Generalized Extraction of Real-Time Parameters for Homogeneous Synchronous Dataflow Graphs

23rd Euromicro International Conference on Parallel, Distributed, and Network-Based Processing (PDP 2015). 4 to 6, Mar, 2015. Turku, Finland.

Response Time Analysis for Fixed-Priority Tasks with Multiple Probabilistic Parameters

Demo presented in 12th Workshop on Models and Algorithms for Planning and Scheduling Problems (MAPSP 2015). 8 to 12, Jun, 2015. La Roche-en-Ardenne, Belgium. Extended abstract.

Simple Kinematic Design for Evading the Forced Oscillation of a Car-Wheel Suspension System

An adaptive control damping the forced vibration of a car while passing along a bumpy road is investigated. It is based on a simple kinematic description of the desired behavior of the damped system. A modified PID controller containing an approximation of Caputo’s fractional derivative suppresses the high-frequency components related to the bumps and dips, while the low frequency part of passing hills/valleys are strictly traced. Neither a complete dynamic model of the car nor ’a priori’ information on the surface of the road is needed. The adaptive control realizes this kinematic design in spite of the existence of dynamically coupled, excitable internal degrees of freedom. The method is investigated via Scicos-based simulation in the case of a paradigm. It was found that both adaptivity and fractional order derivatives are essential parts of the control that can keep the vibration of the load at bay without directly controlling its motion.

Gait Analysis of Natural and Artificial Walking Systems

This paper studies periodic gaits of multi-legged locomotion systems based on dynamic models. The purpose is to determine the system performance during walking and the best set of locomotion variables. For that objective the prescribed motion of the robot is completely characterized in terms of several locomotion variables such as gait, duty factor, body height, step length, stroke pitch, foot clearance, legs link lengths, foot-hip offset, body and legs mass and cycle time. In this perspective, we formulate three performance measures of the walking robot namely, the mean absolute energy, the mean power dispersion and the mean power lost in the joint actuators per walking distance. A set of model-based experiments reveals the influence of the locomotion variables in the proposed indices.

Myoelectric Signal Monitoring System

The Electromyography (EMG) is an important tool for gait analyzes and disorders diagnoses. Traditional methods involve equipment that can disturb the analyses, being gradually substituted by different approaches, like wearable and wireless systems. The cable replacement for autonomous systems demands for technologies capable of meeting the power constraints. This work presents the development of an EMG and kinematic data capture wireless module, designed taking into account power consumption issues. This module captures and converts the analog myoeletric signal to digital, synchronously with the capture of kinetic information. Both data are time multiplexed and sent to a PC via Bluetooth link. The work carried out comprised the development of the hardware, the firmware and a graphical interface running in an external PC. The hardware was developed using the PIC18F14K22, a low power family of microcontrollers. The link was established via Bluetooth, a protocol designed for low power communication. An application was also developed to recover and trace the signal to a Graphic User Interface (GUI), coordinating the message exchange with the firmware. Results were obtained which allowed validating the conceived system in static and with the subject performing short movements. Although it was not possible to perform the tests within more dynamic movements, it is shown that it is possible to capture, transmit and display the captured data as expected. Some suggestions to improve the system performance also were made.

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.

Interlimb Coordination During Step-to-Step Transition and Gait Performance

Most energy spent in walking is due to step-to-step transitions. During this phase, the interlimb coordination assumes a crucial role to meet the demands of postural and movement control. The authors review studies that have been carried out regarding the interlimb coordination during gait, as well as the basic biomechanical and neurophysiological principles of interlimb coordination. The knowledge gathered from these studies is useful for understanding step-to-step transition during gait from a motor control perspective and for interpreting walking impairments and inefficiency related to pathologies, such as stroke. This review shows that unimpaired walking is characterized by a consistent and reciprocal interlimb influence that is supported by biomechanical models, and spinal and supraspinal mechanisms. This interlimb coordination is perturbed in subjects with stroke.

The influence of gait cadence on the ground reaction forces and plantar pressures during load carriage of young adults

Biomechanical gait parameters—ground reaction forces (GRFs) and plantar pressures—during load carriage of young adults were compared at a low gait cadence and a high gait cadence. Differences between load carriage and normal walking during both gait cadences were also assessed. A force plate and an in-shoe plantar pressure system were used to assess 60 adults while they were walking either normally (unloaded condition) or wearing a backpack (loaded condition) at low (70 steps per minute) and high gait cadences (120 steps per minute). GRF and plantar pressure peaks were scaled to body weight (or body weight plus backpack weight). With medium to high effect sizes we found greater anterior-posterior and vertical GRFs and greater plantar pressure peaks in the rearfoot, forefoot and hallux when the participants walked carrying a backpack at high gait cadences compared to walking at low gait cadences. Differences between loaded and unloaded conditions in both gait cadences were also observed.

