Design a computer programming learning environment for Massive Open Online Courses

Teaching and learning computer programming is as challenging as difficult. Assessing the work of students and providing individualised feedback to all is time-consuming and error prone for teachers and frequently involves a time delay. The existent tools and specifications prove to be insufficient in complex evaluation domains where there is a greater need to practice. At the same time Massive Open Online Courses (MOOC) are appearing revealing a new way of learning, more dynamic and more accessible. However this new paradigm raises serious questions regarding the monitoring of student progress and its timely feedback. This paper provides a conceptual design model for a computer programming learning environment. This environment uses the portal interface design model gathering information from a network of services such as repositories and program evaluators. The design model includes also the integration with learning management systems, a central piece in the MOOC realm, endowing the model with characteristics such as scalability, collaboration and interoperability. This model is not limited to the domain of computer programming and can be adapted to any complex area that requires systematic evaluation with immediate feedback.

TIGRE - An autonomous ground robot for outdoor exploration

13th International Conference on Autonomous Robot Systems (Robotica), 2013

High-Accuracy Low-Cost RTK-GPS for an Unmanned Surface Vehicle

This work presents a low cost RTK-GPS system for localization of unmanned surface vehicles. The system is based on the use of standard low cost L1 band receivers and in the RTKlib open source software library. Mission scenarios with multiple robotic vehicles are addressed as the ones envisioned in the ICARUS search and rescue case where the possibility of having a moving RTK base on a large USV and multiple smaller vehicles acting as rovers in a local communication network allows for local relative localization with high quality. The approach is validated in operational conditions with results presented for moving base scenario. The system was implemented in the SWIFT USV with the ROAZ autonomous surface vehicle acting as a moving base. This setup allows for the performing of a missions in a wider range of environments and applications such as precise 3D environment modeling in contained areas and multiple robot operations.

Conceção e Execução de Estruturas Metálicas

O presente relatório diz respeito ao trabalho desenvolvido ao longo de seis meses em ambiente de estágio curricular na empresa O FELIZ – Metalomecânica, S.A.. O objetivo principal deste trabalho foi o conhecimento resultante de uma experiência num ambiente industrial no sector das construções metálicas. Pela especificidade do setor, foi desenvolvido um estudo no âmbito da conceção e execução (na componente de fabrico) de estruturas. O relatório que resulta deste trabalho de estágio tem como referência um caso de estudo de uma estrutura metálica. O caso de estudo realizado é referente a um pavilhão industrial standard, e possui dimensões em planta de 60 x 25 metros e cércea total de 9,0 metros, para o qual foi efetuado um breve dimensionamento de toda a estrutura metálica principal. O edifício será constituído por um sistema de pórtico simples formado por perfis laminados a quente normalizados de secção IPE e de aço de classe S275. Posteriormente, e com recurso a software apropriado de detalhamento de estruturas metálicas, foi desenvolvido um modelo 3D de toda a estrutura metálica do edifício. Neste modelo estão presentes todos os elementos constituintes da estrutura, bem como algumas das características físicas e mecânicas de cada peça elementar. Por fim, e com base no modelo anterior foram gerados e editados todos os desenhos 2D para o fabrico da estrutura, incluindo os desenhos de montagem da estrutura.

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.

Parallel Software framework for time-critical many-core systems

The recent technological advancements and market trends are causing an interesting phenomenon towards the convergence of High-Performance Computing (HPC) and Embedded Computing (EC) domains. On one side, new kinds of HPC applications are being required by markets needing huge amounts of information to be processed within a bounded amount of time. On the other side, EC systems are increasingly concerned with providing higher performance in real-time, challenging the performance capabilities of current architectures. The advent of next-generation many-core embedded platforms has the chance of intercepting this converging need for predictable high-performance, allowing HPC and EC applications to be executed on efficient and powerful heterogeneous architectures integrating general-purpose processors with many-core computing fabrics. To this end, it is of paramount importance to develop new techniques for exploiting the massively parallel computation capabilities of such platforms in a predictable way. P-SOCRATES will tackle this important challenge by merging leading research groups from the HPC and EC communities. The time-criticality and parallelisation challenges common to both areas will be addressed by proposing an integrated framework for executing workload-intensive applications with real-time requirements on top of next-generation commercial-off-the-shelf (COTS) platforms based on many-core accelerated architectures. The project will investigate new HPC techniques that fulfil real-time requirements. The main sources of indeterminism will be identified, proposing efficient mapping and scheduling algorithms, along with the associated timing and schedulability analysis, to guarantee the real-time and performance requirements of the applications.

