A literature review on the optimization of legged robots

Over the last two decades the research and development of legged locomotion robots has grown steadily. Legged systems present major advantages when compared with ‘traditional’ vehicles, because they allow locomotion in inaccessible terrain to vehicles with wheels and tracks. However, the robustness of legged robots, and especially their energy consumption, among other aspects, still lag behind mechanisms that use wheels and tracks. Therefore, in the present state of development, there are several aspects that need to be improved and optimized. Keeping these ideas in mind, this paper presents the review of the literature of different methods adopted for the optimization of the structure and locomotion gaits of walking robots. Among the distinct possible strategies often used for these tasks are referred approaches such as the mimicking of biological animals, the use of evolutionary schemes to find the optimal parameters and structures, the adoption of sound mechanical design rules, and the optimization of power-based indexes.

Análise e síntese de música através de sistemas computacionais

Este trabalho, realizado no âmbito da unidade curricular de Tese/Dissertação, procura mostrar de que forma a Computação Evolucionária se pode aplicar no mundo da Música. Este é, de resto, um tema sobejamente aliciante dentro da área da Inteligência Artificial. Começa-se por apresentar o mundo da Música com uma perspetiva cronológica da sua história, dando especial relevo ao estilo musical do Fado de Coimbra. Abordam-se também os conceitos fundamentais da teoria musical. Relativamente à Computação Evolucionária, expõem-se os elementos associados aos Algoritmos Evolucionários e apresentam-se os principais modelos, nomeadamente os Algoritmos Genéticos. Ainda no âmbito da Computação Evolucionária, foi elaborado um pequeno estudo do “estado da arte” da aplicação da Computação Evolucionária na Música. A implementação prática deste trabalho baseia-se numa aplicação – AG Fado – que compõe melodias de Fado de Coimbra, utilizando Algoritmos Genéticos. O trabalho foi dividido em duas partes principais: a primeira parte consiste na recolha de informações e posterior levantamento de dados estatísticos sobre o género musical escolhido, nomeadamente fados em tonalidade maior e fados em tonalidade menor; a segunda parte consiste no desenvolvimento da aplicação, com a conceção do respetivo algoritmo genético para composição de melodias. As melodias obtidas através da aplicação desenvolvida são bastante audíveis e boas melodicamente. No entanto, destaca-se o facto de a avaliação ser efetuada por seres humanos o que implica sensibilidades musicais distintas levando a resultados igualmente distintos.

Fractional order modelling of fractional-order holds

Discrete time control systems require sample- and-hold circuits to perform the conversion from digital to analog. Fractional-Order Holds (FROHs) are an interpolation between the classical zero and first order holds and can be tuned to produce better system performance. However, the model of the FROH is somewhat hermetic and the design of the system becomes unnecessarily complicated. This paper addresses the modelling of the FROHs using the concepts of Fractional Calculus (FC). For this purpose, two simple fractional-order approximations are proposed whose parameters are estimated by a genetic algorithm. The results are simple to interpret, demonstrating that FC is a useful tool for the analysis of these devices.

Time-delay and fractional derivatives

This paper proposes the calculation of fractional algorithms based on time-delay systems. The study starts by analyzing the memory properties of fractional operators and their relation with time delay. Based on the Fourier analysis an approximation of fractional derivatives through timedelayed samples is developed. Furthermore, the parameters of the proposed approximation are estimated by means of genetic algorithms. The results demonstrate the feasibility of the new perspective.

Fractional order inductive phenomena based on the skin effect

The Maxwell equations play a fundamental role in the electromagnetic theory and lead to models useful in physics and engineering. This formalism involves integer-order differential calculus, but the electromagnetic diffusion points towards the adoption of a fractional calculus approach. This study addresses the skin effect and develops a new method for implementing fractional-order inductive elements. Two genetic algorithms are adopted, one for the system numerical evaluation and another for the parameter identification, both with good results.

A hybrid genetic algorithm for the multi-mode resource-constrained project scheduling

A construction project is a group of discernible tasks or activities that are conduct-ed in a coordinated effort to accomplish one or more objectives. Construction projects re-quire varying levels of cost, time and other resources. To plan and schedule a construction project, activities must be defined sufficiently. The level of detail determines the number of activities contained within the project plan and schedule. So, finding feasible schedules which efficiently use scarce resources is a challenging task within project management. In this context, the well-known Resource Constrained Project Scheduling Problem (RCPSP) has been studied during the last decades. In the RCPSP the activities of a project have to be scheduled such that the makespan of the project is minimized. So, the technological precedence constraints have to be observed as well as limitations of the renewable resources required to accomplish the activities. Once started, an activity may not be interrupted. This problem has been extended to a more realistic model, the multi-mode resource con-strained project scheduling problem (MRCPSP), where each activity can be performed in one out of several modes. Each mode of an activity represents an alternative way of combining different levels of resource requirements with a related duration. Each renewable resource has a limited availability for the entire project such as manpower and machines. This paper presents a hybrid genetic algorithm for the multi-mode resource-constrained pro-ject scheduling problem, in which multiple execution modes are available for each of the ac-tivities of the project. The objective function is the minimization of the construction project completion time. To solve the problem, is applied a two-level genetic algorithm, which makes use of two separate levels and extend the parameterized schedule generation scheme. It is evaluated the quality of the schedules and presents detailed comparative computational re-sults for the MRCPSP, which reveal that this approach is a competitive algorithm.

