Robôs quadrúpedes: geração de trajectórias em tempo real usando sistemas dinâmicos não-lineares

A geração de trajectórias de robôs em tempo real é uma tarefa muito complexa, não existindo ainda um algoritmo que a permita resolver de forma eficaz. De facto, há controladores eficientes para trajectórias previamente definidas, todavia, a adaptação a variações imprevisíveis, como sendo terrenos irregulares ou obstáculos, constitui ainda um problema em aberto na geração de trajectórias em tempo real de robôs. Neste trabalho apresentam-se modelos de geradores centrais de padrões de locomoção (CPGs), inspirados na biologia, que geram os ritmos locomotores num robô quadrúpede. Os CPGs são modelados matematicamente por sistemas acoplados de células (ou neurónios), sendo a dinâmica de cada célula dada por um sistema de equações diferenciais ordinárias não lineares. Assume-se que as trajectórias dos robôs são constituídas por esta parte rítmica e por uma parte discreta. A parte discreta pode ser embebida na parte rítmica, (a.1) como um offset ou (a.2) adicionada às expressões rítmicas, ou (b) pode ser calculada independentemente e adicionada exactamente antes do envio dos sinais para as articulações do robô. A parte discreta permite inserir no passo locomotor uma perturbação, que poderá estar associada à locomoção em terrenos irregulares ou à existência de obstáculos na trajectória do robô. Para se proceder á análise do sistema com parte discreta, será variado o parâmetro g. O parâmetro g, presente nas equações da parte discreta, representa o offset do sinal após a inclusão da parte discreta. Revê-se a teoria de bifurcação e simetria que permite a classificação das soluções periódicas produzidas pelos modelos de CPGs com passos locomotores quadrúpedes. Nas simulações numéricas, usam-se as equações de Morris-Lecar e o oscilador de Hopf como modelos da dinâmica interna de cada célula para a parte rítmica. A parte discreta é modelada por um sistema inspirado no modelo VITE. Medem-se a amplitude e a frequência de dois passos locomotores para variação do parâmetro g, no intervalo [-5;5]. Consideram-se duas formas distintas de incluir a parte discreta na parte rítmica: (a) como um (a.1) offset ou (a.2) somada nas expressões que modelam a parte rítmica, e (b) somada ao sinal da parte rítmica antes de ser enviado às articulações do robô. No caso (a.1), considerando o oscilador de Hopf como dinâmica interna das células, verifica-se que a amplitude e frequência se mantêm constantes para -50.2. A extensão do movimento varia de forma directamente proporcional à amplitude. No caso das equações de Morris-Lecar, quando a componente discreta é embebida (a.2), a amplitude e a frequência aumentam e depois diminuem para - 0.170.5 Pode concluir-se que: (1) a melhor forma de inserção da parte discreta que menos perturbação insere no robô é a inserção como offset; (2) a inserção da parte discreta parece ser independente do sistema de equações diferenciais ordinárias que modelam a dinâmica interna de cada célula. Como trabalho futuro, é importante prosseguir o estudo das diferentes formas de inserção da parte discreta na parte rítmica do movimento, para que se possa gerar uma locomoção quadrúpede, robusta, flexível, com objectivos, em terrenos irregulares, modelada por correcções discretas aos padrões rítmicos.

Frequency of TERT promoter mutations in human cancers

Reactivation of telomerase has been implicated in human tumorigenesis, but the underlying mechanisms remain poorly understood. Here we report the presence of recurrent somatic mutations in the TERT promoter in cancers of the central nervous system (43%), bladder (59%), thyroid (follicular cell-derived, 10%) and skin (melanoma, 29%). In thyroid cancers, the presence of TERT promoter mutations (when occurring together with BRAF mutations) is significantly associated with higher TERT mRNA expression, and in glioblastoma we find a trend for increased telomerase expression in cases harbouring TERT promoter mutations. Both in thyroid cancers and glioblastoma, TERT promoter mutations are significantly associated with older age of the patients. Our results show that TERT promoter mutations are relatively frequent in specific types of human cancers, where they lead to enhanced expression of telomerase.

Stability of fractional order systems

The theory and applications of fractional calculus (FC) had a considerable progress during the last years. Dynamical systems and control are one of the most active areas, and several authors focused on the stability of fractional order systems. Nevertheless, due to the multitude of efforts in a short period of time, contributions are scattered along the literature, and it becomes difficult for researchers to have a complete and systematic picture of the present day knowledge. This paper is an attempt to overcome this situation by reviewing the state of the art and putting this topic in a systematic form. While the problem is formulated with rigour, from the mathematical point of view, the exposition intends to be easy to read by the applied researchers. Different types of systems are considered, namely, linear/nonlinear, positive, with delay, distributed, and continuous/discrete. Several possible routes of future progress that emerge are also tackled.

