Estado da Arte da Computação Evolutiva Aplicada à Eletrónica

A Computação Evolutiva enquadra-se na área da Inteligência Artificial e é um ramo das ciências da computação que tem vindo a ser aplicado na resolução de problemas em diversas áreas da Engenharia. Este trabalho apresenta o estado da arte da Computação Evolutiva, assim como algumas das suas aplicações no ramo da eletrónica, denominada Eletrónica Evolutiva (ou Hardware Evolutivo), enfatizando a síntese de circuitos digitais combinatórios. Em primeiro lugar apresenta-se a Inteligência Artificial, passando à Computação Evolutiva, nas suas principais vertentes: os Algoritmos Evolutivos baseados no processo da evolução das espécies de Charles Darwin e a Inteligência dos Enxames baseada no comportamento coletivo de alguns animais. No que diz respeito aos Algoritmos Evolutivos, descrevem-se as estratégias evolutivas, a programação genética, a programação evolutiva e com maior ênfase, os Algoritmos Genéticos. Em relação à Inteligência dos Enxames, descreve-se a otimização por colônia de formigas e a otimização por enxame de partículas. Em simultâneo realizou-se também um estudo da Eletrónica Evolutiva, explicando sucintamente algumas das áreas de aplicação, entre elas: a robótica, as FPGA, o roteamento de placas de circuito impresso, a síntese de circuitos digitais e analógicos, as telecomunicações e os controladores. A título de concretizar o estudo efetuado, apresenta-se um caso de estudo da aplicação dos algoritmos genéticos na síntese de circuitos digitais combinatórios, com base na análise e comparação de três referências de autores distintos. Com este estudo foi possível comparar, não só os resultados obtidos por cada um dos autores, mas também a forma como os algoritmos genéticos foram implementados, nomeadamente no que diz respeito aos parâmetros, operadores genéticos utilizados, função de avaliação, implementação em hardware e tipo de codificação do circuito.

Algoritmo de lanczos na variedade de grassmann

O problema do cálculo de valores próprios, vectores próprios e subespaços invariantes está presente em áreas tão diversas como Engenharia, Física, Ciências de Computação e Matemática. Considerando a importância deste problema em tantas aplicações práticas, não é de surpreender que tenha sido e continue a ser objecto de intensa investigação, dando corpo a uma literatura muito vasta. Desenvolvemos um novo algoritmo de Lanczos na variedade de Grassmann. Este trabalho surgiu na sequência de um artigo de A. Edelman, T. A. Arias and S. T. Smith, The geometry of algorithms with orthogonality constraints, onde apresentam um novo algoritmo do gradiente conjugado na variedade de Grassmann. Desenvolveram um enquadramento geométrico o que ofereceu uma nova aproximação aos algoritmos numéricos envolvendo restrições de ortogonalidade. Ora, estando o método de Lanczos e o método dos gradientes conjugados intimamente relacionados, e sendo um dos principais problemas do método de Lanczos a perda de ortogonalidade, surgiu a ideia de tentar verificar se algum dos algoritmos de Lanczos seria uma iteração na variedade de Grassmann.

Ensino e aprendizagem da Bioquímica em Ciências da Saúde: retenção de conhecimentos adquiridos e sucesso académico versus tipo de exame preferido, sua preparação e stress associado

Num contexto de reestruturação da formação em Ciências da Saúde baseada em competências, torna-se necessário estudar as diferentes formas de avaliação e o stress que lhe está associado, observando de que forma estas poderão interferir no sucesso académico dos alunos e real aquisição de competências. O objectivo do trabalho foi avaliar estas questões no âmbito da Bioquímica de diferentes cursos de Tecnologias da Saúde. A metodologia foi adaptada de controlled pre-test-postest, e os resultados obtidos apontam para que os alunos que mais estudam, ao longo do ano e não no “sprint final”, parecem possuir menor stress e serem melhor sucedidos.

