Conceiving modern engineers within the framework of the sustainability action plan (PASUS) of ISEP: sustainability matters!

Engineering education practices have evolved not only due to the natural changes in the contents of the curricula and skills but also, and more recently, due to the requirements imposed by the Bologna revision process. In addition, industry is becoming more demanding, as society is becoming more and more aware of the global needs and consequences of industrial practices. Under this scope, higher education needs not only to follow but also to lead these trends. Therefore, the School of Engineering of the Polytechnic Institute of Porto (ISEP), a Global Reporting Initiative (GRI) training partner in Portugal, prepared and presented its Sustainability Action Plan (PASUS), with the main objective of creating a new kind of engineers, with Sustainable Development at the core of their graduation and MsC degrees. In this paper, the main strategies and activities of the referred plan along with the strategic approach, which guided its development and implementation, will be presented in detail. Additionally, a reflection about the above mentioned bridge between concept and application will be established and justified, in the framework of the action plan. Although in most of the situations, there was no prior discussion or specific request, many of the graduation and post-graduation programmes offered by ISEP already include courses that attend to PASUS philosophy. As a consequence, the number of Master thesis, Graduation projects and R&D projects that address sustainability problems has grown substantially, a proof that for ISEP community, sustainability really matters!

Efeito hipotensivo de uma sessão de exercício aeróbio em idosos hipertensos

Introdução: As doenças cardiovasculares, entre elas, a hipertensão arterial constituem um dos problemas de saúde de maior prevalência, principalmente na população idosa. Alguns estudos têm apontado o exercício físico aeróbio como uma medida não farmacológica, eficaz, para a prevenção/controlo da hipertensão arterial. Objetivo: Este estudo avaliou o efeito agudo hipotensivo de uma sessão isolada de exercício físico aeróbio num grupo de idosos hipertensos. Metodologia: A amostra foi composta por 20 idosos, de ambos os géneros, hipertensos, pertencentes a três centros de convívio distintos. Os indivíduos foram divididos aleatoriamente em dois grupos, o grupo que fez a sessão de exercício (n=10, idade 81,2 ± 4,71 anos) e o grupo de controlo (n=10, idade 81,2 ± 3,12 anos). O grupo de exercício participou numa sessão de exercício físico aeróbio que teve 35 minutos de duração, sendo constituída por 5 minutos de aquecimento seguidos por duas frações de marcha a uma intensidade de 40-60% da frequência cardíaca (FC) de reserva, cada uma delas com a duração de 10 minutos, separadas por um intervalo de recuperação de 5 minutos, terminando com 5 minutos de retorno à calma. O grupo controlo permaneceu 35 minutos em repouso sentado. Todos indivíduos foram sujeitos à avaliação da pressão arterial (PA) e FC, antes, no intervalo, no término, 20 e 40 minutos após a sessão de exercício/35 minutos de repouso. Resultados: Observou-se que no grupo que fez o exercício físico a PA sistólica medida aos 40 minutos (123,04 ± 23,07 mmHg) após a sessão de exercício foi significativamente inferior aos restantes momentos de avaliação, incluindo o valor observado em repouso (135,57 ± 19,43 mmHg). A PA diastólica medida também aos 40 minutos (61,94 ± 7,49 mmHg) após a sessão foi inferior à obtida ao intervalo da sessão (72,40 ± 8,51 mmHg). A FC foi significativamente superior ao intervalo e no término da sessão comparativamente a todos os outros momentos de avaliação. Quanto ao grupo controlo não se verificaram diferenças significativas em nenhum dos parâmetros avaliados. Conclusão: Uma sessão isolada de exercício aeróbio de curta promove a ocorrência do fenómeno hipotensão pós-exercício em idosos hipertensos.

An efficient numerical scheme for solving multi-dimensional fractional optimal control problems with a quadratic performance index

The shifted Legendre orthogonal polynomials are used for the numerical solution of a new formulation for the multi-dimensional fractional optimal control problem (M-DFOCP) with a quadratic performance index. The fractional derivatives are described in the Caputo sense. The Lagrange multiplier method for the constrained extremum and the operational matrix of fractional integrals are used together with the help of the properties of the shifted Legendre orthonormal polynomials. The method reduces the M-DFOCP to a simpler problem that consists of solving a system of algebraic equations. For confirming the efficiency and accuracy of the proposed scheme, some test problems are implemented with their approximate solutions.

