Optimization, high availability and redundancy in information communications and technology using networks and systems virtualization architectures

Mestrado em Engenharia Informática

Bancada laboratorial remota para o ensino da electrónica

Mestrado em Engenharia Electrotécnica e de Computadores

Arquitecturas e ferramentas para gestão de redes e sistemas: estudo de um caso

Mestrado em Engenharia Informática - Área de Especialização em Arquitecturas, Sistemas e Redes

Análise do padrão motor em pessoas com diagnóstico de esquizofrenia: uma abordagem em tempo real

A esquizofrenia é uma perturbação mental grave caracterizada pela coexistência de sintomas positivos, negativos e de desorganização do pensamento e do comportamento. As alterações motoras são consistentemente observadas mas, ainda pouco estudadas na esquizofrenia, sendo relevantes para o seu diagnóstico. Neste quadro, o presente estudo tem como objetivo verificar se os indivíduos com esquizofrenia apresentam alterações na coordenação motora, comparativamente com o grupo sem esquizofrenia, bem como analisar se as disfunções dos sinais neurológicos subtis (SNS) motores se encontram correlacionadas com o funcionamento executivo e com os domínios psicopatológicos da perturbação. No total participaram 29 indivíduos (13 com diagnóstico de esquizofrenia e 16 sem diagnóstico) equivalentes em termos de idade, género, escolaridade e índice de massa corporal. Para avaliar o desempenho motor recorreu-se ao sistema Biostage de parametrização do movimento em tempo real, com a tarefa de lançameto ao alvo; a presença de SNS foi examinada através da Brief Motor Scale; o funcionamento executivo pela aplicação do subteste do Vocabulário e da fluência verbal e a sintomatologia clínica através da Positive and Negative Sindrome Scale. Pela análise cinemática do movimento constatou-se que os indivíduos com esquizofrenia recrutam um padrão motor menos desenvolvido e imaturo de movimento, com menor individualização das componentes (principalmente do tronco e pélvis), necessitando de mais tempo para executar a tarefa, comparativamente com os sujeitos sem a perturbação que evidenciaram um movimento mais avançado de movimento. Os indivíduos com esquizofrenia mostraram índices elevados de disfunção dos SNS (média =6,01) estabelecendo este domínio uma relação boa e negativa com o desempenho verbal (rho Spearman=-0,62) e uma relação forte e positiva com todos os domínios psicopatológicos (rho Spearman=0,74). O estudo da existência de alterações motoras como parte intrínseca da esquizofrenia revela-se pertinente uma vez que possibilita uma compreensão mais aprofundada da sua fisiopatologia e permite que se desenvolvam práticas mais efetivas na área da saúde e reabilitação.

Projecto secretaria on-line

Nos últimos anos o ISCAP, à semelhança de outras escolas do Ensino Superior, teve um aumento de população na ordem dos 100%. As suas estruturas administrativas, apesar de terem sido reforçadas, não tiveram um aumento na mesma proporção. Perante a incapacidade de resolução do problema a instituição adoptou a solução de informatizar os processos. Numa primeira fase, em 1997, foi implementado um sistema informático para apoio aos serviços administrativos. Apesar deste avanço havia ainda um outro passo a dar: o de melhorar a qualidade do serviço prestado aos estudantes. Em épocas de inscrição em exame ou de renovação de matrícula era necessário esperar horas numa fila para se ser atendido. Por isso, era urgente encontrar soluções que, pelo menos, reduzissem os tempos de espera. Em 1999 deu-se início ao desenvolvimento de um ambicioso projecto que pretendia “levar” a secretaria até aos estudantes e docentes através da Internet. Em Fevereiro de 2000 o serviço arranca com a denominação de “Secretaria On-Line”. Este serviço, no final da sua terceira fase, atingiu todos os objectivos delineados em 1999. A ligação do sistema com a rede de Multibanco, para pagamentos, permitiu eliminar as últimas arestas. Com o objectivo de facilitar o acesso à informação, parte deste serviço (informação de notas e propinas) também passou a estar também disponível através do canal telefone suportado por uma plataforma de atendimento automático. O serviço de mensagens SMS é outro canal de comunicação da escola com a sua comunidade. Posteriormente, a plataforma foi adoptada por outras escolas do IPP estando actualmente a dar suporte à generalidade dos processos académicos e lectivos. No caso da componente financeira da gestão de propinas, é utilizada por todas as escolas do IPP. O presente trabalho foca-se no projecto Secretaria On-Line fazendo uma descrição ao nível funcional, arquitectónico e tecnológico.