Desenvolvimento de Frameworks de Testes Automáticos de Software

O objetivo deste trabalho é o desenvolvimento de frameworks de testes automáticos de software. Este tipo de testes normalmente está associado ao modelo evolucionário e às metodologias ágeis de desenvolvimento de software, enquanto que os testes manuais estão relacionados com o modelo em cascata e as metodologias tradicionais. Como tal foi efetuado um estudo comparativo sobre os tipos de metodologias e de testes existentes, para decidir quais os que melhor se adequavam ao projeto e dar resposta à questão "Será que realmente compensa realizar testes (automáticos)?". Finalizado o estudo foram desenvolvidas duas frameworks, a primeira para a implementação de testes funcionais e unitários sem dependências a ser utilizada pelos estagiários curriculares da LabOrders, e a segunda para a implementação de testes unitários com dependências externas de base de dados e serviços, a ser utilizada pelos funcionários da empresa. Nas últimas duas décadas as metodologias ágeis de desenvolvimento de software não pararam de evoluir, no entanto as ferramentas de automação não conseguiram acompanhar este progresso. Muitas áreas não são abrangidas pelos testes e por isso alguns têm de ser feitos manualmente. Posto isto foram criadas várias funcionalidades inovadoras para aumentar a cobertura dos testes e tornar as frameworks o mais intuitivas possível, nomeadamente: 1. Download automático de ficheiros através do Internet Explorer 9 (e versões mais recentes). 2. Análise do conteúdo de ficheiros .pdf (através dos testes). 3. Obtenção de elementos web e respetivos atributos através de código jQuery utilizando a API WebDriver com PHP bindings. 4. Exibição de mensagens de erro personalizadas quando não é possível encontrar um determinado elemento. As frameworks implementadas estão também preparadas para a criação de outros testes (de carga, integração, regressão) que possam vir a ser necessários no futuro. Foram testadas em contexto de trabalho pelos colaboradores e clientes da empresa onde foi realizado o projeto de mestrado e os resultados permitiram concluir que a adoção de uma metodologia de desenvolvimento de software com testes automáticos pode aumentar a produtividade, reduzir as falhas e potenciar o cumprimento de orçamentos e prazos dos projetos das organizações.

Segurança de Redes em Sistemas de Experimentação Remota

O crescimento dos sistemas de informação e a sua utilização massiva criou uma nova realidade no acesso a experiências remotas que se encontram geograficamente distribuídas. Nestes últimos tempos, a temática dos laboratórios remotos apareceu nos mais diversos campos como o do ensino ou o de sistemas industriais de controlo e monitorização. Como o acesso aos laboratórios é efectuado através de um meio permissivo como é o caso da Internet, a informação pode estar à mercê de qualquer atacante. Assim, é necessário garantir a segurança do acesso, de forma a criar condições para que não se verifique a adulteração dos valores obtidos, bem como a existência de acessos não permitidos. Os mecanismos de segurança adoptados devem ter em consideração a necessidade de autenticação e autorização, sendo estes pontos críticos no que respeita à segurança, pois estes laboratórios podem estar a controlar equipamentos sensíveis e dispendiosos, podendo até eventualmente comprometer em certos casos o controlo e a monotorização de sistemas industriais. Este trabalho teve como objectivo a análise da segurança em redes, tendo sido realizado um estudo sobre os vários conceitos e mecanismos de segurança necessários para garantir a segurança nas comunicações entre laboratórios remotos. Dele resultam as três soluções apresentadas de comunicação segura para laboratórios remotos distribuídos geograficamente, recorrendo às tecnologias IPSec, OpenVPN e PPTP. De forma a minimizar custos, toda a implementação foi assente em software de código aberto e na utilização de um computador de baixo custo. No que respeita à criação das VPNs, estas foram configuradas de modo a permitir obter os resultados pretendidos na criação de uma ligação segura para laboratórios remotos. O pfSense mostrou-se a escolha acertada visto que suporta nativamente quaisquer das tecnologias que foram estudadas e implementadas, sem necessidade de usar recursos físicos muito caros, permitindo o uso de tecnologias de código aberto sem comprometer a segurança no funcionamento das soluções que suportam a segurança nas comunicações dos laboratórios remotos.