Application of Visual-Inertial SLAM for 3D Mapping of Underground Environments

The underground scenarios are one of the most challenging environments for accurate and precise 3d mapping where hostile conditions like absence of Global Positioning Systems, extreme lighting variations and geometrically smooth surfaces may be expected. So far, the state-of-the-art methods in underground modelling remain restricted to environments in which pronounced geometric features are abundant. This limitation is a consequence of the scan matching algorithms used to solve the localization and registration problems. This paper contributes to the expansion of the modelling capabilities to structures characterized by uniform geometry and smooth surfaces, as is the case of road and train tunnels. To achieve that, we combine some state of the art techniques from mobile robotics, and propose a method for 6DOF platform positioning in such scenarios, that is latter used for the environment modelling. A visual monocular Simultaneous Localization and Mapping (MonoSLAM) approach based on the Extended Kalman Filter (EKF), complemented by the introduction of inertial measurements in the prediction step, allows our system to localize himself over long distances, using exclusively sensors carried on board a mobile platform. By feeding the Extended Kalman Filter with inertial data we were able to overcome the major problem related with MonoSLAM implementations, known as scale factor ambiguity. Despite extreme lighting variations, reliable visual features were extracted through the SIFT algorithm, and inserted directly in the EKF mechanism according to the Inverse Depth Parametrization. Through the 1-Point RANSAC (Random Sample Consensus) wrong frame-to-frame feature matches were rejected. The developed method was tested based on a dataset acquired inside a road tunnel and the navigation results compared with a ground truth obtained by post-processing a high grade Inertial Navigation System and L1/L2 RTK-GPS measurements acquired outside the tunnel. Results from the localization strategy are presented and analyzed.

Ankle anticipatory postural adjustments during gait initiation in healthy and post-stroke subjects

Background: Anticipatory postural adjustments during gait initiation have an important role in postural stability but also in gait performance. However, these first phase mechanisms of gait initiation have received little attention, particularly in subcortical post-stroke subjects, where bilateral postural control pathways can be impaired. This study aims to evaluate ankle anticipatory postural adjustments during gait initiation in chronic post-stroke subjects with lesion in the territory of middle cerebral artery. Methods: Eleven subjects with post-stroke hemiparesis with the ability to walk independently and twelve healthy controls participated in this study. Bilateral electromyographic activity of tibialis anterior, soleus and medial gastrocnemius was collected during gait initiation to assess the muscle onset timing, period of activation/deactivation and magnitude of muscle activity during postural phase of gait initiation. This phase was identified through centre of pressure signal. Findings: Post-stroke group presented only half of the tibialis anterior relative magnitude observed in healthy subjects in contralesional limb (t=2.38, p=0.027) and decreased soleus deactivation period (contralesional limb, t=2.25, p=0.04; ipsilesional limb, t=3.67, p=0.003) as well its onset timing (contralesional limb, t=3.2. p=0.005; ipsilesional limb, t=2.88, p=0.033) in both limbs. A decreased centre of pressure displacement backward (t=3.45, p=0.002) and toward the first swing limb (t=3.29, p=0.004) was observed in post-stroke subjects. Interpretation: These findings indicate that chronic post-stroke subjects with lesion at middle cerebral artery territory present dysfunction in ankle anticipatory postural adjustments in both limbs during gait initiation.

Reliability of Two Methods for Identifying the Postural Phase of Gait Initiation in Healthy and Post-stroke Subjects

This study aims to compare two methods of assessing the postural phase of gait initiation as to intrasession reliability, in healthy and post-stroke subjects. As a secondary aim, this study aims to analyse anticipatory postural adjustments during gait initiation based on the centre of pressure (CoP) displacements in post-stroke participants. The CoP signal was acquired during gait initiation in fifteen post-stroke subjects and twenty-three healthy controls. Postural phase was identified through a baseline-based method and a maximal displacement based method. In both healthy and post-stroke participants higher intra-class correlation coefficient and lower coefficient of variation values were obtained with the baseline-based method when compared to the maximal displacement based method. Post-stroke participants presented decreased CoP displacement backward and toward the first swing limb compared to controls when the baseline-based method was used. With the maximal displacement based method, there were differences between groups only regarding backward CoP displacement. Postural phase duration in medial-lateral direction was also increased in post-stroke participants when using the maximal displacement based method. The findings obtained indicate that the baseline-based method is more reliable detecting the onset of gait initiation in both groups, while the maximal displacement based method presents greater sensitivity for post-stroke participants.

Measures in Sectorization Problems

Sectorization means dividing a whole into parts (sectors), a procedure that occurs in many contexts and applications, usually to achieve some goal or to facilitate an activity. The objective may be a better organization or simplification of a large problem into smaller sub-problems. Examples of applications are political districting and sales territory division. When designing/comparing sectors some characteristics such as contiguity, equilibrium and compactness are usually considered. This paper presents and describes new generic measures and proposes a new measure, desirability, connected with the idea of preference.