Identification of neuronal alterations induced by Shank3 mutations using iPS cells from Phelan-McDermid Patients' Fibroblasts

A família de proteínas Shank é o principal conjunto de proteinas de suporte e está localizada na densidade pós-sináptica das sinapses excitatórias. Existem 3 genes na família Shank, Shank1, Shank2 e Shank3 e são caracterizados por múltiplos domínios repetidos de anquirina próximo ao N-terminal seguido pelos domínios Src homologo 3 e PDZ, uma região longa rica em prolina e um domínio de motivo α estéril próximo ao C-terminal. Shank proteínas conectam duas subunidades de receptors glutamatérgicos, recetores NMDA e recetores metabotrópicos de glutamato do tipo-I (mGluRs). O domínio PDZ da Shank conecta-se ao C-terminal do GKAP e este, liga-se, ao complexo recetor PSD-95-NMDA. Por outro lado, a proteína Homer interage com o domínio rico em prolina para confirmar a associação entre a proteína Shank com o mGluR tipo-I. A proteína específica em estudo, Shank3, é haploinsuficiente em pacientes com sindrome Phelan-McDermid devido à deleções no braço comprido do cromossoma 22 levando à danos intelectuais, ausência ou atraso no discurso, comportamentos semelhantes ao autismo, hipotonia e características dismórficas. Neste trabalho, investigamos o papel da Shank3 na função sináptica para compreender a relação entre alterações nesta proteína e as características neurológicas presente em Pacientes com síndrome Phelan-McDermid. Foram utilizados dois modelos diferentes, ratinhos knockout Shank3 e hiPSC de pacientes com PMS. Ratinhos geneticamente modificados são ferramentas uteis no estudo de genes e na compreensão dos mecanismos que experiências in vitro não são capazes de reproduzir, mas de maneira a compreender melhor as patologias humanas, decidimos trabalhar também com células humanas. Os fibroblastos dos pacientes com síndrome Phelan-McDermid fora reprogramados em hiPS cells, diferenciados em neurónios e comparados com os neurónios obtidos a partir de doadores saudavéis e da mesma idade. A reprogramação em iPSC foi realizada por infecção de lentivirus com quatro genes de reprogramação OCT4, c-MYC, SOX2 e KFL4 para posteriormente serem diferenciados em neurónios, com cada passo sendo positivamente confirmado através de marcadores neuronais. Através dos neurónios diferenciados, analisamos a expressão de proteínas sinápticas. Pacientes com haploinsuficiencia na proteína Shank3 apresentam níveis elevados de proteína mGluR5 e decrescidos de proteína Homer sugerindo que a haploinsuficiencia leva a desregulação do complexo mGluR5-Homer-Shank3 conduzindo também, a defeitos na maturação sináptica. Assim, a expressão da proteína mGluR5 está alterada nos pacientes com PMS podendo estar relacionada com defeitos encontrados na diferenciação neuronal e maturação sináptica observados nos neurónios de pacientes. Conclusivamente, iPS cells representam um modelo fundamental no estudo da proteína Shank3 e a sua influência no sindrome de Phelan-McDermid.

Utilidade dos estudos de condução nervosa e respostas-F do nervo peronial na radiculopatia de L5 e a sua correlação com o grau de gravidade avaliada eletromiograficamente