Using neural networks and support vector regression to relate marchetti dilatometer test parameters and maximum shear modulus

In the last two decades, small strain shear modulus became one of the most important geotechnical parameters to characterize soil stiffness. Finite element analysis have shown that in-situ stiffness of soils and rocks is much higher than what was previously thought and that stress-strain behaviour of these materials is non-linear in most cases with small strain levels, especially in the ground around retaining walls, foundations and tunnels, typically in the order of 10−2 to 10−4 of strain. Although the best approach to estimate shear modulus seems to be based in measuring seismic wave velocities, deriving the parameter through correlations with in-situ tests is usually considered very useful for design practice.The use of Neural Networks for modeling systems has been widespread, in particular within areas where the great amount of available data and the complexity of the systems keeps the problem very unfriendly to treat following traditional data analysis methodologies. In this work, the use of Neural Networks and Support Vector Regression is proposed to estimate small strain shear modulus for sedimentary soils from the basic or intermediate parameters derived from Marchetti Dilatometer Test. The results are discussed and compared with some of the most common available methodologies for this evaluation.

Using neural networks and support vector regression to relate marchetti dilatometer test parameters and maximum shear modulus

In the last two decades, small strain shear modulus became one of the most important geotechnical parameters to characterize soil stiffness. Finite element analysis have shown that in-situ stiffness of soils and rocks is much higher than what was previously thought and that stress-strain behaviour of these materials is non-linear in most cases with small strain levels, especially in the ground around retaining walls, foundations and tunnels, typically in the order of 10−2 to 10−4 of strain. Although the best approach to estimate shear modulus seems to be based in measuring seismic wave velocities, deriving the parameter through correlations with in-situ tests is usually considered very useful for design practice.The use of Neural Networks for modeling systems has been widespread, in particular within areas where the great amount of available data and the complexity of the systems keeps the problem very unfriendly to treat following traditional data analysis methodologies. In this work, the use of Neural Networks and Support Vector Regression is proposed to estimate small strain shear modulus for sedimentary soils from the basic or intermediate parameters derived from Marchetti Dilatometer Test. The results are discussed and compared with some of the most common available methodologies for this evaluation.

A simplified four-branch model for the analytical study of the out-of-plane performance of regular stone URM walls

During the last years, several studies have been made aiming to assess the out-of-plane seismic response of unreinforced stone masonry structures. This fact led to the development of a wide variety of models and approaches, ranging from simple kinematic based analytical models up to complex numerical simulations. Nevertheless, for the sake of simplicity, the out-of-plane seismic response of a masonry wall pier may be obtained by means of a simple single-degree-of-freedom system while still providing good results. In fact, despite the assumptions associated with such a simple formulation, it is also true that the epistemic uncertainty inherent with the selection of appropriate input parameters in more complex models may render them truly ineffective. In this framework, this paper focuses on the study of the out-of-plane bending of unreinforced stone masonry walls (cantilevers) by proposing a simplified analytical approach based on the construction of a linearized four-branch model, which is used to characterize the linear and nonlinear response of such structural elements through an overturning moment-rotation relationship. The formulation of the four-branch model is presented and described in detail and the meaningful parameters used for its construction are obtained from a set of experimental laboratory tests performed on six full-scale unreinforced regular sacco stone masonry specimens. Moreover, a parametric analysis aiming to evaluate the effect of these parameters’ variation on the final configuration of the model is presented and critically discussed. Finally, the results obtained from the application of the developed four-branch model on real unreinforced regular sacco stone masonry walls are thoroughly analysed and the main conclusions obtained from its application are summarized.

Efeito da compressão isquémica no ponto gatilho latente do trapézio superior, na magnitude de atividade muscular do complexo articular do ombro