Analysis of the domain of applicability of an algorithm for a resources system selection problem for Distributed/Agile/Virtual Enterprises integration

The process of resources systems selection takes an important part in Distributed/Agile/Virtual Enterprises (D/A/V Es) integration. However, the resources systems selection is still a difficult matter to solve in a D/A/VE, as it is pointed out in this paper. Globally, we can say that the selection problem has been equated from different aspects, originating different kinds of models/algorithms to solve it. In order to assist the development of a web prototype tool (broker tool), intelligent and flexible, that integrates all the selection model activities and tools, and with the capacity to adequate to each D/A/V E project or instance (this is the major goal of our final project), we intend in this paper to show: a formulation of a kind of resources selection problem and the limitations of the algorithms proposed to solve it. We formulate a particular case of the problem as an integer programming, which is solved using simplex and branch and bound algorithms, and identify their performance limitations (in terms of processing time) based on simulation results. These limitations depend on the number of processing tasks and on the number of pre-selected resources per processing tasks, defining the domain of applicability of the algorithms for the problem studied. The limitations detected open the necessity of the application of other kind of algorithms (approximate solution algorithms) outside the domain of applicability founded for the algorithms simulated. However, for a broker tool it is very important the knowledge of algorithms limitations, in order to, based on problem features, develop and select the most suitable algorithm that guarantees a good performance.

Application of computational intelligence to engineering

Computational Intelligence (CI) includes four main areas: Evolutionary Computation (genetic algorithms and genetic programming), Swarm Intelligence, Fuzzy Systems and Neural Networks. This article shows how CI techniques overpass the strict limits of Artificial Intelligence field and can help solving real problems from distinct engineering areas: Mechanical, Computer Science and Electrical Engineering.

Meta-heuristics self-parameterization in a multi-agent scheduling system using case-based reasoning

This paper proposes a novel agent-based approach to Meta-Heuristics self-configuration. Meta-heuristics are algorithms with parameters which need to be set up as efficient as possible in order to unsure its performance. A learning module for self-parameterization of Meta-heuristics (MH) in a Multi-Agent System (MAS) for resolution of scheduling problems is proposed in this work. The learning module is based on Case-based Reasoning (CBR) and two different integration approaches are proposed. A computational study is made for comparing the two CBR integration perspectives. Finally, some conclusions are reached and future work outlined.

A random key based genetic algorithm for the resource constrained project scheduling problem

This paper presents a genetic algorithm for the Resource Constrained Project Scheduling Problem (RCPSP). The chromosome representation of the problem is based on random keys. The schedule is constructed using a heuristic priority rule in which the priorities of the activities are defined by the genetic algorithm. The heuristic generates parameterized active schedules. The approach was tested on a set of standard problems taken from the literature and compared with other approaches. The computational results validate the effectiveness of the proposed algorithm.

Simulação de um Pool Simétrico com validação técnica do despacho provisório e apresentação de medidas corretivas baseadas num despacho ótimo

Os mercados de energia elétrica são atualmente uma realidade um pouco por todo o mundo. Contudo, não é consensual o modelo regulatório a utilizar, o que origina a utilização de diferentes modelos nos diversos países que deram início ao processo de liberalização e de reestruturação do sector elétrico. A esses países, dado que a energia elétrica não é um bem armazenável, pelo menos em grandes quantidades, colocam-se questões importantes relacionadas com a gestão propriamente dita do seu sistema elétrico. Essas questões implicam a adoção de regras impostas pelo regulador que permitam ultrapassar essas questões. Este trabalho apresenta um estudo feito aos mercados de energia elétrica existentes um pouco por todo o mundo e que o autor considerou serem os mais importantes. Foi também feito um estudo de ferramentas de otimização essencialmente baseado em meta-heurísticas aplicadas a problemas relacionados com a operação dos mercados e com os sistemas elétricos de energia, como é o exemplo da resolução do problema do Despacho Económico. Foi desenvolvida uma aplicação que simula o funcionamento de um mercado que atua com o modelo Pool Simétrico, em que são transmitidas as ofertas de venda e compra de energia elétrica por parte dos produtores, por um lado, e dos comercializadores, consumidores elegíveis ou intermediários financeiros, por outro, analisando a viabilidade técnica do Despacho Provisório. A análise da viabilidade técnica do Despacho Provisório é verificada através do modelo DC de trânsito de potências. No caso da inviabilidade do Despacho Provisório, por violação de restrições afetas ao problema, são determinadas medidas corretivas a esse despacho, com base nas ofertas realizadas e recorrendo a um Despacho Ótimo. Para a determinação do Despacho Ótimo recorreu-se à meta-heurística Algoritmos Genéticos. A aplicação foi desenvolvida no software MATLAB utilizando a ferramenta Graphical User Interfaces. A rede de teste utilizada foi a rede de 14 barramentos do Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE). A aplicação mostra-se competente no que concerne à simulação de um mercado com tipo de funcionamento Pool Simétrico onde são efetuadas ofertas simples e onde as transações ocorrem no mercado diário, porém, não reflete o problema real relacionado a este tipo de mercados. Trata-se, portanto, de um simulador básico de um mercado de energia cujo modelo de funcionamento se baseia no tipo Pool Simétrico.