Dynamic adaptation of stability periods for service level agreements

A QoS adaptation to dynamically changing system conditions that takes into consideration the user’s constraints on the stability of service provisioning is presented. The goal is to allow the system to make QoS adaptation decisions in response to fluctuations in task traffic flow, under the control of the user. We pay special attention to the case where monitoring the stability period and resource load variation of Service Level Agreements for different types of services is used to dynamically adapt future stability periods, according to a feedback control scheme. System’s adaptation behaviour can be configured according to a desired confidence level on future resource usage. The viability of the proposed approach is validated by preliminary experiments.

Fractional derivatives: probability interpretation and frequency response of rational approximations

The theory of fractional calculus (FC) is a useful mathematical tool in many applied sciences. Nevertheless, only in the last decades researchers were motivated for the adoption of the FC concepts. There are several reasons for this state of affairs, namely the co-existence of different definitions and interpretations, and the necessity of approximation methods for the real time calculation of fractional derivatives (FDs). In a first part, this paper introduces a probabilistic interpretation of the fractional derivative based on the Grünwald-Letnikov definition. In a second part, the calculation of fractional derivatives through Padé fraction approximations is analyzed. It is observed that the probabilistic interpretation and the frequency response of fraction approximations of FDs reveal a clear correlation between both concepts.

Projeto, desenvolvimento e implementação de um robô nadador de inspiração biológica

A elaboração deste trabalho surge no âmbito da unidade curricular de Tese/Dissertação, pertencente ao Mestrado em Engenharia Eletrotécnica e Computadores, ramo de Automação e Sistemas, do Instituto Superior de Engenharia do Porto (ISEP). Este trabalho enquadra-se no âmbito da robótica de inspiração biológica no meio aquático. Pretendeu-se com este trabalho desenvolver e implementar um robô nadador de inspiração biológica. Inicialmente foi realizado um estudo acerca da locomoção dos peixes, para perceber a sua forma de se movimentar. Foi ainda efetuado um estudo acerca dos robôs nadadores existentes, de forma a verificar a sua constituição e formas de locomoção. Numa fase inicial foi desenvolvido um protótipo e, de seguida, procedeu-se à implementação do robô de uma forma sequencial. Implementou-se a estrutura do robô, com o objetivo de se assemelhar o mais possível com um peixe biológico. Foram utilizados servomotores para a locomoção do robô. Para que o robô possua a capacidade de se movimentar numa determinada direção recorreu-se à utilização de uma bússola digital. Posteriormente introduziu-se um emissor/recetor de radiofrequência (RF) para ligar/desligar o robô. Numa fase final procederam-se aos testes da locomoção do robô. Nos ensaios realizados verificou-se que o robô conseguiu nadar com estabilidade e com sentido de direção.

Fresh-cut aromatic herbs: Nutritional quality stability during shelf-life

Fresh-cut vegetables are a successful convenient healthy food. Nowadays, the presence of new varieties of minimally processed vegetables in the market is common in response to the consumers demand for new flavours and high quality products. Within the most recent fresh-cut products are the aromatic herbs. In this work, the objective was to evaluate the nutritional quality and stability of four fresh-cut aromatic herbs. Several physicochemical quality characteristics (colour, pH, total soluble solids, and total titratable acidity) were monitored in fresh-cut chives, coriander, spearmint and parsley leaves, stored under refrigeration (3 ± 1 ºC) during 10 days. Their nutritional composition was determined, including mineral composition (phosphorous, potassium, sodium, calcium, magnesium, iron, zinc, manganese and copper) and fat- and water-soluble vitamin contents. Total soluble phenolics, flavonoids and the antioxidant capacity were determined by spectrophotometric methods. The aromatic herbs kept their fresh appearance during the storage, maintaining their colour throughout shelf-life. Their macronutrient composition and mineral content were stable during storage. Coriander had the highest mineral and fatsoluble vitamin content, while spearmint showed the best scores in the phenolic, flavonoid and antioxidant capacity assays. Vitamins and antioxidant capacity showed some variation during storage, with a differential behaviour of each compound according to the sample.