Introdução: A síndrome dolorosa miofascial é um dos principais problemas encontrados na prática clínica, tendo como principais características os pontos gatilho (PG), ativos ou latentes. Os PG latentes têm uma elevada prevalência na musculatura da cintura escapular, nomeadamente ao nível do trapézio superior (TS), influenciando o controlo motor do ombro. A compressão isquémica aplicada no PG do TS poderá influenciar o comportamento muscular dos sinergistas durante o movimento de abdução no plano da omoplata. Objetivos: Este estudo visa estudar a influência da compressão isquémica aplicada no PG do TS na magnitude de ativação dos músculos TS, trapézio inferior (TI), grande dentado (GD), infra-espinhoso (IE) e deltóide médio (DM), assim como a relação muscular através da razão entre o TS e os restantes músculos em análise, durante o movimento de abdução no plano da omoplata. Métodos: O presente estudo é experimental, aleatório e controlado. Foram criados dois grupos, grupo controlo (GC) (n=14) e grupo experimental (GE) (n=15), a partir de uma amostra de 67 indivíduos. No GC foi aplicado um procedimento placebo e no GE foi aplicada no PG latente do TS a técnica de compressão isquémica. Antes e após a intervenção foi recolhida a atividade eletromiográfica dos músculos em análise, assim como os dados cinemáticos, durante o movimento de elevação do ombro no plano da omoplata. Para a análise registou-se a amplitude máxima de abdução e foi analisada a atividade muscular individual dos músculos em estudo assim como a razão entre o TS e os restantes músculos. Esta análise foi realizada em intervalos de 30° até ao final do movimento. Resultados: Não se verificaram diferenças na amplitude máxima de abdução, nem entre grupos (1º momento p=0,608, t=0,816; 2º momento p=0,119; t=1,252) nem entre os dois momentos em cada grupo (GC, t=-1,119; p=0,256; GE, t=-1,604, p=0,135). Na magnitude de ativação individual de cada músculo também não se verificaram diferenças significativas com a aplicação da técnica, tendo-se verificado no DM uma tendência para o aumento da ativação aquando da intervenção, ao longo de todo o arco de movimento, em comparação com a pré-intervenção, já no GC de controlo não se verificaram alterações entre momentos. Também na análise da razão entre músculos não se verificaram diferenças entre grupos. Conclusão: A intervenção realizada não influenciou nenhum dos parâmetros em análise do complexo articular do ombro nem a amplitude de movimento de abdução.

Análise biomecânica da marcha e funcionalidade em crianças com Paralisia Cerebral: efeito da intervenção da fisioterapia com facilitação em tapete rolante

Introdução: As crianças com Paralisia Cerebral evidenciam frequentemente alterações da sua funcionalidade global, evidenciadas nomeadamente na marcha. Diferentes protocolos de facilitação da marcha em tapete rolante têm vindo a ser alvo de estudos no sentido de clarificar a sua eficácia nesta população. Estes sugerem uma evolução positiva dos diferentes aspectos estudados (funcionalidade global, resistência cardiorespiratória, componentes da marcha), contudo utilizam diferentes metodologias e especificidades do protocolo, não existindo consenso acerca das melhores condições de utilização. Objectivo(s): O presente trabalho teve como objectivo principal avaliar o efeito da aplicação de um protocolo de marcha em tapete rolante (PMTR) em crianças com Paralisia Cerebral (PC) espástica, nos parâmetros biomecânicos da mesma e funcionalidade global. Métodos: Participaram no estudo 9 crianças com PC do tipo diplégico e hemiplégico inscritos na Associação de Paralisia Cerebral de Braga (APCB), com idades compreendidas entre os 3 e os 8 anos de idade. Cada criança foi avaliada antes e após a aplicação do PMTR, através da análise biomecânica da marcha (dinamometria e electromiografia de superfície), bem como da aplicação do teste de medida da função motora (TMFM). A amostra foi dividida em dois grupos – grupo sujeito ao protocolo de marcha em tapete rolante (GPMTR) (n=5) e grupo controlo (GC) (n=4). O protocolo em tapete rolante foi incluído nas sessões de intervenção de fisioterapia, com uma frequência semanal de 2 a 3 vezes por semana, durante um período de 10 semanas consecutivas, após o qual foram repetidas as avaliações iniciais. Resultados: A análise dos resultados permitiu verificar evoluções no GPMTR ao nível do score total da TMFM e especialmente na dimensão E, o que revelou melhorias significativas da funcionalidade motora global neste grupo. Verificaram-se ainda, em termos eletromiográficos um melhor padrão de recrutamento muscular, bem como, no que se refere à análise dinamométrica, evoluções positivas, na componente vertical das forças de reacção do solo.Conclusão: O presente estudo parece sugerir que a inclusão da facilitação da marcha em tapete rolante no plano de intervenção pode contribuir para uma melhoria nos parâmetros biomecânicos da marcha e funcionalidade global de crianças com Paralisia Cerebral do tipo diplégico e hemiplégico, com idades compreendidas entre os 3 e os 8 anos.

