Sistema de busca e salvamento baseado em múltiplos veículos terrestres

Esta dissertação visa o desenvolvimento de um sistema de busca e salvamento baseado em múltiplos veículos terrestres, utilizando para tal os veículos LINCE do Laboratório de Sistemas Autónomos. Tendo como principal propósito conferir autonomia aos veículos, foram estudados possíveis cenários de actuação, para determinar as principais funcionalidades requeridas do sistema. Foram também estudadas metodologias de análise e caracterização de sistemas multirobóticos, baseadas no estado da arte existente, e foi elaborada a arquitectura conceptual do sistema e dos veículos a desenvolver. A preparação dos veículos abordou o estudo das possíveis soluções sensoriais e de actuação, e o desenvolvimento de uma arquitectura de hardware capaz de interligar todos os periféricos dos mesmos. Foram adaptados novos sensores e actuadores, e desenvolvidos alguns desses sensores. Para a interligação e manutenção dos mesmos foram ainda desenvolvidos novos periféricos de interface e controlo, e periféricos de gestão de energia. Por fim, foi ainda adaptado um gestor de missões nos veículos, capaz de receber a especificação das mesmas.

Simulação e controlo de veículos autónomos terrestres

A implementação e venda de robôs autónomos tem sido um sector que nos últimos anos tem adquirido cada vez mais quota no mercado, nomeadamente no sector militar, agrícola e da vigilância. Como tal, tem sido também de grande importância a capacidade de implementar e testar robôs por parte das entidades que os fabricam. Uma das formas que tem garantido o sucesso do desenvolvimento de robôs é a simulação prévia dos mesmos antes que estes passem a fase de produção. Sendo assim, o LSA como entidade de desenvolvimento de robôs autónomos, tem necessidade de adquirir um sistema que simule os robôs em desenvolvimento. O trabalho desta tese consiste na realização de um sistema que simule robôs autónomos terrestres de forma que se possa observar o comportamento da cinemática, dinânica e hardware dos robôs em ambiente 3D. Esta aplicação de simulação pode mais tarde ser utilizada pelo laboratório para testar missões, validar alterações de estrutura, sensores, etc. Para além disso, com recurso ao simulador Player/Stage/Gazebo testar o robô LINCE e implementar algoritmos de controlo para o mesmo. Os algoritmos de controlo implementados baseiam-se em primitivas de controlo básico para serem utilizadas pelo sistema de navegação e gerar trajectórias complexas. Os algoritmos desenvolvidos nesta tese baseiam-se nas equações cinemáticas do veículo estudado. Estes algoritmos depois de testados no simulador, poderão ser colocados no Hardware do robô. Desta forma consegue-se desenvolver algoritmos para determinado robô sem que este esteja operacional.

A tributação automóvel e as suas implicações ambientais

A tributação automóvel levanta uma série de questões ao nível das suas implicações ambientais, quer na aquisição, quer na utilização do automóvel. O automóvel tem um impacto significativo nas alterações climáticas causadas, principalmente, pelas emissões de CO2. Com o aumento constante das emissões de gases, os Estados, obrigados pelas instâncias internacionais, têm vindo a adotar certas medidas com vista a promover a diminuição da poluição atmosférica através, entre outros, de incentivos fiscais à criação e utilização de energias menos poluentes e de meios alternativos de transporte. Foram assim criadas novas bases da tributação ambiental através de diversas medidas fiscais destinadas a interferir no comportamento dos contribuintes e a estimular e incentivar a diminuição da poluição atmosférica, tendo em vista a proteção da saúde humana e a preservação dos recursos biológicos e dos ecossistemas. A reforma da tributação automóvel de 2007 introduz no Imposto sobre veículos (ISV) e no Imposto Único de Circulação (IUC) um elemento ambiental no cálculo do montante fiscal a pagar, em função do nível de emissões de CO2 emitidas pelo veículo e da cilindrada. Estas alterações promovidas no âmbito da fiscalidade automóvel vão ao encontro das preocupações da União Europeia que é o da tributação se reger pelo princípio da equivalência ou do poluidor-pagador. No campo dos impostos especiais de consumo, nomeadamente o Imposto sobre os Produtos Petrolíferos e Energéticos (ISP), o Código dos IEC (CIEC) elenca toda uma lista de produtos petrolíferos e energéticos sujeitos a tributação e tributa de acordo com o impacto ambiental que cada um produtos petrolíferos e energéticos produz. No âmbito dos impostos indiretos, há ainda a referir o Código do IVA que prevê deduções de IVA na aquisição de gasóleo, gases de petróleo liquefeitos (GPL), gás natural e biocombustíveis no caso de utilização desses combustíveis em viaturas automóveis. Todo este regime de tributação, baseado numa forte componente ambiental, tem grandes implicações no cálculo dos impostos a pagar. Há todo um conjunto de elementos e critérios na tributação automóvel que pretendem contribuir para a proteção do meio ambiente.

