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.

The Persistence of Memory

This paper analyzes several natural and man-made complex phenomena in the perspective of dynamical systems. Such phenomena are often characterized by the absence of a characteristic length-scale, long range correlations and persistent memory, which are features also associated to fractional order systems. For each system, the output, interpreted as a manifestation of the system dynamics, is analyzed by means of the Fourier transform. The amplitude spectrum is approximated by a power law function and the parameters are interpreted as an underlying signature of the system dynamics. The complex systems under analysis are then compared in a global perspective in order to unveil and visualize hidden relationships among them.

Dynamical Analysis and Visualization of Tornadoes Time Series

In this paper we analyze the behavior of tornado time-series in the U.S. from the perspective of dynamical systems. A tornado is a violently rotating column of air extending from a cumulonimbus cloud down to the ground. Such phenomena reveal features that are well described by power law functions and unveil characteristics found in systems with long range memory effects. Tornado time series are viewed as the output of a complex system and are interpreted as a manifestation of its dynamics. Tornadoes are modeled as sequences of Dirac impulses with amplitude proportional to the events size. First, a collection of time series involving 64 years is analyzed in the frequency domain by means of the Fourier transform. The amplitude spectra are approximated by power law functions and their parameters are read as an underlying signature of the system dynamics. Second, it is adopted the concept of circular time and the collective behavior of tornadoes analyzed. Clustering techniques are then adopted to identify and visualize the emerging patterns.

A New Electronic Approach for the Surgical Safety Checklist

To improve surgical safety, and to reduce the mortality and surgical complications incidence, the World Health Organization (WHO) developed the Surgical Safety Checklist (SSC). The SSC is a support of information that aids health professionals to reduce the number of complications, induction of anaesthesia, period before skin incision and period before leaving the operating room (OR). The SSC was tested in several countries of the world and their results shown that after introduction of the SSC the incidence of patient complication lowered from 11.0% to 7.0% (P<0.001), the rate of death declined from 1.5% to 0.8% (P = 0.003) and the nurses recognized that patients identity was more often con rmed (81.6% to 94.2%, P<0.01) in many institutions. Recently the SSC was also implemented in Portuguese hospitals, which led us to its study in the real clinical environment. An observational study was performed: several health professionals were observed and interviewed, to understand the functioning of the SSC in an OR, during the clinical routine. The objective of this study was to understand the current use of the SSC, and how it may be improved in terms of usability, taking advantage of the technological advancements such as mobile applications. During two days were observed 14 surgeries, only 2 surgeries met the requirements for the three phases of the SSC, as de ned by the WHO. Of the remaining 12 observed surgeries, 9 surgeries completed the last phase at the correct time. It was also observed that only in 2 surgeries all the phases of the SSC were read aloud to the team and that, in 7 surgeries, several items were read aloud and answered but no one was checking the SSC, only after the end of the phase. The observational study results disclose that several health professionals do not meet with rules of the WHO manual. This study demonstrates that it is urgent to change the mindset of health professionals, and that di erent features in the SSC may be useful to make it more easy to use. With the results of the observational study, a SSC application proposal was developed with new functionalities to improve and aid the health professional in its use. In this application the user can chose between a SSC already created to a speci c surgery or to create a new SSC, adding and adapting some questions from the WHO standard. To create a new SSC, the application is connected to an online questionnaire builder (JotForm). The choice for this online questionnaire builder went through three essential characteristics: number of types of questions, mainly checkbox, radio button and text; the possibility of to create sections inside sections and the API. In addition, in this proposal the improvements are focused in forcing the user to focus in the work ow of the SSC and to save the input timestamps and any actions made by them. Therefore, the following features was implemented to achieve that goal: display one item of the SSC at a time; display the stage where the SSC is; do not allow going back to the previous step; do not allow going forward to the next item if the current is not lled; do not allow going forward to the next item if the time it took to ll the item was too short and log any action made by the user.

Non-preemptive and SRP-based fullypreemptive scheduling of real-time Software Transactional Memory

Recent embedded processor architectures containing multiple heterogeneous cores and non-coherent caches renewed attention to the use of Software Transactional Memory (STM) as a building block for developing parallel applications. STM promises to ease concurrent and parallel software development, but relies on the possibility of abort conflicting transactions to maintain data consistency, which in turns affects the execution time of tasks carrying transactions. Because of this fact the timing behaviour of the task set may not be predictable, thus it is crucial to limit the execution time overheads resulting from aborts. In this paper we formalise a FIFO-based algorithm to order the sequence of commits of concurrent transactions. Then, we propose and evaluate two non-preemptive and one SRP-based fully-preemptive scheduling strategies, in order to avoid transaction starvation.