Valorização da Borra de Café: Otimização da Produção de Biodiesel por Catálise Enzimática

O decréscimo das reservas de petróleo e as consequências ambientais resultantes do recurso a combustíveis fósseis nos motores a diesel têm levado à procura de combustíveis alternativos. Esta pesquisa alicerçada nas fontes de energia renovável tornou-se essencial, face à crescente procura de energia e ao limitado fornecimento de combustíveis fósseis . Resíduos de óleo de cozinha, gordura animal, entre outros resíduos de origem biológica, tais como a borra de café, são exemplos de matérias-primas para a produção de biodiesel. A sua valorização tem interesse quer pela perspetiva ambiental, quer pela económica, pois aumenta não só a flexibilidade e diversificação das matérias-primas, mas também contribui para uma estabilidade de custos e alteração nas políticas agrícolas e de uso do solo. É neste contexto que se enquadra o biodiesel e a borra de café, pretendendo-se aqui efetuar o estudo da produção, à escala laboratorial, de biodiesel a partir da borra de café, por transesterificação enzimática, visando a procura das melhores condições reacionais. Iniciando-se com a caracterização da borra de café, foram avaliados antes e após a extração do óleo da borra de café, diversos parâmetros, de entre os quais se destacam: o teor de humidade (16,97% e 6,79%), teor de cinzas (1,91 e 1,57%), teor de azoto (1,71 e 2,30%), teor de proteínas (10,7 e 14,4%), teor de carbono (70,2 e 71,7%), teor de celulose bruta (14,77 e 18,48%), teor de lenhina (31,03% e 30,97%) e poder calorifico superior (19,5 MJ/kg e 19,9 MJ/kg). Sumariamente, constatou-se que os valores da maioria dos parâmetros não difere substancialmente dos valores encontrados na literatura, tendo sido evidenciado o potencial da utilização desta biomassa, como fonte calorifica para queima e geração de energia. Sendo a caracterização do óleo extraído da borra de café um dos objetivos antecedentes à produção do biodiesel, pretendeu-se avaliar os diferentes parâmetros mais significativos. No que diz respeito à caracterização do óleo extraído, distingue-se a sua viscosidade cinemática (38,04 mm2/s), densidade 0,9032 g/cm3, poder calorífico de 37,9 kcal/kg, índice de iodo igual a 63,0 gI2/ 100 g óleo, o teor de água do óleo foi de 0,15 %, o índice de acidez igual a 44,8 mg KOH/g óleo, ponto de inflamação superior a 120 ºC e teor em ácidos gordos de 82,8%. Inicialmente foram efetuados ensaios preliminares, a fim de selecionar a lipase (Lipase RMIM, TL 100L e CALB L) e álcool (metanol ou etanol puros) mais adequados à produção de biodiesel, pelo que o rendimento de 83,5% foi obtido através da transesterificação mediada pela lipase RMIM, utilizando como álcool o etanol. Sendo outro dos objetivos a otimização do processo de transesterificação enzimática, através de um desenho composto central a três variáveis (razão molar etanol: óleo, concentração de enzima e temperatura), recorrendo ao software JMP 8.0, determinou-se como melhores condições, uma razão molar etanol: óleo 5:1, adição de 4,5% (m/m) de enzima e uma temperatura de 45 ºC, que conduziram a um rendimento experimental equivalente a 96,7 % e teor de ésteres 87,6%. Nestas condições, o rendimento teórico foi de 99,98%. Procurou-se ainda estudar o efeito da adição de água ao etanol, isto é, o efeito da variação da concentração do etanol pela adição de água, para teores de etanol de 92%, 85% e 75%. Verificou-se que até 92% decorreu um aumento da transesterificação (97,2%) para um teor de ésteres de (92,2%), pelo que para teores superiores de água adicionada (75% e 85%) ocorreu um decréscimo no teor final em ésteres (77,2% e 89,9%) e no rendimento da reação (84,3% e 91,9%). Isto indica a ocorrência da reação de hidrólise em maior extensão, que leva ao desvio do equilíbrio no sentido contrário à reação de formação dos produtos, isto é, dos ésteres. Finalmente, relativamente aos custos associados ao processo de produção de biodiesel, foram estimados para o conjunto de 27 ensaios realizados neste trabalho, e que corresponderam a 767,4 g de biodiesel produzido, sendo o custo dos reagentes superior ao custo energético, de 156,16 € e 126,02 €, respetivamente. Naturalmente que não esperamos que, a nível industrial os custos sejam desta ordem de grandeza, tanto mais que há economia de escala e que as enzimas utilizadas no processo deveriam ser reutilizadas diversas vezes.