Determinação preliminar de parâmetros construtivos de barreiras reactivas permeáveis com recurso a colunas para remediação de crómio com ferro zerovalente

Um dos principais problemas com que se deparam as sociedades actuais, e que é consequência da sua forma de se organizar prende-se com a mudança das características originais dos locais onde habitam e dos seus componentes como resultado das actividades humanas que transformam solos e águas em depósitos de resíduos. Entre as substâncias que são depositadas no meio físico, que requerem especial atenção, encontra-se o grupo dos metais pesados, uma vez que são considerados como perigosos pela sua toxicidade e potencial cancerígeno quando em contacto com populações ou ecossistemas. Destes metais, o crómio é um dos metais que requer especial atenção devido a sua relativa abundância como contaminante, e à periculosidade dos seus iões, em especial o Cr6+. Este trabalho pretende contribuir para o conhecimento dos fenómenos geoambientais associados à remediação de águas contaminadas com Cr6+ recorrendo ao ferro monovalente de forma a estabelecer parâmetros de aplicabilidade através de estudos laboratoriais baseados em ensaios em colunas.

Sistema de controlo de um veículo autónomo terrestre

A crescente necessidade imposta pela gama de aplicações existentes, torna o estudo dos veículos autónomos terrestres um objecto de grande interesse na investigação. A utilização de robots móveis autónomos originou quer um incremento de eficiência e eficácia em inúmeras aplicações como permite a intervenção humana em contextos de elevado risco ou inacessibilidade. Aplicações de monitorização e segurança constituem um foco de utilização deste tipo de sistemas quer pela automatização de procedimentos quer pelos ganhos de eficiência (desde a eficiência de soluções multi-veículo à recolha e detecção de informação). Neste contexto, esta dissertação endereça o problema de concepção, o desenvolvimento e a implementação de um veículo autónomo terrestre, com ênfase na perspectiva de controlo. Este projecto surge pois no âmbito do desenvolvimento de um novo veículo terrestre no Laboratório de Sistemas Autónomos (LSA) do Instituto Superior de Engenharia do Porto (ISEP). É efectuado um levantamento de requisitos do sistema tendo por base a caracterização de aplicações de monitorização, transporte e vigilância em cenários exteriores pouco estruturados. Um estado da arte em veículos autónomos terrestres é apresentado bem como conceitos e tecnologias relevantes para o controlo deste tipo de sistemas. O problema de controlo de locomoção é abordado tendo em particular atenção o controlo de motores DC brushless. Apresenta-se o projecto do sistema de controlo do veículo, desde o controlo de tracção e direcção, ao sistema computacional de bordo responsável pelo controlo e supervisão da missão. A solução adoptada para a implementação mecânica da estrutura do veículo consiste numa plataforma de veículo todo terreno (motociclo 4X4) disponível comercialmente. O projecto e implementação do sistema de controlo de direcção para o mesmo é apresentado quer sob o ponto de vista da solução electromecânica, quer pelo subsistema de hardware de controlo embebido e respectivo software. Tendo em vista o controlo de tracção são apresentadas duas soluções. Uma passando pelo estudo e desenvolvimento de um sistema de raiz capaz de controlar motores BLDC de elevada potência, a segunda passando pela utilização de uma solução através de um controlador externo. A gestão energética do sistema é abordada através do projecto e implementação de um sistema de controlo e distribuição de energia específico. A implementação do veículo foi alcançada nas suas vertentes mecânica, de hardware e software, envolvendo a integração dos subsistemas projectados especialmente bem como a implementação do sistema computacional de bordo. São apresentados resultados de validação do controlo de locomoção básico quer em simulação quer descritos os testes e validações efectuados no veículo real. 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.