Low frequency of TERT promoter mutations in gastrointestinal stromal tumors (GISTs)

Somatic mutations in the promoter region of telomerase reverse transcriptase (TERT) gene, mainly at positions c.-124 and c.-146 bp, are frequent in several human cancers; yet its presence in gastrointestinal stromal tumor (GIST) has not been reported to date. Herein, we searched for the presence and clinicopathological association of TERT promoter mutations in genomic DNA from 130 bona fide GISTs. We found TERT promoter mutations in 3.8% (5/130) of GISTs. The c.-124C>T mutation was the most common event, present in 2.3% (3/130), and the c.-146C>T mutation in 1.5% (2/130) of GISTs. No significant association was observed between TERT promoter mutation and patient's clinicopathological features. The present study establishes the low frequency (4%) of TERT promoter mutations in GISTs. Further studies are required to confirm our findings and to elucidate the hypothetical biological and clinical impact of TERT promoter mutation in GIST pathogenesis.

Dynamical Stability and Predictability of Football Players: The Study of One Match

The game of football demands new computational approaches to measure individual and collective performance. Understanding the phenomena involved in the game may foster the identification of strengths and weaknesses, not only of each player, but also of the whole team. The development of assertive quantitative methodologies constitutes a key element in sports training. In football, the predictability and stability inherent in the motion of a given player may be seen as one of the most important concepts to fully characterise the variability of the whole team. This paper characterises the predictability and stability levels of players during an official football match. A Fractional Calculus (FC) approach to define a player’s trajectory. By applying FC, one can benefit from newly considered modeling perspectives, such as the fractional coefficient, to estimate a player’s predictability and stability. This paper also formulates the concept of attraction domain, related to the tactical region of each player, inspired by stability theory principles. To compare the variability inherent in the player’s process variables (e.g., distance covered) and to assess his predictability and stability, entropy measures are considered. Experimental results suggest that the most predictable player is the goalkeeper while, conversely, the most unpredictable players are the midfielders. We also conclude that, despite his predictability, the goalkeeper is the most unstable player, while lateral defenders are the most stable during the match.

A Percepção dos Cuidadores Informais Relativamente ao Centro de Dia Para Pessoas com Doença de Alzheimer

A sobrecarga familiar provocada pela doença de Alzheimer é reconhecida como um problema de saúde pública: há cada vez menos cuidadores jovens para cada vez mais doentes idosos e as insuficientes respostas de suporte social são uma realidade. O acto de cuidar no domícilio afecta de forma significativa os padrões ocupacionais dos prestadores de cuidados, levando-os a situações de desiquilíbrio ocupacional e a grande desgaste fisico e emocional. Assim, este trabalho pretende compreender a percepção dos cuidadores informais relativamente à integração destas pessoas em centros de dia, como estratégia de melhoria da estabilidade emocional e equilíbrio ocupacional dos seus familiares. Em termos da recolha da informação empírica, recorremos a uma metodologia mista, constituída por procedimentos mais de natureza quantitativa e outros de carácter mais qualitativo. Nesse enquadramento foram administrados a cerca de 10 cuidadores informais, antes e depois do seu familiar ter sido integrado no centro de dia, os instrumentos “Entrevista de Zarit para a sobrecarga do cuidador” e o “Teste abreviado da qualidade de vida” (WHOQOL-Bref), no sentido de se avaliar o impacto desta medida no equilíbrio emocional e percepção subjectiva da qualidade de vida. Concomitantemente, foram realizadas entrevistas também antes e depois da integração no sentido de compreender de que forma a frequência no centro de dia potencia um equilíbrio ocupacional mais adaptado. Os resultados obtidos mostram que ocorreu uma diminuição da sobrecarga emocional e uma melhoria da percepção subjectiva de qualidade de vida por parte dos cuidadores, bem como, um padrão de equilíbrio ocupacional mais ajustado e equilibrado e potenciador de bem-estar, após a frequência de seis meses do familiar com doença de Alzheimer no centro de dia “Memória de Mim”. Ainda que tratando-se de um estudo exploratório, estas conclusões parecem apontar para a importância destas respostas sociais no suporte às pessoas com demências e aos seus familiares.

