System Modeling and Control Through Fractional-Order Algorithms

The theory of fractional calculus goes back to the beginning of thr throry of differential calculus but its inherent complexity postponed the applications of the associated concepts. In the last decade the progress in the areas of chaos and fractals revealed subtle relationships with the fractional calculus leading to an increasing interest in the development of the new paradigm. In the area of automaticcontrol preliminary work has already been carried out but the proposed algorithms are restricted to the frequency domain. The paper discusses the design of fractional-order discrete-time controllers. The algorithms studied adopt the time domein, which makes them suited for z-transform analusis and discrete-time implementation. The performance of discrete-time fractional-order controllers with linear and non-linear systems is also investigated.

Towards a classification scheme for musical sounds

Signal Processing: Algorithms, Architectures, Arrangements, and Applications (SPA), 2013

Heparinized nanohydroxyapatite/collagen granules for controlled release of vancomycin

The purpose of this study was to develop a bone substitute material capable of preventing or treating osteomyelitis through a sustainable release of vancomycin and simultaneously inducing bone regeneration. Porous heparinized nanohydroxyapatite (nanoHA)/collagen granules were characterized using scanning electron microscopy, micro-computed tomography and attenuated total reflectance Fourier transform infrared spectroscopy. After vancomycin adsorption onto the granules, its releasing profile was studied by UV molecular absorption spectroscopy. The heparinized granules presented a more sustainable release over time, in comparison with nonheparinized nanoHA and nanoHA/collagen granules. Vancomycin was released for 360 h and proved to be bioactive until 216 h. Staphylococcus aureus adhesion was higher on granules containing collagen, guiding the bacteria to the material with antibiotic, improving their eradication. Moreover, cytotoxicity of the released vancomycin was assessed using osteoblast cultures, and after 14 days of culture in the presence of vancomycin, cells were able to remain viable, increasing their metabolic activity and colonizing the granules, as observed by scanning electron microscopy and confocal laser scanning microscopy. These findings suggest that heparinized nanoHA/collagen granules are a promising material to improve the treatment of osteomyelitis, as they are capable of releasing vancomycin, eliminating the bacteria, and presented morphological and chemical characteristics to induce bone regeneration.

Structural adhesives modified with thermally expandable particles

In this study, the behaviour of two structural adhesives modified with thermally expandable particles (TEPs) was investigated as a preliminary study for further investigations on the potential of TEPs in adhesive joints. Tensile bulk tests were performed to get the tensile properties of the adhesives and TEPs-modified adhesives. In order to determine the expansion temperature of the particles while encapsulated in these particular adhesive systems, the variation of the volume of adhesive samples modified with different TEPs concentration as a function of temperature was measured. Further, the possibility of any chemical interactions between TEPs and adhesives matrix in the TEPs-modified specimens was verified by a Fourier transform infrared spectroscopy analysis. Finally, the fracture surfaces of the unmodified and TEPs-modified specimens, as well as the dispersion and the morphology of the particles, were examined by a scanning electron microscopy analysis. It was found that the stiffness of the TEPs-modified adhesives is not affected by incorporation of TEPs in the adhesives matrix, while the tensile yield strength decreased by increasing the wt% TEPs content. In applications of such particular materials (TEPs-modified adhesives), the temperature should be controlled to stay between 90°C and 120°C in order to obtain the highest expansion ratio. At a lower temperature, not all the particles will expand, and above, the TEPs will deteriorate and as a result the TEPs-modified adhesives will deteriorate.

Relatório de estágio em educação pré-escolar e ensino do 1º ciclo do ensino básico