Viabilidade Técnica e Económica das Diferentes Tecnologias de Microprodução

Sabendo que as energias de origem fóssil não são inesgotáveis e que afetam a qualidade do ambiente, nos últimos anos, o interesse pelas energias renováveis mereceu a atenção de ambientalistas e de governantes. Para diminuir a importação de energia, o próprio governo de Portugal incentivou, através de medidas legislativas diversas, a instalação de sistemas alternativos de produção elétrica. Face à pertinência desta matéria, a dissertação, Viabilidade Técnica e Económica das Diferentes Tecnologias de Microprodução, aborda o aproveitamento de energias renováveis através de tecnologias de Microprodução ligadas à rede elétrica. Nesta dissertação, numa primeira fase, apresentam-se os sistemas de microprodução existentes no mercado, descrevem-se os componentes que os constituem e destacam-se os aspetos legislativos aplicáveis. Numa segunda fase, com o objetivo de suportar a elaboração de uma ferramenta informática para apoio na escolha de equipamentos de microprodução, procede-se à análise financeira de tecnologias de microprodução, indicando os modelos matemáticos necessários. Um dos objetivos da dissertação, consiste na construção de uma ferramenta informática de cálculo e na sua aplicação a dois estudos de caso. Esse programa informático foi elaborado em Excel e é capaz de fornecer uma estimativa da produção de energia anual e da avaliação da viabilidade técnico-económica de cada tecnologia e pretende apoiar a decisão do investidor em tecnologias de microprodução. Tendo sido realizados dois estudos de caso - um edifício habitacional unifamiliar e um edifício Industrial – foi possível verificar o funcionamento da aplicação e a sua utilidade na determinação da solução mais vantajosa na escolha de uma tecnologia de microprodução, uma vez que, introduzidos os dados adequados, são gerados os cálculos que permitem fornecer uma visão de conjunto, possibilitando a comparação das diferentes propostas.

Sistema para avaliação das vibrações no braço e ombro de um tenista

Este trabalho propõe o desenvolvimento de um módulo capaz de medir a intensidade das vibrações sofridas por um tenista no braço e ombro durante um jogo. Numa primeira fase foi estudada a biomecânica do braço humano e a biomecânica dos movimentos envolvidos no ténis. Foi realizada uma pesquisa sobre os dispositivos MEMs mais adequados bem como o hardware e software a utilizar, tendo sido analisados os requisitos do sistema a implementar. Foi desenvolvido um protótipo electrónico microcontrolado compacto e de baixo custo baseado na utilização de sensores microeletromecânicos (MEMs) de aceleração, permitindo obter informações biomecânicas do desportista e monitoriza-lo durante o treino de maneira não evasiva, possibilitando que ele esteja no seu ambiente natural de treino. O sistema envia as informações dos sensores para um PC através da porta USB sendo estas processados no mesmo. Foi desenvolvida uma interface gráfica intuitiva, para a apresentação dos dados resultantes das medidas, de fácil leitura pelos treinadores. Esta interface grava e apresenta os dados em tempo real. Os testes de campo foram realizados no campo de ténis que existe na Quinta das Freiras em Rio Tinto. O protótipo é de fácil fixação no atleta e permite a monitorização no local de treino sendo pequeno ((20x15mm) e muito leve (2g), tornando-se uma alternativa versátil para o auxilio de atletas e treinadores, aperfeiçoamento da técnica e como ferramenta de pesquisa na área de educação física.