Nitratos nos solos e águas subterrâneas – Perspectiva sobre a atualidade, tendências, implicações para a saúde ambiental e abordagens de redução de riscos

As práticas agrícolas contemporâneas encontram-se entre as principais fontes antropogénicas de nitrato. Concentrações elevadas de nitratos nos solos e lençóis de água provocam efeitos prejudiciais na saúde humana e criam desequilíbrios substantivos em diversos ecossistemas. De entre diversas abordagens de prevenção e controlo de poluição, as tecnologias de remediação apresentam uma relevância crescente, das quais se destaca as barreiras reativas permeáveis. O presente trabalho visa, no contexto das alterações introduzidas pelo crescimento sistemático das concentrações de nitrato em diversos ecossistemas, aquilatar os méritos e limitações relativas das barreiras reativas permeáveis e perspetivar possíveis vias de melhoria do desempenho. Para este efeito, foi conduzida uma pesquisa sistemática em diversas bases-de-dados segundo quatro etapas para identificar literatura relevante. É possível concluir que as barreiras reativas permeáveis constituem-se atualmente como uma tecnologia eficaz de desnitrificação, contudo não foram constatadas evidências da utilização de nanotecnologias para potenciar o desempenho nestes processos de desnitrificação.

Environmental/Regatta Buoy: Telemetry and Configuration

A monitorização ambiental é essencial para a tomada de decisões tanto na ciência como na indústria. Em particular, uma vez que a água é essencial à vida e a superfície da Terra é composta principalmente por água, a monitorização do clima e dos parâmetros relacionados com a água em ecossistemas sensíveis, tais como oceanos, lagoas, rios e lagos, é de extrema importância. Um dos métodos mais comuns para monitorar a água é implantar bóias. O presente trabalho está integrado num projeto mais amplo, com o objetivo de projectar e desenvolver uma bóia autónoma para a investigação científica com dois modos de funcionamento: (i) monitorização ambiental ; e (ii) baliza ativa de regata. Assim, a bóia tem duas aplicações principais: a coleta e armazenamento de dados e a assistência a regatas de veleiros autónomos. O projeto arrancou há dois anos com um grupo de quatro estudantes internacionais. Eles projetaram e construíram a estrutura física, compraram e montaram o sistema de ancoragem da bóia e escolherem a maioria dos componentes electrónicos para o sistema geral de controlo e medição. Este ano, durante o primeiro semestre, dois estudantes belgas - Jeroen Vervenne e Hendrick Verschelde – trabalharam nos subsistemas de recolha e armazenamento de dados (unidade de controlo escrava) e de telemetria e configuração (unidade de controlo mestre) assim como definiram o protocolo de comunicação da aplicação. O trabalho desta tese continua o desenvolvimento do subsistema de telemetria e configuração. Este subsistema _e responsável pela configuração do modo de funcionamento e dos sensores assim como pela comunicação com a estacão de base (controlo ambiental), barcos (baliza ativa de regata) e com o subsistema de recolha e armazenamento de dados. O desenvolvimento do subsistema de recolha e armazenamento de dados, que coleta e armazena num cartão SD os dados dos sensores selecionados, prossegue com outro estudante belga - Mathias van Flieberge. O objetivo desta tese é, por um lado, implementar o subsistema de telemetria e de configuração na unidade de controle mestre e, por outro lado, refinar e implementar, conjuntamente com Mathias van Flieberge, o protocolo de nível de aplicação projetado. Em particular, a unidade de controlo mestre deve processar e atribuir prioridades às mensagens recebidas da estacão base, solicitar dados à unidade de controlo escrava e difundir mensagens com informação de posição e condições de vento e água no modo de regata. Enquanto que a comunicação entre a unidade de controlo mestre e a estacão base e a unidade de controlo mestre e os barcos é sem fios, a unidade de controlo mestre e a unidade de controlo escrava comunicam através de uma ligação série. A bóia tem atualmente duas limitações: (i) a carga máxima é de 40 kg; e (ii) apenas pode ser utilizada em rios ou próximo da costa dada à limitação de distância imposta pela técnica de comunicação sem fios escolhida.

Viabilidade económica e energética do biodiesel produzido a partir de Chlorella vulgaris