As radiculopatias lombares referem-se a um processo patológico envolvendo as raízes nervosas espinais, causando sintomas radiculares ao nível dos membros inferiores. As respostas-F são ondas tardias que advêm de descargas recorrentes de neurónios motores despolarizados antidromicamente, que podem ser úteis na avaliação de lesões radiculares. Com o objetivo de avaliar a utilidade dos estudos de condução nervosa e respostas- F do nervo peronial no diagnóstico de radiculopatia de L5 e a sua correlação com o seu grau de gravidade, foram estudados 47 sujeitos que padeciam de radiculopatia de L5 e foram comparados com um grupo de controlo, constituído por 28 sujeitos saudáveis. Foram estudadas as amplitudes do PAMC do nervo peronial profundo, do PANS do peronial superficial, bem como as latências mínima, média e máxima, cronodispersão e persistência das Respostas-F. Foi realizada ainda uma avaliação eletromiográfica, com o intuito de classificar o acometimento da raiz em termos de gravidade. Registaram-se diferenças significativas entre os dois grupos na amplitude do PAMC do peronial profundo (p<0,0001), na F-mínima, F-média, F-máxima e cronodispersão (p<0,0001), e ainda na persistência (p 0,014). Todos estes parâmetros também se correlacionaram significativamente com o grau de gravidade da radiculopatia, sendo as latências das ondas-F e a cronodispersão progressivamente maiores nos sujeitos com um grau de afeção mais grave, e a persistência e a amplitude dos estudos de condução motora mais baixas. O fator que se evidenciou mais sensível no diagnóstico desta patologia foi a latência-máxima das ondas-F, 31,25%, e o menos sensível a persistência, apenas alterada em 9,34% dos indivíduos. Tendo em consideração todos os parâmetros avaliados nas respostas-F atingiu-se uma sensibilidade global desta técnica de 42,19%. Com esta investigação concluímos que os estudos de condução nervosa e as respostas-F poderão ser úteis como complemento na avaliação das radiculopatias lombares, apresentando uma sensibilidade considerável para esta patologia. Não se deve limitar o estudo desta técnica à avaliação das latências mínima das ondas-F, mas incluir sempre todos os outros parâmetros, aumentando assim a sua sensibilidade. Estas técnicas deverão ser incluídas no estudo das radiculopatias de L5.

A metafunção interpessoal em duas propagandas turísticas institucionais

A oração é também organizada como um evento interativo que envolve o falante, ou o autor, e o público (Halliday, 1994). No ato da fala, o falante adota para si mesmo um papel particular em relação à mesma e, ao fazer isso, ele designa ao ouvinte um papel complementar, papel esse que o falante espera que o ouvinte adote em seu turno (Halliday, 1994). A título de exemplificação, quando o falante faz uma pergunta, ele desempenha o papel daquele que procura uma informação e, deste modo, requer ao ouvinte que este último supra a informação pedida (Halliday, 1994). Este artigo apresenta uma análise de duas propagandas turísticas institucionais, uma da Prefeitura de Belo Horizonte, capital do Estado de Minas Gerais e a outra do Governo do Estado de Minas Gerais, sendo que tal capital e tal Estado estão localizados no Brasil. Tal análise valeu-se da metafunção interpessoal, a qual oferece um instrumental para a descrição da interação entre usuários da linguagem, seja tal interação pautada pelo fornecimento e/ou solicitação de informações e/ou de bens e serviços (Halliday, 1994; Halliday e Matthiessen, 2004). Quanto à metodologia, foram classificados os absolutos, as proposições, as propostas , os adjuntos modais e os itens lexicais, posteriormente quantificados com vistas a uma análise qualitativo-discursiva. Cabe salientar que a classificação da interpessoalidade em itens lexicais obedeceu a dois parâmetros propostos por Hunston e Thompson (2003), o de julgamento de valor e o de importância. Quando houve sobreposição destes dois parâmetros na classificação da interpessoalidade em itens lexicais, adotou -se um rótulo “ambos parâmetros” para abarcar tais casos. Resultados apontam uma maior recorrência de propostas na propaganda do Governo em comparação a da Prefeitura. Pode-se concluir que a propaganda da Prefeitura faz uso do gênero do discurso turístico com fins sócio - políticos, ao passo que a propaganda do Governo tem como objetivo divulgar o turismo em Minas Gerais sem tencionar diretamente persuadir seus leitores a partir do discurso político.

O impacto do uso da tala nocturna na qualidade de vida do indivíduo com Síndrome do Túnel Carpiano

Síndrome do Túnel Carpiano (STC) é uma neuropatia compressiva do nervo mediano ao nível da articulação rádio-cubital inferior. Caracteriza-se fisiologicamente pelo aumento da pressão ao nível do canal carpiano o que desencadeia a diminuição da função do nervo a esse nível. Independentemente da fase de evolução da patologia, o indivíduo apresenta défices motores e sensoriais que interferem com o desempenho dos seus diversos papéis ocupacionais e, concomitantemente, com a sua Qualidade de Vida (QV). Como forma de reduzir esse impacto, existem várias abordagens possíveis, entre as quais se destaca o uso da tala nocturna de repouso. Este trabalho tem como objectivo principal definir quais os benefícios do uso da tala nocturna e o impacto manifesto na QV do indivíduo com STC. Simultaneamente pretende-se definir em que medida a relação benefício/melhoria da dor e normalização sensitiva se relaciona com o uso da tala. Por último, identificar quais as variáveis sociodemográficas que estão relacionadas ao problema em estudo e aos valores obtidos com as escalas SF-36 e PDI, nos indivíduos dos grupos controlo e experimental. Para a realização deste estudo, utilizou-se uma amostra de 46 indivíduos do sexo feminino aos quais aplicouse as escalas referidas anteriormente e os Monofilamentos de Semmes-Weinstein. Os resultados obtidos com o SF-36 revelaram uma maior percepção do estado de saúde no domínio Saúde Geral, no grupo ao qual se aplicou a tala, sugerindo que esta intervenção permite uma melhoria da QV. Simultaneamente, o PDI permitiu inferir que a aplicação da tala nocturna tem um impacto positivo no que concerne à percepção do nível da dor nas diversas actividades da vida diária e, consequentemente, na QV. No que se refere à sensibilidade, os resultados obtidos não permitem afirmar que existem melhoras a este nível. Relativamente às variáveis socio-demográficas, apenas os casos classificados como ligeiros apresentam uma melhor percepção do nível de Saúde Geral o que é sugestivo de que com o evoluir da patologia há perda de QV.

