Detection of quasi-periodic processes in complex systems: how do we quantitatively describe their properties?

It has been shown that in reality at least two general scenarios of data structuring are possible: (a) a self-similar (SS) scenario when the measured data form an SS structure and (b) a quasi-periodic (QP) scenario when the repeated (strongly correlated) data form random sequences that are almost periodic with respect to each other. In the second case it becomes possible to describe their behavior and express a part of their randomness quantitatively in terms of the deterministic amplitude–frequency response belonging to the generalized Prony spectrum. This possibility allows us to re-examine the conventional concept of measurements and opens a new way for the description of a wide set of different data. In particular, it concerns different complex systems when the ‘best-fit’ model pretending to be the description of the data measured is absent but the barest necessity of description of these data in terms of the reduced number of quantitative parameters exists. The possibilities of the proposed approach and detection algorithm of the QP processes were demonstrated on actual data: spectroscopic data recorded for pure water and acoustic data for a test hole. The suggested methodology allows revising the accepted classification of different incommensurable and self-affine spatial structures and finding accurate interpretation of the generalized Prony spectroscopy that includes the Fourier spectroscopy as a partial case.

Self-similarity principle: the reduced description of randomness

A new general fitting method based on the Self-Similar (SS) organization of random sequences is presented. The proposed analytical function helps to fit the response of many complex systems when their recorded data form a self-similar curve. The verified SS principle opens new possibilities for the fitting of economical, meteorological and other complex data when the mathematical model is absent but the reduced description in terms of some universal set of the fitting parameters is necessary. This fitting function is verified on economical (price of a commodity versus time) and weather (the Earth’s mean temperature surface data versus time) and for these nontrivial cases it becomes possible to receive a very good fit of initial data set. The general conditions of application of this fitting method describing the response of many complex systems and the forecast possibilities are discussed.

Quasi-periodic Gaits in Multi-legged Robots

5th International Conference on Climbing and Walking Robots and the Support Technologies for Mobile Machines

Hybrid fuzzy Monte Carlo technique for reliability assessment in transmission power systems

This paper proposes a new methodology to reduce the probability of occurring states that cause load curtailment, while minimizing the involved costs to achieve that reduction. The methodology is supported by a hybrid method based on Fuzzy Set and Monte Carlo Simulation to catch both randomness and fuzziness of component outage parameters of transmission power system. The novelty of this research work consists in proposing two fundamentals approaches: 1) a global steady approach which deals with building the model of a faulted transmission power system aiming at minimizing the unavailability corresponding to each faulted component in transmission power system. This, results in the minimal global cost investment for the faulted components in a system states sample of the transmission network; 2) a dynamic iterative approach that checks individually the investment’s effect on the transmission network. A case study using the Reliability Test System (RTS) 1996 IEEE 24 Buses is presented to illustrate in detail the application of the proposed methodology.

Hybrid fuzzy Monte Carlo and logic programming model for distribution network reconfiguration in the presence of outages

This paper presents a methodology for distribution networks reconfiguration in outage presence in order to choose the reconfiguration that presents the lower power losses. The methodology is based on statistical failure and repair data of the distribution power system components and uses fuzzy-probabilistic modelling for system component outage parameters. Fuzzy membership functions of system component outage parameters are obtained by statistical records. A hybrid method of fuzzy set and Monte Carlo simulation based on the fuzzy-probabilistic models allows catching both randomness and fuzziness of component outage parameters. Once obtained the system states by Monte Carlo simulation, a logical programming algorithm is applied to get all possible reconfigurations for every system state. In order to evaluate the line flows and bus voltages and to identify if there is any overloading, and/or voltage violation a distribution power flow has been applied to select the feasible reconfiguration with lower power losses. To illustrate the application of the proposed methodology to a practical case, the paper includes a case study that considers a real distribution network.

