caracterização de cenários de vigilância. Em seguida, são apresentados resultados provenientes de um algoritmo que permite realizar a segmentação de pessoas utilizando imagens termográficas. O maior foco desta dissertação foi na análise dos modelos de descrição (Histograma de Cor, HOG, SIFT, SURF) para determinar o desempenho dos modelos em três casos: distinguir entre uma pessoa e um carro; distinguir entre duas pessoas distintas e determinar que é a mesma pessoa ao longo de uma sequência. De uma forma sucinta pretendeu‐se, com este estudo, contribuir para uma melhoria dos algoritmos de detecção e seguimento de objectos em sequências de vídeo de imagens termográficas. No final, através de uma análise dos resultados provenientes dos modelos de descrição, serão retiradas conclusões que servirão de indicação sobre qual o modelo que melhor permite discriminar entre objectos nas imagens termográficas.

Modelos e interfaces gráficos para objectos de aprendizagem na área da saúde

A educação é uma área bastante importante no desenvolvimento humano e tem vindo a adaptar-se às novas tecnologias. Tentam-se encontrar novas maneiras de ensinar de modo a obter um rendimento cada vez maior na aprendizagem das pessoas. Com o aparecimento de novas tecnologias como os computadores e a Internet, a concepção de aplicações digitais educativas cresceu e a necessidade de instruir cada vez melhor os alunos leva a que estas aplicações precisem de um interface que consiga leccionar de uma maneira rápida e eficiente. A combinação entre o ensino com o auxílio dessas novas tecnologias e a educação à distância deu origem ao e-Learning (ensino à distância). Através do ensino à distância, as possibilidades de aumento de conhecimento dos alunos aumentaram e a informação necessária tornou-se disponível a qualquer hora em qualquer lugar com acesso à Internet. Mas os cursos criados online tinham custos altos e levavam muito tempo a preparar o que gerou um problema para quem os criava. Para recuperar o investimento realizado decidiu-se dividir os conteúdos em módulos capazes de serem reaproveitados em diferentes contextos e diferentes tipos de utilizadores. Estes conteúdos modulares foram denominados Objectos de Aprendizagem. Nesta tese, é abordado o estudo dos Objectos de Aprendizagem e a sua evolução ao longo dos tempos em termos de interface com o utilizador. A concepção de um interface que seja natural e simples de utilizar nem sempre é fácil e independentemente do contexto em que se insere, requer algum conhecimento de regras que façam com que o utilizador que use determinada aplicação consiga trabalhar com um mínimo de desempenho. Na concepção de Objectos de Aprendizagem, áreas de complexidade elevada como a Medicina levam a que professores ou doutores sintam alguma dificuldade em criar um interface com conteúdos educativos capaz de ensinar com eficiência os alunos, devido ao facto de grande parte deles desconhecerem as técnicas e regras que levam ao desenvolvimento de um interface de uma aplicação. Através do estudo dessas regras e estilos de interacção torna-se mais fácil a criação de um bom interface e ao longo desta tese será estudado e proposto uma ferramenta que ajude tanto na criação de Objectos de Aprendizagem como na concepção do respectivo interface.

Modelos para a determinação da taxa de juro

Nos tempos que correm assistimos a alguma volatilidade e incerteza quanto à evolução das taxas de juro. As alterações nas taxas de juro podem afectar o resultado e a situação líquida das empresas. O risco da taxa de juro pode ser controlado através de diversos modelos. Os modelos mais usuais de gestão do risco baseiam-se nos diferenciais de fundos (GAP), diferenciais de duração, valor em risco (VaR) e simulação estática e dinâmica que são apresentados de forma sequencial nesta obra. Modelos para a Determinação do Risco da Taxa de Juro é uma obra de grande utilidade para os profissionais e técnicos das instituições de crédito e sociedades financeiras para além dos gestores de empresa responsáveis pelos departamentos financeiros, consultores financeiros e para todos aqueles que se interessam por temas relacionados com teoria financeira. O autor, Eduardo Manuel Lopes de Sá e Silva é doutorado em Ciências Económicas e Empresariais, pela Universidade da Corunha, Espanha, licenciado e mestre em Economia pela Faculdade de Economia da Universidade do Porto. Exerce funções de docente no Instituto Superior de Contabilidade e Administração do Porto e é coordenador do Curso de Especialização em Contabilidade e Fiscalidade que conta com o apoio da Câmara dos Técnicos Oficiais de Contas. Igualmente exerce as funções de técnico oficial de contas, revisor oficial de contas e consultor financeiro numa Instituição de Crédito.

Modelos morfológicos tridimensionais por IRM do tracto vocal para as principais vogais do Português Europeu

O entendimento da produção da fala tem sido ampla mente procurado, recorrendo à imagem por ressonância magnética (IRM), mas não é totalmente conhecido, particularmente no que diz respeito aos sons do Português Europeu (PE). O principal objectivo deste estudo foi a caracterização das vogais do PE. Com base na IRM recolheram-se conjuntos de imagens bidimensionais, em cinco posições articulatórias distintas, durante a produção sustentada do som. Após extracção de contornos do tracto vocal procedeu-se à reconstrução tridimensional, constatando-se que a IRM fornece in formação morfológica útil e com considerável precisão acerca da posição e forma dos diferentes articuladores da fala.