presente relatório de qualificação profissional foi elaborado no âmbito da Unidade Curricular de Prática Pedagógica Supervisionada, inserida no plano de estudos do mestrado profissionalizante em Educação Pré-Escolar e Ensino do 1º Ciclo do Ensino Básico. Intenta evidenciar o desenvolvimento de competências pessoais e profissionais pela estudante nos níveis educativos já referenciados, visando a construção de um perfil docente generalista. Em primeiro lugar, fundamenta-se o desenvolvimento uma ação dotada de intencionalidade num quadro teórico-concetual, construído ao longo do percurso formativo da mestranda, nos normativos legais em vigor, nas características dos contextos educativos que integrou e nos conhecimentos sobre cada criança. Posteriormente, apresenta-se através de uma análise crítica e reflexiva, o desenvolvimento vivenciado pela discente ao longo dos períodos de estágio que visava promover a progressiva autonomia e responsabilização pela ação docente. A metodologia de investigação-ação foi fundamental na construção das bases do perfil profissional da mestranda pois alicerçou o desenvolvimento da práxis e estruturou os processos de observação, planificação, ação, avaliação e reflexão. Esta metodologia e as estratégias e instrumentos formativos que a integram e que se adotaram nos dois níveis educativos fomentaram a transformação e a melhoria da prática educativa, através do desenvolvimento de competências reflexivas, investigativas e indagadoras. O processo vivenciado promoveu simultaneamente o desenvolvimento da estudante e a construção de aprendizagens por parte das crianças, constituindo-se como a primeira etapa de uma aprendizagem ao longo da vida com vista à constante adaptação e transformação do conhecimento praxeológico.

Analysis of Natural and Artificial Phenomena Using Signal Processing and Fractional Calculus

In this paper we study several natural and man-made complex phenomena in the perspective of dynamical systems. For each class of phenomena, the system outputs are time-series records obtained in identical conditions. The time-series are viewed as manifestations of the system behavior and are processed for analyzing the system dynamics. First, we use the Fourier transform to process the data and we approximate the amplitude spectra by means of power law functions. We interpret the power law parameters as a phenomenological signature of the system dynamics. Second, we adopt the techniques of non-hierarchical clustering and multidimensional scaling to visualize hidden relationships between the complex phenomena. Third, we propose a vector field based analogy to interpret the patterns unveiled by the PL parameters.

Generalized convolution

The paper revisits the convolution operator and addresses its generalization in the perspective of fractional calculus. Two examples demonstrate the feasibility of the concept using analytical expressions and the inverse Fourier transform, for real and complex orders. Two approximate calculation schemes in the time domain are also tested.

O papel da reflexão colaborativa entre pares na transformação das práticas

Este estudo teve como enfoque o papel da reflexão na escola, para transformação de práticas. Este implicou a realização de um projeto a nível de escola, que teve a colaboração e envolvimento de todos os docentes. A concretização deste projeto permitiu uma compreensão mais aprofundada de diversas potencialidades, quer do exercício da reflexão, como da colaboração entre pares, da investigação‐ação, promovendo a sua utilização, com uma participação ativa de todos. Estamos perante um estudo de natureza interpretativa, que se iniciou com a aplicação de um inquérito por questionário aos docentes participantes, implicando posteriormente, a formação de um grupo de trabalho, com recurso a encontros semanais de reflexão colaborativa, reflexões escritas em critical friend e uma entrevista final aos mesmos. Relativamente aos procedimentos de análise, estes foram do tipo qualitativo tendo‐se privilegiado o discurso oral e escrito utilizado ao longo de todo o estudo. Os resultados auferidos, não diferem muito de outros estudos que se centraram na mesma temática, reconhecendo portanto, as potencialidades formativas da reflexão colaborativa, da investigação‐ação, relativamente ao desenvolvimento dos saberes profissionais, que fomentam a construção de uma nova dinâmica na organização escola. Esta sensibilização possibilitou o desenvolvimento das nossas aprendizagens em toda a instituição facilitando assim a mudança.

O papel da reflexão colaborativa entre pares na transformação das práticas

Este estudo teve como enfoque o papel da reflexão na escola, para transformação de práticas. Este implicou a realização de um projeto a nível de escola, que teve a colaboração e envolvimento de todos os docentes. A concretização deste projeto permitiu uma compreensão mais aprofundada de diversas potencialidades, quer do exercício da reflexão, como da colaboração entre pares, da investigação‐ação, promovendo a sua utilização, com uma participação ativa de todos. Estamos perante um estudo de natureza interpretativa, que se iniciou com a aplicação de um inquérito por questionário aos docentes participantes, implicando posteriormente, a formação de um grupo de trabalho, com recurso a encontros semanais de reflexão colaborativa, reflexões escritas em critical friend e uma entrevista final aos mesmos. Relativamente aos procedimentos de análise, estes foram do tipo qualitativo tendo‐se privilegiado o discurso oral e escrito utilizado ao longo de todo o estudo. Os resultados auferidos, não diferem muito de outros estudos que se centraram na mesma temática, reconhecendo portanto, as potencialidades formativas da reflexão colaborativa, da investigação‐ação, relativamente ao desenvolvimento dos saberes profissionais, que fomentam a construção de uma nova dinâmica na organização escola. Esta sensibilização possibilitou o desenvolvimento das nossas aprendizagens em toda a instituição facilitando assim a mudança.