O Papel da Memória de Trabalho na Perturbação do Desenvolvimento da Coordenação, em Crianças Com Diagnóstico de Perturbação de Hiperatividade e Défice de Atenção

Este estudo pretende (1) encontrar a prevalência da Perturbação do Desenvolvimento da Coordenação (PDC) em crianças com Perturbação de Hiperatividades e Défice de Atenção (PHDA); (2) analisar qual a prevalência de défices de memória de trabalho verbal e não-verbal, em crianças com PHDA 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, de acordo com a presença ou ausência de alterações de memória de trabalho e se estas podem ser consideradas fatores de risco ou de proteção para a manifestação de PDC, enquanto comorbilidade de PHDA. Foram selecionadas 37 crianças com diagnóstico de PHDA, com idades compreendidas entre os 7 e os 14 anos. A componente motora foi avaliado com a versão curta do Bruininks-Oseretsky Test of Motor Proficiency (BOTMP) e o Questionário de Perturbação do Desenvolvimento da Coordenação 2007 (DCDQ’07); a memória de trabalho foi avaliada através da Figura Complexa de Rey, Trail Making Test - parte B e Memória de Dígitos – sentido inverso. Para determinar o impacto da memória de trabalho na componente motora, recorreu-se a uma regressão logística. Encontrou-se uma prevalência de PDC de 51% e de défices ao nível da memória de trabalho verbal e não-verbal de 60% e 80%, respetivamente, para a amostra total de crianças com PHDA. A terapêutica farmacológica para a PHDA revelou-se fator protetor para a manifestação de PDC, principalmente quando a primeira se encontra associada com o nascimento de termo. Um mau desempenho no teste Memória de Dígitos – sentido inverso é fator de risco para a manifestação de PDC, em crianças com PHDA. Este estudo permitiu verificar que crianças com PHDA+PDC apresentam défices motores genuínos, característicos de manifestação de PDC. Parecem também existir relações bastante complexas entre a memória de trabalho e os mecanismos de controlo motor na PHDA, sendo que estes podem ser distintos quando está presente uma comorbilidade de PDC.

ViDi Stat

A tese desenvolvida tem como foco fornecer os meios necessários para extrair conhecimento contidos no histórico académico da instituição transformando a informação em algo simples e de fácil leitura para qualquer utilizador. Com o progresso da sociedade, as escolas recebem milhares de alunos todos os anos que terão de ser orientados e monitorizados pelos dirigentes das instituições académicas de forma a garantir programas eficientes e adequados para o progresso educacional de todos os alunos. Atribuir a um docente a responsabilidade de actuar segundo o historial académico dos seus alunos não é plausível uma vez que um aluno consegue produzir milhares de registos para análise. O paradigma de mineração de dados na educação surge com a necessidade de otimizar os recursos disponíveis expondo conclusões que não se encontram visiveis sem uma análise acentuada e cuidada. Este paradigma expõe de forma clara e sucinta os dados estatísticos analisados por computador oferecendo a possibilidade de melhorar as lacunas na qualidade de ensino das instituições. Esta dissertação detalha o desenvolvimento de uma ferramente de inteligência de negócio capaz de, através de mineração de dados, analisar e apresentar conclusões pertinentes de forma legível ao utilizador.

Proposta de solução de videovigilância para locais remotos

Desde tempos remotos que homens faziam a vigilância de bens e mercadorias e mais recentemente também de pessoas com o intuito de dissuadir roubos, atos de vandalismo e de violência. Nos últimos anos, com a evolução das novas tecnologias verificou-se a sua adoção para auxílio da vigilância. Os atos de terrorismo que têm acontecido um pouco por todo o mundo trouxeram um clima de insegurança à população mundial. Este fenómeno, juntamente com o elevado número de roubos e atos de violência levou à expansão de utilização dos meios de videovigilância de forma a dissuadir estes tipos de crime podendo mesmo, nalguns casos servir como prova para punir os autores dos mesmos. Em Portugal tem-se verificado uma escalada de crimes nas zonas mais rurais não só de bens como as alfaias agrícolas mas também de frutos e mesmo de animais. Estes crimes predominam em locais rurais, relativamente distantes das povoações e em locais onde não existem (ou são praticamente inexistentes) infraestruturas necessárias para implementar meios de videovigilância como a falta de rede elétrica e internet o que torna quase inviável a existência de sistemas de videovigilância nesses locais. Dotar esses locais das infra estruturas necessárias poderia tornar-se demasiado dispendioso e os vigilantes humanos poderiam correr riscos no meio dos montes ou noutros locais remotos para além dos seus elevados custos. Para além do problema dos roubos, existe um outro flagelo relacionado com os incêndios na floresta portuguesa, que todos os anos é dizimada pelo fogo devido a incêndios que surgem na sua maioria causados pelo homem sendo uma parte significativa os de origem criminosa. Para dar resposta a estes problemas e no sentido de vigiar e dissuadir estes tipos de crimes, iniciamos um estudo que pretende propor um protótipo de um sistema de videovigilância para locais remotos (SVR - Sistema de Videovigilância Remota) de baixo custo de forma a diminuir o número de crimes e assim minimizar os prejuízos económico e sociais causados pelos mesmos. Pretendemos estudar o problema e analisar tecnologias com potencial para propor uma solução que possa auxiliar a vigilância nesse tipo de locais com o pressuposto de poder vir a contribuir para a diminuição deste tipo de crimes devido ao seu efeito dissuasor pelo facto de se poder divulgar que estes locais já têm uma solução de vigilância oculta. A solução proposta contempla um sistema de videovigilância com uma camara construída com base num Raspberry Pi onde o vídeo é transmitido em streaming via Web através de comunicações móveis. A alimentação do sistema nestes espaços sem energia elétrica é feita através de um painel fotovoltaico. É proporcionado ao utilizador uma interface para visualizar o vídeo transmitido e um mecanismo de notificações por email. É ainda possível a visualização de imagens gravadas num cartão de memória relativas a ocorrências de deteção de movimentos. Foram realizados inúmeros testes ao protótipo SVR sendo os resultados obtidos aqui descritos.