Controlo postural na sequência de movimento de sentado para de pé em crianças com alterações do desenvolvimento neuromotor

A Sequência de Movimento de Sentado para de Pé (SMSP) é um marco importante na independência funcional da criança, sendo a sua qualidade afetada em casos de alteração do controlo postural do tronco. É por isso motivo de especial foco neste estudo, como elemento avaliativo e interventivo. Este estudo tem como objetivo a análise da modificação de componentes motores relacionados com o controlo postural, durante a SMSP, em 5 crianças com alterações neuromotoras, face à aplicação de um programa de intervenção baseado no Tratamento de Neuro Desenvolvimento (TND). Foi para tal utilizada a análise cinemática da SMSP - nomeadamente as variáveis “variação do deslocamento dos segmentos cabeça e tronco” e “variação do ângulo perna-pé” entre o momento inicial e o seat-off – complementada com a aplicação do Teste de Medida da Função Motora 88 (TMFM-88) e a Classificação Internacional da Funcionalidade Incapacidade e Saúde-Versão Crianças e Jovens (CIF-CJ), bem como a avaliação de componentes de movimento com recurso a registo de imagem. A análise cinemática demonstrou uma diminuição do deslocamento dos segmentos cabeça e tronco na maioria dos casos, bem como uma maior mobilidade da tíbia sobre pé. Verificou-se um aumento do score final do TMFM-88, em todos os casos. A CIF-CJ não evidenciou alterações entre o início e o término do período de intervenção. O registo de imagem demonstrou alterações positivas visíveis no alinhamento de segmentos, nível de atividade, controlo postural, e recurso a estratégias compensatórias no conjunto postural sentado e na SMSP. Após o período de intervenção as crianças deste estudo evidenciaram modificações positivas nas variáveis em estudo, nomeadamente 1) diminuição do deslocamento dos segmentos cabeça e tronco na fase inicial da SMSP, 2) aumento da variação do ângulo perna-pé na fase inicial da SMSP, 3) aumento do score total da TMFM-88, 4) alteração positiva dos componentes de movimento alinhamento de segmentos e nível de atividade e 5) redução do recurso a estratégias compensatórias de movimento na SMSP. Estas modificações sugerem um controlo postural mais eficiente.

Produção de hidrogénio por fotoeletrólise da água – aproveitamento do subproduto oxigénio