Utilização do software Scratch no ensino das ciências da natureza e da matemática com alunos portadores de dislexia

O estudo que apresentamos tem como objetivos de investigação contribuir para o desenvolvimento global das crianças com Necessidades Educativas Especiais, nomeadamente, portadoras de Dislexia, designadamente em aulas onde são lecionados conteúdos de Ciências da Natureza e de Matemática, e conceber um recurso didático apoiado nas TIC que seja adequado à utilização em sala de aula por alunos com dislexia. Neste sentido, o estudo foi orientado pelas seguintes questões de investigação: A utilização do Scratch é adequada e exequível no trabalho quotidiano de alunos portadores de Dislexia? e Em que medida o Scratch pode contribuir para um melhor envolvimento dos alunos portadores de Dislexia na realização das tarefas propostas? O presente trabalho segue uma metodologia de carácter qualitativo, centrando-se no estudo de caso. Tentou-se dar uma resposta à reduzida utilização do software Scratch no ensino das Ciências da Natureza e Matemática como instrumentos viáveis para uma aprendizagem de sucesso em alunos portadores de Dislexia. Este estudo foi aplicado a três alunos do 4º ano, com este diagnóstico, de um agrupamento de escolas do concelho de Viseu. Para dar resposta às questões de investigação supracitadas foram implementadas e projetadas duas atividades no software Scratch para serem desenvolvidas em duas situações formativas contextualizadas. O subdomínio que se pretendeu trabalhar foi “A importância da água para os seres vivos” articulando com o conteúdo dos volumes. Os dados foram recolhidos através da análise dos Programas Educativos Individuais de cada um dos alunos participantes, das entrevistas às docentes de Educação Especial, de gravações áudio, fotografias, trabalhos dos alunos e os registos da professora investigadora. Os resultados obtidos permitiram caracterizar o modo como os alunos, portadores de dislexia, se envolveram com o Scratch na aquisição de conhecimento. Permitiram ainda demonstrar aos professores que é possível construir atividades nesta ferramenta envolvendo conteúdos curriculares interdisciplinares.

Desenvolvimento e Controlo de um Veículo Autónomo Aéreo Quadrotor

A crescente necessidade de meios de inspecção e recolha de informação de infraestruturas e do meio ambiente natural, origina o recurso a meios tecnológicos cada vez mais evoluídos. Neste contexto, os robôs móveis autónomos aéreos surgem como uma ferramenta importante. Em particular, os veículos aéreos de asa móvel, pela sua manobrabilidade e controlo podem-se utilizar eficazmente em meios complexos como cenários interiores onde o ambiente é parcialmente controlado. A sua utilização em coordenação com outros veículos robóticos móveis e em particular com a crescente autonomia de decisão, permitem uma eficiência elevada, por exemplo, em tarefas de recolha automática de informação, vigilância, apoio a comunicações, etc. A inexistência de um veículo autónomo de asa móvel no cenário multi-robótico desenvolvido pelo Laboratório de Sistemas Autónomos do Instituto Superior de Engenharia do Porto, aliada às suas aplicações referidas, criou a necessidade do desenvolvimento de um veículo desta gama. Identificou-se, pois, o desenvolvimento de um veículo autónomo aéreo do tipo quadrotor com capacidade de vôo base estabilizado como o problema a resolver. Foi efectuado um levantamento de requisitos do sistema, a caracterização de um veículo autónomo aéreo Vertical Take-off and Landing - VTOL, e efectuado um trabalho de pesquisa a fim de possibilitar o conhecimento das técnicas e tecnologias envolvidas. Tendo em vista o objectivo de controlo e estabilização do veículo, foi efectuada a modelização do sistema que serviu não só para a melhor compreensão da sua dinâmica mas também para o desenvolvimento de um simulador que possibilitou a validação de estratégias de controlo e avaliação de comportamentos do veículo para diferentes cenários. A inexistência de controladores de motores brushless adequada (frequência de controlo), originou o desenvolvimento de um controlador dedicado para motores brushless, motores esses utilizados para a propulsão do veículo. Este controlador permite uma taxa de controlo a uma frequência de 20KHz, possui múltiplas interfaces de comunicação (CAN, RS232, Ethernet, SPI e JTAG), é de reduzido peso e dimensões e modular, visto ter sido implementado em dois módulos, i.e., permite a sua utilização com diferentes interfaces de potência. Projectou-se um veículo autónomo aéreo em termos físicos com a definição da sua arquitectura de hardware e software bem como o sistema de controlo de vôo. O sistema de estabilização de vôo compreende o processamento de informação fornecida por um sistema de navegação inercial, um sonar e o envio de referências de velocidade para cada um dos nós de controlo ligados a um barramento CAN instalado no veículo. A implementação do veículo foi alcançada nas suas vertentes mecânica, de hardware e software. O UAV foi equipado com um sistema computacional dotando-o de capacidades para o desempenho de tarefas previamente analisadas. 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.