Valorização da Drêche Cervejeira: Fermentação de Pentoses

O presente trabalho tem como objetivo a otimização da etapa de fermentação dos açúcares obtidos a partir da drêche cervejeira para produção do bioetanol através da utilização das leveduras Pichia stipitis NCYC 1541 e Kluyveromyces marxianus NCYC 2791 como agentes fermentativos. O meio de cultura usado para manter as culturas destas leveduras foi Yeast Extract Peptone Dextrose (YEPD). O principal propósito deste trabalho foi o de encontrar alternativas aos combustíveis fósseis, pautando-se por soluções inofensivas para o meio ambiente e sustentáveis. Assim, o trabalho está dividido em quatro etapas: 1) caraterização química e biológica da drêche; 2) pré-tratamento ácido e hidrólise enzimática para primeiramente quebrar as moléculas de lenhina que envolvem os polímeros de celulose e hemicelulose e em seguida romper as ligações poliméricas destas macromoléculas por ação enzimática e transforma-las em açúcares simples, respetivamente, obtendo-se então a glucose, a maltose, a xilose e a arabinose; e, por último, 3) otimização da etapa de fermentação da glucose, maltose e das pentoses que constitui a condição essencial para se chegar à síntese do bioetanol de um modo eficiente e sustentável e 4) a recuperação do bioetanol produzido por destilação fracionada. A quantificação dos açúcares libertados no processo foi feita recorrendo a análises por cromatografia líquida de alta eficiência (HPLC). Neste estudo foram identificados e quantificados cinco açúcares: Arabinose, Glucose, Maltose, Ribose e Xilose. Na etapa de pré-tratamento e hidrólise enzimática foram usados os ácidos clorídrico (HCl) e nítrico (HNO3) com a concentração de 1% (m/m), e as enzimas Glucanex 100g e Ultraflo L. Foram testadas seis condições de pré-tratamento e hidrólise enzimática, alterando os parâmetros tempo de contacto e razão enzimas/massa de drêche, respetivamente, e mantendo a temperatura (50 ºC), velocidade de agitação (75 rpm) e concentração dos ácidos (1% (m/m)). No processamento de 25 g de drêche seca com 0,5 g de Glucanex, 0,5 mL de Ultraflo e um tempo de reação de 60 minutos para as enzimas foi obtida uma eficiência de 15%, em hidrolisado com 6% da celulose. Realizou-se a fermentação do hidrolisado resultante do pré-tratamento ácido e hidrólise enzimática de drêche cervejeira e de meios sintéticos preparados com os açúcares puros, usando as duas estirpes selecionadas para este estudo: Pichia stipitis NCYC 1541 e Kluyveromyces marxianus NYCY 2791. As eficiências de fermentação dos açúcares nos meios sintéticos foram superiores a 80% para ambas as leveduras. No entanto, as eficiências de fermentação do hidrolisado da drêche foram de 45,10% pela Pichia stipitis e de 36,58 para Kluyveromyces marxianus, para um tempo de fermentação de 72 horas e à temperatura de 30 °C. O rendimento teórico em álcool no hidrolisado da drêche é de 0,27 g/g, três vezes maior do que o real (0,0856 g/g), para Pichia stipitis e de 0,19 g/g seis vezes maior do que o real (0,0308 g/g), para a Kluyveromyces marxianus.