Estimação nos modelos bivariados de médias móveis de valor inteiro

Nas últimas décadas, o estudo das séries temporais de contagem univariadas tem sido objecto de interesse crescente na literatura. Uma das classes de modelos mais populares é a dos modelos auto-regressivos e médias móveis de valor inteiro não-negativo, INARMA, obtida através da substituição da multiplicação por um operador aleatório, chamado thinning, nos modelos ARMA convencionais. Os modelos INAR para séries de contagem univariadas têm sido amplamente estudados na literatura no que diz respeito quer às suas propriedades probabilísticas quer à inferência estatística. Por outro lado, a classe alargada de modelos de médias móveis para séries de valor inteiro, INMA, em que as operações thinning em instantes diferentes são dependentes entre si, não tem sido objecto de tanta atenção. De facto os modelos INMA não são Markovianos pelo que a inferência estatística apresenta dificuldades adicionais. Actualmente o interesse na análise de séries temporais de contagem centra-se em modelos e métodos para séries multivariadas. Neste trabalho, consideram-se os modelos INMA bivariados propostos por Torres et al. (2012). Nesta classe alargada de modelos bivariados INMA, a estrutura de dependência entre as duas séries temporais é introduzia pela dependência entre os dois processos de chegada enquanto que a dependência em cada série é definida pela dependência de operações thinning em instantes diferentes. Consideram-se estimadores baseados em momentos: método dos momentos (MM), método dos momentos generalizados (GMM) e método dos momentos eficiente (EMM), assim como estimadores baseados na função geradora de probabilidades.

Modelos cognitivos da tonalidade

São apresentados os modelos cognitivos da tonalidade desenvolvidos por Shepard (1964; 1982a), Longuet- Higgins (1987), Lerdahl (1988; 2001), e Krumhansl (1983; 1990), com particular incidência no modelo de Lerdahl. Um breve exame comparativo evidencia as potencialidades deste último como instrumento de investigação no âmbito dos estudos de performance bem como na área da percepção. Palavras-chave: Percepção; Tonalidade; Lerdahl; Longuet-Higgins; Krumhansl; Shepard.

Plataforma de gestão e controlo de identidade digital e implementação novos modelos de governação e utilização das TIC

As estruturas orgânicas empresariais estão cada vez mais obrigadas a garantir elevados padrões de qualidade de serviços, possibilitando ao mesmo tempo a sustentabilidade das estruturas e ainda, o alinhamento dos investimentos efetuados com as estratégias de negócio. O seu desenvolvimento obriga a que na área das tecnologias de informação e comunicação exista a necessidade de repensar estratégias em vigor, procurando novos modelos, mais ágeis e mais capazes de se enquadrar nestas novas exigências. Neste âmbito, é de esperar que as plataformas de identidade digital tenham um papel determinante no desenvolvimento destes novos modelos, pois são um instrumento único para se implementarem plataformas heterogéneas, intemperáveis, com elevados níveis de segurança e de garantia de controlo no acesso à informação. O trabalho agora apresentado tem como objectivo investigar e desenvolver uma plataforma de identidade digital e uma plataforma de testes, que permitam ao Politécnico do Porto a aquisição de um infraestrutura de Tecnologias de Informação e Comunicação que se torne um instrumento fundamental para o desenvolvimento contínuo, de garantia de qualidade e de sustentabilidade de todos os serviços prestados à sua comunidade.

Modelos de gestão da informação institucional para apoio à investigação

CNE: 19 e 20 de Maio.

A modelação nas tecnologias de tratamento de água – o caso particular do arrastamento por ar

Os recursos hídricos subterrâneos constituem a maior fonte disponível de água doce e são, cada vez mais, utilizados no abastecimento de água para consumo humano e em múltiplas actividades industriais e agrícolas. A poluição destes recursos, fruto de acidente ou negligência, é uma realidade que se verifica com uma frequência alarmante e que atinge níveis preocupantes no nosso país. Nestas Jornadas pretende-se apresentar, numa primeira fase, uma breve alusão à operação de arrastamento por ar em colunas com enchimento desordenado, e suas vantagens face a outros processos de despoluição e, numa segunda fase, a utilidade de desenvolvimento de modelos de simulação e optimização numérica desta operação unitária. Para tal, é exposta a formulação do modelo matemático fenomenológico concebido por Castro e Fiúza (Castro, 1997) desenvolvido sob uma fundamentação teórica com carácter sistémico, em termos de equações de balanço de massa para uma determinada secção de volume infinitesimal, traduzido num sistema de EDOs e num sistema de EDPs, para situações de estado estacionário e transiente respectivamente e são apresentados os resultados entretanto obtidos.