Computação em nuvem: avaliação do retorno do investimento: o caso do Ensino Superior Português

Em Portugal, as instituições de ensino superior dispõem de plataformas de e-learning que reflectem uma mais-valia para o processo de ensino-aprendizagem. No entanto, estas plataformas caracterizam-se por serem de âmbito privado expondo, desta forma, a tímida abertura das instituições na partilha do seu conhecimento, como também dos seus recursos. O paradigma Cloud Computing surge como uma solução, por exemplo, para a criação de uma federação de nuvens capaz de contemplar soluções heterogéneas, garantindo a interoperabilidade entre as plataformas das várias instituições de ensino, e promovendo os objectivos propostos pelo Processo de Bolonha, nomeadamente no que se refere à partilha de informação, de plataformas e serviços e promoção de projectos comuns. Neste âmbito, é necessário desenvolver ferramentas que permitam aos decisores ponderar as mais-valias deste novo paradigma. Assim, é conveniente quantificar o retorno esperado para o investimento, em recursos humanos e tecnológicos, exigido pelo modelo Cloud Computing. Este trabalho contribui para o estudo da avaliação do retorno do investimento (ROI) em infra-estruturas e serviços TIC (Tecnologias de Informação e Comunicação), resultante da análise de diferentes cenários relativos à introdução do paradigma Cloud Computing. Para tal, foi proposta uma metodologia de análise baseada num questionário, distribuído por diversas instituições de ensino superior portuguesas, contendo um conjunto de questões que permitiram identificar indicadores, e respectivas métricas, a usar na elaboração de modelos de estimação do ROI.

Private cloud computing platforms. Analysis and implementation in a Higher Education Institution

The constant evolution of the Internet and its increasing use and subsequent entailing to private and public activities, resulting in a strong impact on their survival, originates an emerging technology. Through cloud computing, it is possible to abstract users from the lower layers to the business, focusing only on what is most important to manage and with the advantage of being able to grow (or degrades) resources as needed. The paradigm of cloud arises from the necessity of optimization of IT resources evolving in an emergent and rapidly expanding and technology. In this regard, after a study of the most common cloud platforms and the tactic of the current implementation of the technologies applied at the Institute of Biomedical Sciences of Abel Salazar and Faculty of Pharmacy of Oporto University a proposed evolution is suggested in order adorn certain requirements in the context of cloud computing.

Suporte à computação paralela e distribuída em Java: API e comunicação entre nós cooperantes

Este trabalho é uma parte do tema global “Suporte à Computação Paralela e Distribuída em Java”, também tema da tese de Daniel Barciela no mestrado de Engenharia Informática do Instituto Superior de Engenharia do Porto. O seu objetivo principal consiste na definição/criação da interface com o programador, assim como também abrange a forma como os nós comunicam e cooperam entre si para a execução de determinadas tarefas, de modo a atingirem um único objetivo global. No âmbito desta dissertação foi realizado um estudo prévio relativamente aos modelos teóricos referentes à computação paralela, assim como também foram analisadas linguagens e frameworks que fornecem suporte a este mesmo tipo de computação. Este estudo teve como principal objetivo a análise da forma como estes modelos e linguagens permitem ao programador expressar o processamento paralelo no desenvolvimento das aplicações. Como resultado desta dissertação surgiu a framework denominada Distributed Parallel Framework for Java (DPF4j), cujo objetivo principal é fornecer aos programadores o suporte para o desenvolvimento de aplicações paralelas e distribuídas. Esta framework foi desenvolvida na linguagem Java. Esta dissertação contempla a parte referente à interface de programação e a toda a comunicação entre nós cooperantes da framework DPF4j. Por fim, foi demonstrado através dos testes realizados que a DPF4j, apesar de ser ainda um protótipo, já demonstra ter uma performance superior a outras frameworks e linguagens que possuem os mesmos objetivos.