Contemporaneamente o Homem depara-se com um dos grandes desafios que é o de efetivar a transição para um futuro sustentável. Assim, o setor da energia tem um papel fundamental neste processo de transição, com principal enfoque no setor dos automóveis, sendo este um setor que contribui com elevadas quantidades de gases de efeito estufa libertados para a atmosfera. Também a escassez dos recursos petrolíferos constitui um ponto fundamental no tema apresentado. Com a necessidade de combater esses problemas é que se tem vindo a tentar desenvolver combustíveis renováveis e neutros quanto às emissões. A primeira geração de biocombustíveis obtidos através de culturas agrícolas terrestres preenche em parte esses requisitos, porém, não atinge os valores da procura e ainda competem com a produção de alimentos. Daí o interesse na aposta de uma segunda geração de biocombustíveis produzidos de fontes que não pertencem à cadeia alimentar e são residuais mas, que mesmo assim não permitem satisfazer as necessidades de matériaprima. A terceira geração de biocombustíveis vem justamente responder a estas questões pois assenta em matérias-primas que não competem pela utilização do solo agrícola nem são usadas para fins alimentares, tendo produtividades areais substancialmente superiores às que as culturas convencionais ou biomassas residuais conseguem assegurar. A matéria prima de terceira geração são portanto as microalgas, cujas produtividades em biomassa são extremamente elevadas, para além de produtividades muito superiores em lípidos, hidratos de carbono e/ou outros produtos de valor elevado. No entanto, este tipo de produção de biocombustível ainda enfrenta alguns problemas técnicos que o tornam num processo dispendioso para competir economicamente com outros tipos de produção de biodiesel. Na linha do que foi dito anteriormente, este trabalho apresenta um estudo de viabilidade económica e energética do biodiesel produzido através da Chlorella vulgaris, apresentando as técnicas e resultados de cultivo da Chlorella vulgaris e posteriormente de produção do biodiesel através dos lípidos obtidos através da mesma. Para melhorar a colheita das microalgas, que é uma das fases mais dispendiosas, testou-se o aumento de pH e a adição de um floculante (Pax XL-10), sendo que o primeiro não permitiu obter resultados satisfatórios, enquanto o segundo permitiu obter resultados de rendimento na ordem dos 90%. Mesmo com a melhoria da etapa da colheita, o preço mínimo do biodiesel produzido a partir do óleo de Chlorella vulgaris, com as condições ótimas de cultivo e produtividades máximas encontradas na literatura, foi de 8,76 €/L, pois, na análise económica, o Pax XL-10 revelou-se extremamente caro para utilizar na floculação de microalgas para obtenção de um produto de baixo valor, como é o biodiesel. A não utilização da floculação reduz o preço do biodiesel para 7,85 €/L. O que se pode concluir deste trabalho é que face às técnicas utilizadas, a produção de biodiesel Chlorella vulgaris apenas, não é economicamente viável, pelo que para viabilizar a sustentabilidade do processo seria ainda necessário desenvolver mais esforços no sentido de otimizar a produção de biodiesel, eventualmente associando-a à produção de um outro biocombustível produzido a partir da biomassa extraída residual e/ou da recuperação de outros produtos de maior valor.

Navegação web anónima e segura

A Web aproximou a humanidade dos seus pares a um nível nunca antes visto. Com esta facilidade veio também o cibercrime, o terrorismo e outros fenómenos característicos de uma sociedade tecnológica, plenamente informatizada e onde as fronteiras terrestres pouco importam na limitação dos agentes ativos, nocivos ou não, deste sistema. Recentemente descobriu-se que as grandes nações “vigiam” atentamente os seus cidadãos, desrespeitando qualquer limite moral e tecnológico, podendo escutar conversas telefónicas, monitorizar o envio e receção de e-mails, monitorizar o tráfego Web do cidadão através de poderosíssimos programas de monitorização e vigilância. Noutros cantos do globo, nações em tumulto ou envoltas num manto da censura perseguem os cidadãos negando-lhes o acesso à Web. Mais mundanamente, há pessoas que coagem e invadem a privacidade de conhecidos e familiares, vasculhando todos os cantos dos seus computadores e hábitos de navegação. Neste sentido, após o estudo das tecnologias que permitem a vigilância constante dos utilizadores da Web, foram analisadas soluções que permitem conceder algum anónimato e segurança no tráfego Web. Para suportar o presente estudo, foi efetuada uma análise das plataformas que permitem uma navegação anónima e segura e um estudo das tecnologias e programas com potencial de violação de privacidade e intrusão informática usados por nações de grande notoriedade. Este trabalho teve como objetivo principal analisar as tecnologias de monitorização e de vigilância informática identificando as tecnologias disponíveis, procurando encontrar potenciais soluções no sentido de investigar a possibilidade de desenvolver e disponibilizar uma ferramenta multimédia alicerçada em Linux e em LiveDVD (Sistema Operativo Linux que corre a partir do DVD sem necessidade de instalação). Foram integrados recursos no protótipo com o intuito de proporcionar ao utilizador uma forma ágil e leiga para navegar na Web de forma segura e anónima, a partir de um sistema operativo (SO) virtualizado e previamente ajustado para o âmbito anteriormente descrito. O protótipo foi testado e avaliado por um conjunto de cidadãos no sentido de aferir o seu potencial. Termina-se o documento com as conclusões e o trabalho a desenvolver futuramente.