A noção de Economia relativa ao Hidrogénio no vocabulário dos líderes políticos e empresariais tem vindo a mudar sobretudo pela preocupação da poluição global, segurança energética e mudanças climáticas, para além do crescente domínio técnico dos cientistas e engenheiros. O interesse neste composto, que é o elemento mais simples e abundante no universo, está a crescer, devido aos avanços tecnológicos das células de combustível – as potenciais sucessoras das baterias dos aparelhos portáteis eletrónicos, centrais elétricas e motores de combustão interna. Existem métodos já bem desenvolvidos para produzir o hidrogénio. Contudo, destacase a eletrólise da água, não só por ser um método simples mas porque pode utilizar recursos energéticos renováveis, tais como, o vento ou os painéis fotovoltaicos, e aumentar a sua eficiência. Os desafios para melhorar a utilização deste método consistem em reduzir o consumo, a manutenção e os custos energéticos e aumentar a confiança, a durabilidade e a segurança. Mais ainda, consistem em rentabilizar o subproduto oxigénio pois é um gás industrial e medicinal muito importante. Neste trabalho, estudou-se a viabilidade económica da instalação de uma unidade de produção de hidrogénio e oxigénio puros por eletrólise da água, utilizando como fonte energética a energia solar, na empresa Gasoxmed – Gases Medicinais S.A., pretendendo num futuro próximo, comercializar o hidrogénio como fonte de energia, e por outro lado, aproveitar o subproduto oxigénio para utilização industrial. Projetou-se assim uma unidade utilizando um eletrolisador da marca Proton, modelo C30, com capacidade de produção gasosa de 3 kg/h (30 m3/h) de hidrogénio e 20 kg/h (15 m3/h) de oxigénio. Os gases produzidos são comprimidos num compressor da marca RIX a 200 bares para posterior armazenamento em cilindros pressurizados. Dimensionou-se ainda um sistema de miniprodução fotovoltaico com potência 250 kW para alimentar eletricamente a instalação. A realização do projeto na nova área de produção necessitará de 1.713.963€, os quais serão adquiridos por empréstimo bancário. Definiram-se todos os custos fixos associados ao projeto que perfazem um total de 62.554€/mês para os primeiros 5 anos (duração do crédito bancário) findo o qual diminuirão para 21.204€/mês. Da comercialização do hidrogénio, do oxigénio industrial e da eletricidade produzida no sistema de miniprodução de 250 kW, prevê-se um lucro mensal de 117.925€, perfazendo assim um total líquido mensal positivo de 55.371€ durante os primeiros 5 anos e a partir daí de 96.721€/mês, resultando uma amortização do investimento inicial no final do 3º ano.

Inperlys – independente personal location system

O desenvolvimento de sistemas de localização pedestre com recurso a técnicas de dead reckoning tem mostrado ser uma área em expansão no mundo académico e não só. Existem algumas soluções criadas, no entanto, nem todas as soluções serão facilmente implementadas no mercado, quer seja pelo hardware caro, ou pelo sistema em si, que é desenvolvido tendo em conta um cenário em particular. INPERLYS é um sistema que visa apresentar uma solução de localização pedestre, independentemente do cenário, utilizando recursos que poderão ser facilmente usados. Trata-se de um sistema que utiliza uma técnica de dead reckonig para dar a localização do utilizador. Em cenários outdoor, um receptor GPS fornece a posição do utilizador, fornecendo uma posição absoluta ao sistema. Quando não é possível utilizar o GPS, recorre-se a um sensor MEMS e a uma bússola para se obter posições relativas à última posição válida do GPS. Para interligar todos os sensores foi utilizado o protocolo de comunicações sem fios ZigBee™. A escolha recaiu neste protocolo devido a factores como os seus baixos consumos e o seu baixo custo. Assim o sistema torna-se de uso fácil e confortável para o utilizador, ao contrário de sistemas similares desenvolvidos, que utilizam cabos para interligarem os diferentes componentes do sistema. O sensor MEMS do tipo acelerómetro tem a função de ler a aceleração horizontal, ao nível do pé. Esta aceleração será usada por um algoritmo de reconhecimento do padrão das acelerações para se detectar os passos dados. Após a detecção do passo, a aceleração máxima registada nesse passo é fornecida ao coordenador, para se obter o deslocamento efectuado. Foram efectuados alguns testes para se perceber a eficiência do INPERLYS. Os testes decorreram num percurso plano, efectuados a uma velocidade normal e com passadas normais. Verificou-se que, neste momento, o desempenho do sistema poderá ser melhorado, quer seja a nível de gestão das comunicações, quer a nível do reconhecimento do padrão da aceleração horizontal, essencial para se detectar os passos. No entanto o sistema é capaz de fornecer a posição através do GPS, quando é possível a sua utilização, e é capaz de fornecer a orientação do movimento.