Stability of the Transthyretin Molecule as a Key Factor in

Transthyretin (TTR) protects against A-Beta toxicity by binding the peptide thus inhibiting its aggregation. Previous work showed different TTR mutations interact differently with A-Beta, with increasing affinities correlating with decreasing amyloidogenecity of the TTR mutant; this did not impact on the levels of inhibition of A-Beta aggregation, as assessed by transmission electron microscopy. Our work aimed at probing differences in binding to A-Beta by WT, T119M and L55P TTR using quantitative assays, and at identifying factors affecting this interaction. We addressed the impact of such factors in TTR ability to degrade A-Beta. Using a dot blot approach with the anti-oligomeric antibody A11, we showed that A-Beta formed oligomers transiently, indicating aggregation and fibril formation, whereas in the presence of WT and T119M TTR the oligomers persisted longer, indicative that these variants avoided further aggregation into fibrils. In contrast, L55PTTR was not able to inhibit oligomerization or to prevent evolution to aggregates and fibrils. Furthermore, apoptosis assessment showed WT and T119M TTR were able to protect against A-Beta toxicity. Because the amyloidogenic potential of TTR is inversely correlated with its stability, the use of drugs able to stabilize TTR tetrameric fold could result in increased TTR/ABeta binding. Here we showed that iododiflunisal, 3-dinitrophenol, resveratrol, [2-(3,5-dichlorophenyl)amino] (DCPA) and [4- (3,5-difluorophenyl)] (DFPB) were able to increase TTR binding to A-Beta; however only DCPA and DFPB improved TTR proteolytic activity. Thyroxine, a TTR ligand, did not influence TTR/A-Beta interaction and A-Beta degradation by TTR, whereas RBP, another TTR ligand, not only obstructed the interaction but also inhibited TTR proteolytic activity. Our results showed differences between WT and T119M TTR, and L55PTTR mutant regarding their interaction with A-Beta and prompt the stability of TTR as a key factor in this interaction, which may be relevant in AD pathogenesis and for the design of therapeutic TTR-based therapies.

Dynamic stability metrics for the container loading problem

The Container Loading Problem (CLP) literature has traditionally evaluated the dynamic stability of cargo by applying two metrics to box arrangements: the mean number of boxes supporting the items excluding those placed directly on the floor (M1) and the percentage of boxes with insufficient lateral support (M2). However, these metrics, that aim to be proxies for cargo stability during transportation, fail to translate real-world cargo conditions of dynamic stability. In this paper two new performance indicators are proposed to evaluate the dynamic stability of cargo arrangements: the number of fallen boxes (NFB) and the number of boxes within the Damage Boundary Curve fragility test (NB_DBC). Using 1500 solutions for well-known problem instances found in the literature, these new performance indicators are evaluated using a physics simulation tool (StableCargo), replacing the real-world transportation by a truck with a simulation of the dynamic behaviour of container loading arrangements. Two new dynamic stability metrics that can be integrated within any container loading algorithm are also proposed. The metrics are analytical models of the proposed stability performance indicators, computed by multiple linear regression. Pearson’s r correlation coefficient was used as an evaluation parameter for the performance of the models. The extensive computational results show that the proposed metrics are better proxies for dynamic stability in the CLP than the previous widely used metrics.

Aplicação do FMEA na avaliação de risco de taludes e muros de contenção tradicionais em alvenaria de pedra

Ao longo das últimas décadas o município de Amarante tem-se deparado com inúmeros problemas de instabilidade de estruturas de suporte de terras, maioritariamente instabilidade de taludes artificiais, (escavação e/ou aterro) e muros de contenção tradicionais em alvenaria de pedra. A unidade técnica de projeto, ou UTP da Câmara Municipal de Amarante tem vindo a elaborar estudos, projetos e adjudicar as obras para repor a normalidade apos a instabilização desses elementos, contudo a frequência de ocorrência destes fenómenos e os recursos necessários para a sua resolução ultrapassam a capacidade desta unidade, levando a que muitos destes casos se arrastem durante anos antes de ser reposta a sua normalidade. Perante este panorama revelou-se necessário efetuar um estudo de forma a listar, avaliar e priorizar os vários casos de instabilidade existentes, para uma eficiente alocação dos recursos disponíveis. Esta análise pretende ainda identificar as principais causas de instabilidade destas estruturas, de forma a eliminar ou mitigar a ocorrência de futuros problemas semelhantes. Para o estudo destes elementos de contenção de terras adotou-se o método de análise de risco conhecido como FMEA, “Failure Modes and Effects Analysis” ou Analise dos Modos de Falha e Efeitos, com as adaptações necessárias de forma a maximizar a confiabilidade das avaliações mediante a especificidade dos casos a avaliar e realidade da instituição.