Suporte à computação paralela e distribuída em Java: distribuição e execução de trabalho

Nos últimos anos começaram a ser vulgares os computadores dotados de multiprocessadores e multi-cores. De modo a aproveitar eficientemente as novas características desse hardware começaram a surgir ferramentas para facilitar o desenvolvimento de software paralelo, através de linguagens e frameworks, adaptadas a diferentes linguagens. Com a grande difusão de redes de alta velocidade, tal como Gigabit Ethernet e a última geração de redes Wi-Fi, abre-se a oportunidade de, além de paralelizar o processamento entre processadores e cores, poder em simultâneo paralelizá-lo entre máquinas diferentes. Ao modelo que permite paralelizar processamento localmente e em simultâneo distribuí-lo para máquinas que também têm capacidade de o paralelizar, chamou-se “modelo paralelo distribuído”. Nesta dissertação foram analisadas técnicas e ferramentas utilizadas para fazer programação paralela e o trabalho que está feito dentro da área de programação paralela e distribuída. Tendo estes dois factores em consideração foi proposta uma framework que tenta aplicar a simplicidade da programação paralela ao conceito paralelo distribuído. A proposta baseia-se na disponibilização de uma framework em Java com uma interface de programação simples, de fácil aprendizagem e legibilidade que, de forma transparente, é capaz de paralelizar e distribuir o processamento. Apesar de simples, existiu um esforço para a tornar configurável de forma a adaptar-se ao máximo de situações possível. Nesta dissertação serão exploradas especialmente as questões relativas à execução e distribuição de trabalho, e a forma como o código é enviado de forma automática pela rede, para outros nós cooperantes, evitando assim a instalação manual das aplicações em todos os nós da rede. Para confirmar a validade deste conceito e das ideias defendidas nesta dissertação foi implementada esta framework à qual se chamou DPF4j (Distributed Parallel Framework for JAVA) e foram feitos testes e retiradas métricas para verificar a existência de ganhos de performance em relação às soluções já existentes.

Ensinar ciências a alunos com incapacidade intelectual recorrendo ao software Scratch: um estudo de caso

Este estudo procura a valorização do ensino dirigido a alunos com Incapacidade Intelectual. Tem como objetivos conceber um recurso didático, integrando as ferramentas do Scratch, para alunos com Incapacidade Intelectual; averiguar a exequibilidade do uso desse recurso em ambiente natural de ensino e promover o envolvimento de alunos com Incapacidade Intelectual na realização de tarefas propostas na disciplina de Ciências da Natureza. Pretendemos dar resposta às seguintes questões de investigação: (1) A utilização do Scratch é adequada e exequível no trabalho quotidiano de alunos com Incapacidade Intelectual? (2) Em que medida o Scratch pode contribuir para um melhor envolvimento dos alunos com Incapacidade Intelectual na realização das tarefas propostas? Para este efeito, planificamos duas aulas. Na primeira, abordou-se o conteúdo a tratar – Poluição – e na segunda aula utilizou-se o Scratch, desafiando os alunos a desenvolverem diversas tarefas de forma mais ativa. O presente estudo segue uma abordagem metodológica de natureza qualitativa, centrando-se num estudo de caso, onde se aborda a importância do uso das Tecnologias de Informação e Comunicação, mais concretamente o software educativo Scratch, como sendo uma ferramenta potenciadora do envolvimento dos alunos. Este estudo foi aplicado a três alunos com Incapacidade Intelectual que tinham sido atribuídos à docente investigadora no presente ano letivo. Os dados foram recolhidos através da análise dos Programas Educativos Individuais dos alunos participantes; da entrevista realizada à docente de Educação Especial; de gravações áudio, de fotografias, de trabalhos realizados pelos alunos participantes e de notas de campo da investigadora. Foi centralidade do estudo a conceção de uma proposta didática e o desenvolvimento dos respetivos recursos, utilizando o software educativo Scratch. Quer a proposta didática quer os recursos a ela associados constituem em si mesmo parte dos resultados do trabalho desenvolvido. Os dados obtidos neste estudo permitem sustentar a ideia de que é possível trabalhar com alunos com Necessidades Educativas Especiais, nomeadamente Incapacidade Intelectual, recorrendo ao software educativo Scratch e que o uso desta ferramenta proporcionou um maior envolvimento e autonomia dos alunos nas tarefas propostas.

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.