Sistema de controlo de um veículo autónomo terrestre

A crescente necessidade imposta pela gama de aplicações existentes, torna o estudo dos veículos autónomos terrestres um objecto de grande interesse na investigação. A utilização de robots móveis autónomos originou quer um incremento de eficiência e eficácia em inúmeras aplicações como permite a intervenção humana em contextos de elevado risco ou inacessibilidade. Aplicações de monitorização e segurança constituem um foco de utilização deste tipo de sistemas quer pela automatização de procedimentos quer pelos ganhos de eficiência (desde a eficiência de soluções multi-veículo à recolha e detecção de informação). Neste contexto, esta dissertação endereça o problema de concepção, o desenvolvimento e a implementação de um veículo autónomo terrestre, com ênfase na perspectiva de controlo. Este projecto surge pois no âmbito do desenvolvimento de um novo veículo terrestre no Laboratório de Sistemas Autónomos (LSA) do Instituto Superior de Engenharia do Porto (ISEP). É efectuado um levantamento de requisitos do sistema tendo por base a caracterização de aplicações de monitorização, transporte e vigilância em cenários exteriores pouco estruturados. Um estado da arte em veículos autónomos terrestres é apresentado bem como conceitos e tecnologias relevantes para o controlo deste tipo de sistemas. O problema de controlo de locomoção é abordado tendo em particular atenção o controlo de motores DC brushless. Apresenta-se o projecto do sistema de controlo do veículo, desde o controlo de tracção e direcção, ao sistema computacional de bordo responsável pelo controlo e supervisão da missão. A solução adoptada para a implementação mecânica da estrutura do veículo consiste numa plataforma de veículo todo terreno (motociclo 4X4) disponível comercialmente. O projecto e implementação do sistema de controlo de direcção para o mesmo é apresentado quer sob o ponto de vista da solução electromecânica, quer pelo subsistema de hardware de controlo embebido e respectivo software. Tendo em vista o controlo de tracção são apresentadas duas soluções. Uma passando pelo estudo e desenvolvimento de um sistema de raiz capaz de controlar motores BLDC de elevada potência, a segunda passando pela utilização de uma solução através de um controlador externo. A gestão energética do sistema é abordada através do projecto e implementação de um sistema de controlo e distribuição de energia específico. A implementação do veículo foi alcançada nas suas vertentes mecânica, de hardware e software, envolvendo a integração dos subsistemas projectados especialmente bem como a implementação do sistema computacional de bordo. São apresentados resultados de validação do controlo de locomoção básico quer em simulação quer descritos os testes e validações efectuados no veículo real. No presente trabalho, são também tiradas algumas conclusões sobre o desenvolvimento do sistema e sua implementação bem como perspectivada a sua evolução futura no contexto de missões coordenadas de múltiplos veículos robóticos.

Um novo gerador central de padrões de locomoção para geração de trajectórias em tempo real de robôs quadrúpedes

Neste trabalho estuda-se a geração de trajectórias em tempo real de um robô quadrúpede. As trajectórias podem dividir-se em duas componentes: rítmica e discreta. A componente rítmica das trajectórias é modelada por uma rede de oito osciladores acoplados, com simetria 4 2 Z  Z . Cada oscilador é modelado matematicamente por um sistema de Equações Diferenciais Ordinárias. A referida rede foi proposta por Golubitsky, Stewart, Buono e Collins (1999, 2000), para gerar os passos locomotores de animais quadrúpedes. O trabalho constitui a primeira aplicação desta rede à geração de trajectórias de robôs quadrúpedes. A derivação deste modelo baseia-se na biologia, onde se crê que Geradores Centrais de Padrões de locomoção (CPGs), constituídos por redes neuronais, geram os ritmos associados aos passos locomotores dos animais. O modelo proposto gera soluções periódicas identificadas com os padrões locomotores quadrúpedes, como o andar, o saltar, o galopar, entre outros. A componente discreta das trajectórias dos robôs usa-se para ajustar a parte rítmica das trajectórias. Este tipo de abordagem é útil no controlo da locomoção em terrenos irregulares, em locomoção guiada (por exemplo, mover as pernas enquanto desempenha tarefas discretas para colocar as pernas em localizações específicas) e em percussão. Simulou-se numericamente o modelo de CPG usando o oscilador de Hopf para modelar a parte rítmica do movimento e um modelo inspirado no modelo VITE para modelar a parte discreta do movimento. Variou-se o parâmetro g e mediram-se a amplitude e a frequência das soluções periódicas identificadas com o passo locomotor quadrúpede Trot, para variação deste parâmetro. A parte discreta foi inserida na parte rítmica de duas formas distintas: (a) como um offset, (b) somada às equações que geram a parte rítmica. Os resultados obtidos para o caso (a), revelam que a amplitude e a frequência se mantêm constantes em função de g. Os resultados obtidos para o caso (b) revelam que a amplitude e a frequência aumentam até um determinado valor de g e depois diminuem à medida que o g aumenta, numa curva quase sinusoidal. A variação da amplitude das soluções periódicas traduz-se numa variação directamente proporcional na extensão do movimento do robô. A velocidade da locomoção do robô varia com a frequência das soluções periódicas, que são identificadas com passos locomotores quadrúpedes.

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.