Software development for estimation of optical clearing agent’s diffusion coefficients in biological tissues

The study of chemical diffusion in biological tissues is a research field of high importance and with application in many clinical, research and industrial areas. The evaluation of diffusion and viscosity properties of chemicals in tissues is necessary to characterize treatments or inclusion of preservatives in tissues or organs for low temperature conservation. Recently, we have demonstrated experimentally that the diffusion properties and dynamic viscosity of sugars and alcohols can be evaluated from optical measurements. Our studies were performed in skeletal muscle, but our results have revealed that the same methodology can be used with other tissues and different chemicals. Considering the significant number of studies that can be made with this method, it becomes necessary to turn data processing and calculation easier. With this objective, we have developed a software application that integrates all processing and calculations, turning the researcher work easier and faster. Using the same experimental data that previously was used to estimate the diffusion and viscosity of glucose in skeletal muscle, we have repeated the calculations with the new application. Comparing between the results obtained with the new application and with previous independent routines we have demonstrated great similarity and consequently validated the application. This new tool is now available to be used in similar research to obtain the diffusion properties of other chemicals in different tissues or organs.

Dimensionamento de ligações aço-betão segundo a prEN1992-4:2013

O presente relatório documenta o estágio desenvolvido na empresa SE2P – Sociedade de Engenharia, Projeto e Planeamento Lda. no âmbito da unidade curricular de DIPRE (Dissertação/Projeto/ Estágio) do Mestrado em Engenharia Civil – Ramo de Estruturas do Instituto Superior de Engenharia do Porto. A frequência no estágio curricular teve como objetivo principal o desenvolvimento de uma ferramenta de cálculo que permitisse o dimensionamento de ligações aço-betão segundo a prEN1992-4:2013. O desenvolvimento desta ferramenta resulta da necessidade do dimensionamento de soluções leves, económicas e esteticamente agradáveis tendo em conta a uniformização da legislação existente em toda a União Europeia. Atualmente, os projetistas têm utilizado programas de cálculo automático desenvolvidos por fabricantes de sistemas de ancoragens, como é o caso do Profis Anchor da Hilti. Esses programas de cálculo têm como base de dados as Diretrizes de Aprovação Técnica Europeia, a ETAG001- anexo C para dimensionamento de ancoragens mecânicas em betão e o relatório técnico EOTA TR029 para o dimensionamento de ancoragens químicas, apresentando até métodos de cálculo simplificados para uma rápida resposta ao cliente. A publicação da prEN1992-4:2013 é um marco importante, pois há já algum tempo que a construção metálica e mista está regulamentada apresentando algumas falhas no que diz respeito às ligações aço-betão. Esta norma é o culminar de anos de pesquisas, estudos e testes efetuados aos diferentes tipos de ligação tendo em conta além dos modos de rotura possíveis, os princípios de transferência de esforços.