Desenvolvimento de um biossensor para Ácido Glutâmico

A presente dissertação tem com objetivo o desenvolvimento de um biossensor com base nos polímeros de impressão molecular para a deteção de uma molécula alvo, o ácido glutâmico que é convertido em glutamina pela glutamina sintetase, recorrendo à potenciometria. Nas células neoplásicas a glutamina não é sintetizada podendo-se considerar que o ácido glutâmico é um potencial agente anti-cancro. A técnica de impressão molécular utilizada foi a polimerização em bulk, combinando a acrilamida e a bis acrilamida com o ácido glutâmico. Para se verificar se a resposta potenciométrica obtida era de facto da molécula alvo foram preparados em paralelo com os sensores, materiais de controlo, ou seja, moléculas sem impressão molécular (NIP). Para se controlar a constituíção química dos vários sensores nomeadamente, do NIP e do polímero de impressão molecular (MIP) antes e após a remoção bem como a molécula foram realizados estudos de Espetroscopia de Infravermelhos de Transformada de Fourier (FTIR), Scanning electron microscope (SEM) e Espetroscopia de Raios X por dispersão em energia (EDS). Os materiais desenvolvidos foram aplicados em várias membranas que diferiam umas das outras, sendo seletivas ao ião. A avaliação das características gerais das membranas baseou-se na análise das curvas de calibração, conseguidas em meios com pHs diferentes, comparando os vários elétrodos. O pH 5 foi o que apresentou melhor resultado, associado a uma membrana que continha um aditivo, o p-tetra-octilphenol, e com o sensor com percentagem de 3%. Posto isto, testou-se em material biológico, urina, com as melhores características quer em termos de sensibilidade (18,32mV/década) quer em termos de linearidade (1,6x10-6 a 1,48x10-3 mol/L). Verificou-se ainda que aplicando iões interferentes na solução, estes não interferem nesta, podendo ser aplicados na amostra sem que haja alteração na resposta potenciométrica. O elétrodo é capaz de distinguir o ácido glutâmico dos restantes iões presentes na solução.

Materiais e dispositivos sensores para a Norfloxacina

O trabalho consistiu no desenvolvimento e caracterização de sensores potenciométricos com base em polímeros de impressão molecular para a determinação de um antibiótico, a norfloxacina, em aquacultura. A simplicidade, o baixo custo e a interação rápida e reversível dos sensores potenciométricos com os analitos fizeram com que este fosse o tipo de sensor escolhido. O material sensor foi obtido por tecnologia de impressão molecular, baseada em polimerização em bulk, em que a NOR foi a molécula molde e foram utilizados como monómeros para autoconstrução dos sensores o pirrol, isoladamente, ou em conjunto com partículas de sílica gel funcionalizadas com 3-aminopropil. Também foi obtido material sensor, para controlo, em que a molécula molde NOR não estava presente (NIP). As características dos materiais sensores foram sujeitas a análise de microscopia eletrónica SEM e análise por espectrómetro de infravermelhos com transformada de Fourier. Os materiais sensores foram incluídos em membranas poliméricas, que seriam incorporadas em elétrodos. A avaliação do desempenho dos elétrodos foi feita através de curvas de calibração em diferentes meios (PBS, MES e HEPES). Também foi efetuada com sucesso a análise da sensibilidade dos elétrodos em água dopada. As diversas avaliações e análises efetuadas levaram a concluir que o MIP de pirrol com aditivo aniónico, foi o material sensor testado que permitiu obter melhores propriedades de resposta.

Relatório de estágio em ensino do 1.º ciclo do ensino básico

Relatório EPE - Relatório de estágio em Educação Pré-Escolar: O trabalho realizado no relatório de estágio tem como propósito a reflexão e análise crítica de todo o processo desenvolvido no contexto de educação pré-escolar, no âmbito da Unidade Curricular (UC) de Prática Pedagógica Supervisionada, Ao longo do presente relatório será mobilizado o quadro teórico e conceptual da formanda que sustentou e orientou as práticas desenvolvidas no decorrer do período de estágio, evocando autores conceituados como Piaget, Vygotsky, Oliveira-Formosinho, Zabalza, Roldão, entre muitos outros. Deste modo, será mencionado o papel da criança bem como a natureza do seu processo de desenvolvimento e de construção, evidenciando o seu papel ativo, participativo e construtivo. Também, será referida a importância do papel do Educador de infância, bem como os princípios deontológicos que o orientam na sua construção profissional e pessoal. Torna-se, também, fundamental referir os referenciais legais que norteiam a Educação Pré-Escolar referindo a sua importância no desenvolvimento das crianças, assim como os modelos curriculares e pedagógicos que orientam a práxis pedagógica, permitindo a construção de práticas fundamentadas e conscientes. Para isso é, também, imprescindível adotar uma atitude indagadora de caráter investigativo, crítico e reflexivo, permitindo responder de forma adequada às necessidades individuais de cada criança, numa perspetiva diferenciada e individualizada, mas também global. Neste sentido, ao longo de todo o período de estágio, foi adotada, a metodologia de investigação-ação, denotando a importância dos momentos de observação, planificação, ação e reflexão. Só desta forma foi possível compreender a realidade, de modo a transformá-la com o intuito de melhorar a qualidade da Educação