Post-MAPS: An interactive acquisition platform for gastroenterology

Post-MAPS is a web platform that collects gastroenterological exam data from several european hospital centers, to be used in future clinical studies and was developed in partnership with experts from the gastroenterological area and information technology (IT) technicians. However, although functional, this platform has some issues that are crucial for its functioning, and can render user interaction unpleasant and exhaustive. Accordingly, we proposed the development of a new web platform, in which we aimed for an improvement in terms of usability, data uni cation and interoperability. Therefore, it was necessary to identify and study different ways of acquiring clinical data and review some of the existing clinical databases in order to understand how they work and what type of data they store, as well as their impact and contribution to clinical knowledge. Closely linked to the data model is the ability to share data with other systems, so, we also studied the concept of interoperability and analyzed some of the most widely used international standards, such as DICOM, HL7 and openEHR. As one of the primary objectives of this project was to achieve a better level of usability, practices related to Human Computer-Interaction, such as requirement analysis, creation of conceptual models, prototyping, and evaluation were also studied. Before we began the development, we conducted an analysis of the previous platform, from a functional point of view, which allowed us to gather not only a list of architectural and interface issues, but also a list of improvement opportunities. It was also performed a small preliminary study in order to evaluate the platform's usability, where we were able to realize that perceived usability is different between users, and that, in some aspects, varies according to their location, age and years of experience. Based on the information gathered during the platform's analysis and in the conclusions of the preliminary study, a new platform was developed, prepared for all potential users, from the inexperienced to the most comfortable with technology. It presents major improvements in terms of usability, also providing several new features that simplify the users' work, improving their interaction with the system, making their experience more enjoyable.

Produção Sustentável em BT- Análise de Características de Contadores Inteligentes

A crescente necessidade de reduzir a dependência energética e a emissão de gases de efeito de estufa levou à adoção de uma série de políticas a nível europeu com vista a aumentar a eficiência energética e nível de controlo de equipamentos, reduzir o consumo e aumentar a percentagem de energia produzida a partir de fontes renováveis. Estas medidas levaram ao desenvolvimento de duas situações críticas para o setor elétrico: a substituição das cargas lineares tradicionais, pouco eficientes, por cargas não-lineares mais eficientes e o aparecimento da produção distribuída de energia a partir de fontes renováveis. Embora apresentem vantagens bem documentadas, ambas as situações podem afetar negativamente a qualidade de energia elétrica na rede de distribuição, principalmente na rede de baixa tensão onde é feita a ligação com a maior parte dos clientes e onde se encontram as cargas não-lineares e a ligação às fontes de energia descentralizadas. Isto significa que a monitorização da qualidade de energia tem, atualmente, uma importância acrescida devido aos custos relacionados com perdas inerentes à falta de qualidade de energia elétrica na rede e à necessidade de verificar que determinados parâmetros relacionados com a qualidade de energia elétrica se encontram dentro dos limites previstos nas normas e nos contratos com clientes de forma a evitar disputas ou reclamações. Neste sentido, a rede de distribuição tem vindo a sofrer alterações a nível das subestações e dos postos de transformação que visam aumentar a visibilidade da qualidade de energia na rede em tempo real. No entanto, estas medidas só permitem monitorizar a qualidade de energia até aos postos de transformação de média para baixa tensão, não revelando o estado real da qualidade de energia nos pontos de entrega ao cliente. A monitorização nestes pontos é feita periodicamente e não em tempo real, ficando aquém do necessário para assegurar a deteção correta de problemas de qualidade de energia no lado do consumidor. De facto, a metodologia de monitorização utilizada atualmente envolve o envio de técnicos ao local onde surgiu uma reclamação ou a um ponto de medição previsto para instalar um analisador de energia que permanece na instalação durante um determinado período de tempo. Este tipo de monitorização à posteriori impossibilita desde logo a deteção do problema de qualidade de energia que levou à reclamação, caso não se trate de um problema contínuo. Na melhor situação, o aparelho poderá detetar uma réplica do evento, mas a larga percentagem anomalias ficam fora deste processo por serem extemporâneas. De facto, para detetar o evento que deu origem ao problema é necessário monitorizar permanentemente a qualidade de energia. No entanto este método de monitorização implica a instalação permanente de equipamentos e não é viável do ponto de vista das empresas de distribuição de energia já que os equipamentos têm custos demasiado elevados e implicam a necessidade de espaços maiores nos pontos de entrega para conter os equipamentos e o contador elétrico. Uma alternativa possível que pode tornar viável a monitorização permanente da qualidade de energia consiste na introdução de uma funcionalidade de monitorização nos contadores de energia de determinados pontos da rede de distribuição. Os contadores são obrigatórios em todas as instalações ligadas à rede, para efeitos de faturação. Tradicionalmente estes contadores são eletromecânicos e recentemente começaram a ser substituídos por contadores inteligentes (smart meters), de natureza eletrónica, que para além de fazer a contagem de energia permitem a recolha de informação sobre outros parâmetros e aplicação de uma serie de funcionalidades pelo operador de rede de distribuição devido às suas capacidades de comunicação. A reutilização deste equipamento com finalidade de analisar a qualidade da energia junto dos pontos de entrega surge assim como uma forma privilegiada dado que se trata essencialmente de explorar algumas das suas características adicionais. Este trabalho tem como objetivo analisar a possibilidade descrita de monitorizar a qualidade de energia elétrica de forma permanente no ponto de entrega ao cliente através da utilização do contador elétrico do mesmo e elaborar um conjunto de requisitos para o contador tendo em conta a normalização aplicável, as características dos equipamentos utilizados atualmente pelo operador de rede e as necessidades do sistema elétrico relativamente à monitorização de qualidade de energia.