Transferência de massa através de arrastamento por ar: resultados de simulação laboratorial e numérica

O tolueno tem uma vasta aplicação industrial e apresenta alguns riscos para a saúde humana. Legislação comunitária, recentemente publicada, exige que se cumpra a médio prazo padrões mínimos de qualidade apontando como limite máximo de concentração de tolueno na água destinada a consumo humano o valor de 1 ppm. O processo de arrastamento por ar em colunas com enchimento desordenado é uma das técnicas de remoção disponíveis, embora ainda pouco implementada no nosso país. Neste trabalho simulou-se, laboratorial e numericamente, a remoção do tolueno da água através desta tecnologia sob condições operatórias pré-estabelecidas. A simulação à escala laboratorial foi executada numa instalação piloto constituída por uma coluna de vidro acrílico com 0.137metros de diâmetro interno preenchida desordenadamente com anéis Raflux de polietileno com 15milímetros de calibre numa altura de 1.10 metros. A experimentação efectuada abrangeu ensaios realizados quer em regime permanente quer em regime transitório. As simulações numéricas do comportamento de uma coluna com idênticas características, em estado estacionário e em estado transiente, foram efectuadas com “software” específico concebido para MatLab. Este software permite a descrição do regime hidrodinâmico e da transferência de massa deste processo de acordo com os modelos de Robbins [Robbins, 1991] e Onda [Onda, 1968], respectivamente, inseridos num modelo global fenomenológico traduzido num sistema de equações às derivadas parciais de 1ª ordem, do tipo hiperbólico, com uma variável espacial axial e uma variável temporal. A resolução deste modelo é efectuada através de algoritmos e estratégias específicas nomeadamente a implementação numérica dos métodos explícito de Euler para resolução do sistema de ED0s que traduz o estado estacionário primitivo e de diferenças finitas com esquema explícito associado a manipulação de matrizes esparsas para resolução do sistema de EDPs que traduz o estado dinâmico. A concordância entre os resultados obtidos na teoria e na prática, pese embora as dificuldades encontradas no controlo analítico das amostras, permite concluir que o modelo proposto possui um rigor fenomenológico suficiente e que o modelo numérico associado possibilita um elevado grau de exactidão e de fiabilidade. A aplicação desenvolvida pode constituir uma importante ferramenta de apoio à análise dinâmica desta operação unitária à escala industrial, reduzindo o esforço experimental e os respectivos custos associados. Constitui igualmente a base para uma implementação de um potencial sistema de controlo por actuação antecipada com base num modelo que reveste a forma de um sistema de parâmetros distribuídos.

Utilização de métodos ópticos de correlação de imagem para a determinação da tenacidade à fractura de adesivos estruturais

Mestrado em Engenharia Mecânica

Impacto da Radioterapia no stress oxidativo em modelos celulares radiorresistentes em contexto de obesidade

Introdução: Estudos anteriores em modelos tumorais de glioma e melanoma, tumores radiorresistentes, indicaram que a obesidade pode estar relacionada com um aumento do status oxidativo e com a diminuição da resistência à radiação. Como a Radioterapia é o tratamento frequentemente utilizado para esta patologia, propomo-nos, desta forma, a explorar a influência da obesidade em células de glioma, as BC3H1, e melanoma, B16F10, submetidas a Radioterapia, na presença de agentes oxidantes e antioxidantes, para o estudo da sua influência ao nível da viabilidade celular e do impacto do stress oxidativo. Métodos: As células BC3H1 e B16F10 foram tratadas com t-BOOH (150μM e 50 μM, respetivamente), TUDCA (25μM e 1μM, respetivamente) e com a mistura de t-BOOH+TUDCA em meio DMEM sem soro e meio condicionado (CM), a partir de adipócitos 3T3-L1. Em seguida, parte das células foram irradiadas com uma dose total de 2Gy. Posteriormente avaliou-se a viabilidade celular (teste MTT) e o stress oxidativo (teste TBARS, atividade da catalase, concentração da GSH, e status antioxidante total), às 4h e 12h. Resultados: Observou-se um aumento da capacidade antioxidante total das células irradiadas, comparativamente com as células não irradiadas. O meio condicionado reduziu o stress oxidativo nas BC3H1, ao mesmo tempo que reduziu a sua viabilidade celular. O TUDCA nas células incubadas com MC e submetidas a radioterapia, tendencialmente diminuiu a viabilidade celular, nas concertações em estudo. Discussão/Conclusão: O meio condicionado e a radioterapia, por si só, aumentam a resposta antioxidante total na célula, às 4h e às 12h. O TUDCA nas células incubadas com meio condicionado e submetidas a radioterapia, teve um comportamento citotóxico para as BC3H1, nas concentrações testadas. Revelando a necessidade de aprofundar os estudos da ação deste composto como agente radiossensibilizador, neste e noutros modelos celulares de carcinogénese.