Relatório de estágio em Ensino do 1.º Ciclo do Ensino Básico

Relatório EPE - Relatório de estágio em Educação Pré-Escolar: O presente relatório foi realizado no âmbito da unidade curricular Prática Pedagógica Supervisionada, inserida no Mestrado em Educação Pré-Escolar e Ensino do 1.º Ciclo do Ensino Básico, da Escola Superior de Educação do Porto, durante o ano letivo 2013/2014, atribuindo qualificação profissional no contexto de pré-escolar. Este documento pretende descrever e analisar o percurso formativo desenvolvido pela mestranda ao longo da sua prática pedagógica supervisionada, numa perspetiva reflexiva sobre a construção dos saberes profissionais para a Educação. Este percurso formativo comprometeu uma atitude investigativa, bem como a mobilização de saberes científicos e legais por forma a articular as vertentes de teoria e prática, perspetivando uma construção integrada dos saberes. A prática pedagógica foi sustentada numa perspetiva construtivista, atribuindo um papel ativo à criança na construção das suas aprendizagens. Esta baseou-se num trabalho de equipa cooperativo, o qual se concretiza através do debate e da partilha de ideias, entre os vários intervenientes da ação, como meio para a transformação da realidade educativa. Ao longo da prática foi, ainda, atribuído um papel fundamental à observação do contexto, sendo esta essencial para a compreensão e conhecimento pleno da criança. Em suma, todo o percurso formativo no qual está englobado a prática pedagógica, levou a uma problematização das questões emergentes da prática, desenvolvendo uma atitude indagadora e reflexiva. Apesar da significante contribuição para a aquisição de competências pessoais e profissionais, o percurso formativo deve ser assumido como uma construção contínua, fundamentado num princípio da aprendizagem ao longo da vida.

Relatório de estágio

O presente relatório de qualificação profissional, como requisito (parcial) para obtenção do grau de mestre em Educação Pré-Escolar e Ensino do 1.º Ciclo do Ensino Básico, é o reflexo dos saberes e competências profissionais adquiridas pelas experiências vividas durante a prática pedagógica supervisionada, desenvolvida em dois contextos de estágio: Educação Pré- Escolar e 1.º Ciclo do Ensino Básico. Ao longo desta formação inicial a mestranda adquiriu saberes científicos, pedagógicos, didáticos, culturais e de investigação que lhe possibilitaram o desenvolvimento de práticas sustentadas. A interação entre os saberes teóricos mobilizados e a reflexão sobre a prática, possibilitaram a construção de um quadro teórico próprio, com visão e pensamento pessoal, permitindo à futura profissional de educação melhorar e transformar a prática educativa, agindo nos contextos de forma adequada, visando a inclusão e equidade. Através da adoção de uma postura crítica, reflexiva e indagadora, apoiada nos processos da metodologia de investigação-ação – observação, planificação, ação, reflexão e avaliação – a mestranda desenvolveu a práxis de forma cíclica e articulada. Com efeito, a mestranda procurou desenvolver práticas que promovessem aprendizagens significativas e efetivas para as diferentes crianças e que lhes permitissem ser construtoras ativas do seu próprio conhecimento, numa perspetiva holística da educação e do desenvolvimento da criança, encarando-a como centro do processo de ensino e aprendizagem. Em conformidade, os estágios desenvolvidos em ambos os contextos permitiram a construção de um perfil generalista, através do desenvolvimento de competências marcadas por uma (re)construção pessoal e profissional, auxiliadas por processos colaborativos e reflexivos.