Integração de um sistema de gestão de informação clínica hospitalar numa unidade de cuidados continuados

O crescimento da população idosa impõe o desenvolvimento de serviços de qualidade orientados para as necessidades comuns desta faixa etária. A área dos cuidados continuados corresponde a um segmento em crescimento com um forte potencial de desenvolvimento no que concerne ao domínio dos sistemas de informação (SI). O presente trabalho pressupõe o acompanhamento do processo de integração de um SI de uma Unidade Hospitalar (UH) numa Unidade de Cuidados Continuados (UCC) para idosos. A análise envolveu o recurso à Teoria Actor-network (ANT), enquanto posicionamento teórico de relevo para o desenvolvimento de SI. Esta teoria coloca, equitativamente, em destaque os factores humano e não humano como concorrentes para o sucesso no desenvolvimento de um SI. O processo em destaque neste trabalho envolveu a análise compreensiva dos SI das unidades de saúde envolvidas; monitorização e descrição do processo de integração do SI de inspiração hospitalar na UCC; avaliação do resultado final; estabelecimento de requisitos fundamentais para o desenho de um SI adaptado a uma organização prestadora de cuidados continuados a idosos. Estas etapas foram desenvolvidas tendo por base a concretização de 3 ciclos, integradores dos conceitos da ANT com o processo de Engenharia de Requisitos: Ciclo 1 - análise do sistema sócio-técnico; Ciclo 2 – desenho do novo sistema sócio-técnico; Ciclo 3 – transformação da rede sócio-técnica. A metodologia inerente ao processo envolveu a análise documental, realização de notas de campo, entrevista e questionário. Os requisitos são apresentados através da conceptualização de um SI denominado Gestão de Cuidados Residenciais (GCR). Conclui-se, que para que um SI resulte com eficácia, eficiência e efetividade para uma organização, deverá revelar-se adaptado ao propósito e missão da organização em causa, sob pena de induzir fragilidade ao ciclo operacional e ao modelo de gestão de informação.

Práticas de segurança da informação: um estudo de caso num centro hospitalar

Dissertação de Mestrado apresentada ao Instituto de Contabilidade e Administração do Porto para a obtenção de grau de Mestre em Auditoria, sob a orientação de Luís Silva Rodrigues

Metodologia multicritério na seleção de sistemas de informação na gestão da cadeia de abastecimento

Os sistemas de informação empresariais têm vindo nos últimos anos a afirmar- se como ferramentas essenciais no mercado cada vez mais competitivo em que as empresas se encontram. Pretende-se com este trabalho aplicar uma metodologia de apoio à tomada de decisão baseada num modelo decisão multicritério que permite a avaliação e seleção de um sistema de informação (SI) num determinado contexto. Para atingir esse objetivo foi utilizado o estudo de caso na empresa Proef, SGSP. Foi então realizada uma revisão bibliográfica sobre a gestão da cadeia de abastecimento, logística e teoria da decisão para dar suporte a todo o trabalho prático. Posteriormente foi aplicada a metodologia Multicritério para Apoio à seleção de SI – MMASSI/TI com base nos processos existentes na organização. Com recurso à aplicação informática foi obtido o sistema de informação mais adequado ao contexto de decisão, sendo este resultado avaliado através de uma análise de sensibilidade e robustez. Desta dissertação surgiram limitações e também recomendações futuras.

Provably Good Task Assignment for Two-Type Heterogeneous Multiprocessors Using Cutting Planes

Consider scheduling of real-time tasks on a multiprocessor where migration is forbidden. Specifically, consider the problem of determining a task-to-processor assignment for a given collection of implicit-deadline sporadic tasks upon a multiprocessor platform in which there are two distinct types of processors. For this problem, we propose a new algorithm, LPC (task assignment based on solving a Linear Program with Cutting planes). The algorithm offers the following guarantee: for a given task set and a platform, if there exists a feasible task-to-processor assignment, then LPC succeeds in finding such a feasible task-to-processor assignment as well but on a platform in which each processor is 1.5 × faster and has three additional processors. For systems with a large number of processors, LPC has a better approximation ratio than state-of-the-art algorithms. To the best of our knowledge, this is the first work that develops a provably good real-time task assignment algorithm using cutting planes.