Contributos das TIC para as Necessidades Educativas Especiais - Treino da Perceção Visual

As novas tecnologias de informação e comunicação vêm introduzir novas abordagens e orientações nas relações das pessoas no mundo global, ao mesmo tempo que vêm redefinir paradigmas diversos em várias áreas disciplinares, nomeadamente nas áreas da saúde e da educação. A massificação das tecnologias vem assim aproximar a informação e o conhecimento das pessoas e a sua utilização no apoio aos processos de ensino e de aprendizagem dos alunos com necessidades educativas especiais e dificuldades de aprendizagem específicas tem vindo a ser discutida cada vez mais com uma maior relevância. Pretende-se através da presente dissertação contribuir com soluções que apoiem a desmaterialização dos processos e desburocratização dos relacionamentos entres os diversos intervenientes num processo de terapia de uma criança. Apesar de poder ser extensível a outros cenários, o projeto desenvolvido aplica-se ao caso concreto de crianças com necessidades educativas especiais e dificuldades de aprendizagem específicas, motivadas por dificuldades de perceção visual, que obrigam, além da adoção de programas de treino, como jogos interativos, a um acompanhamento integrado de todos os intervenientes na sua terapia: terapeutas, professores, pais e educadores, assistentes sociais entre outros, tornando-se fundamental a utilização de uma plataforma universal que permita a troca e sistematização de informações. Inicialmente foi necessário um enquadramento desta temática por via da leitura, pesquisa e reuniões com elementos ligados a diferentes áreas que intervém no tratamento de necessidades educativas especiais. Depois de uma pesquisa bibliográfica inicial sobre as dimensões a explorar, recolheu-se informação sobre estudos e projetos desenvolvidos para apoiar esta área, e desenvolveu-se um projeto destinado a contribuir para o trabalho positivo de todos os profissionais que se dedicam à terapia/tratamento das crianças com necessidades educativas especiais, particularmente derivadas de dificuldades de perceção visual. Posteriormente, realizou-se a avaliação do protótipo de forma a validar o real contributo do sistema na melhoria da comunicação e partilha de informação entre todos os intervenientes no processo de terapia de crianças com necessidades educativas especiais e da utilização das tecnologias interativas no treino da perceção visual. Com vista a uma futura implementação de um recurso educativo deste âmbito, foram também recolhidos os pontos negativos e sugestões de melhoria a incorporar. Em suma, este trabalho valida os contributos das TIC, e deste sistema em particular, na relação dos intervenientes num processo de terapia interdisciplinar e no treino da perceção visual.

ViDi Stat

A tese desenvolvida tem como foco fornecer os meios necessários para extrair conhecimento contidos no histórico académico da instituição transformando a informação em algo simples e de fácil leitura para qualquer utilizador. Com o progresso da sociedade, as escolas recebem milhares de alunos todos os anos que terão de ser orientados e monitorizados pelos dirigentes das instituições académicas de forma a garantir programas eficientes e adequados para o progresso educacional de todos os alunos. Atribuir a um docente a responsabilidade de actuar segundo o historial académico dos seus alunos não é plausível uma vez que um aluno consegue produzir milhares de registos para análise. O paradigma de mineração de dados na educação surge com a necessidade de otimizar os recursos disponíveis expondo conclusões que não se encontram visiveis sem uma análise acentuada e cuidada. Este paradigma expõe de forma clara e sucinta os dados estatísticos analisados por computador oferecendo a possibilidade de melhorar as lacunas na qualidade de ensino das instituições. Esta dissertação detalha o desenvolvimento de uma ferramente de inteligência de negócio capaz de, através de mineração de dados, analisar e apresentar conclusões pertinentes de forma legível ao utilizador.