Fuzzy Monte Carlo mathematical model for load curtailment minimization in transmission power systems

This paper presents a methodology which is based on statistical failure and repair data of the transmission power system components and uses fuzzyprobabilistic modeling for system component outage parameters. Using statistical records allows developing the fuzzy membership functions of system component outage parameters. The proposed hybrid method of fuzzy set and Monte Carlo simulation based on the fuzzy-probabilistic models allows catching both randomness and fuzziness of component outage parameters. A network contingency analysis to identify any overloading or voltage violation in the network is performed once obtained the system states by Monte Carlo simulation. This is followed by a remedial action algorithm, based on optimal power flow, to reschedule generations and alleviate constraint violations and, at the same time, to avoid any load curtailment, if possible, or, otherwise, to minimize the total load curtailment, for the states identified by the contingency analysis. In order to illustrate the application of the proposed methodology to a practical case, the paper will include a case study for the Reliability Test System (RTS) 1996 IEEE 24 BUS.

Logic programming and fuzzy Monte Carlo for distribution network reconfiguration

This paper present a methodology to choose the distribution networks reconfiguration that presents the lower power losses. The proposed methodology is based on statistical failure and repair data of the distribution power system components and uses fuzzy-probabilistic modeling for system component outage parameters. The proposed hybrid method using fuzzy sets and Monte Carlo simulation based on the fuzzyprobabilistic models allows catching both randomness and fuzziness of component outage parameters. A logic programming algorithm is applied, once obtained the system states by Monte Carlo Simulation, to get all possible reconfigurations for each system state. To evaluate the line flows and bus voltages and to identify if there is any overloading, and/or voltage violation an AC load flow has been applied to select the feasible reconfiguration with lower power losses. To illustrate the application of the proposed methodology, the paper includes a case study that considers a 115 buses distribution network.

Avaliação de um programa de saúde sobre asma em meio escolar

Objectivos: Avaliar o efeito de um programa sobre asma em estudantes Metodologia: Estudo quase-experimental numa amostra de 44 estudantes (12,48±0,698 anos). O grupo experimental (n= 23) foi sujeito a uma sessão de educação sobre asma e grupo controlo (n= 21) não. Ambos foram avaliados através de um questionário na baseline do estudo e reavaliados uma semana após relativamente a conhecimentos e procedimentos. Resultados: Obtiveram-se diferenças estatisticamente significativas entre grupos relativamente aos conhecimentos (p<0.001) e comportamentos (p<0.001) sendo estes mais elevados no grupo experimental. Conclusão: O programa teve efeitos positivos na mudança de comportamentos e conhecimentos

Efeito de um programa de exercícios no tempo de reacção dos peroniais

Introdução: o futebol é o desporto mais popular e possui características que se traduzem numa grande incidência de lesões, sendo que a FIFA desenvolveu um programa de prevenção de lesões. Objectivos: o objectivo de estudo foi verificar se o programa promove alterações proprioceptivas, no tempo de reacção dos peroniais. Metodologia: é um estudo quase-experimental com 14 atletas, 7 em cada um dos grupos, experimental e controlo. Resultados: Os resultados mostraram um valor p=0,038 no tempo de reacção do curto peroneal. Conclusão: Verificaram-se algumas alterações significativas no tempo de reacção em resposta ao programa de exercícios.

Swarm intelligence for scheduling: a review

Swarm Intelligence generally refers to a problem-solving ability that emerges from the interaction of simple information-processing units. The concept of Swarm suggests multiplicity, distribution, stochasticity, randomness, and messiness. The concept of Intelligence suggests that problem-solving approach is successful considering learning, creativity, cognition capabilities. This paper introduces some of the theoretical foundations, the biological motivation and fundamental aspects of swarm intelligence based optimization techniques such Particle Swarm Optimization (PSO), Ant Colony Optimization (ACO) and Artificial Bees Colony (ABC) algorithms for scheduling optimization.

Steroselective synthesis of imidazolidin-4-ones from α-amino amides of the antimalarial primaquine and substituted benzaldehydes

Imidazolidin-4-ones are commonly employed as skeletal modifications in bioactive oligopeptides, either as proline surrogates or for protection of the N-terminal amino acid against aminopeptidase-catalysed hydrolysis . We have been working on the synthesis of imidazolidin-4-ones of the antimalarial primaquine , through acylation of primaquine with an α-amino acid and subsequent reaction of the resulting α-aminoamide with a ketone or aldehyde. Thus, when using racemic primaquine, an optically pure chiral α-amino acid and an aldehyde as starting materials, four imidazolidin-4-one diastereomers are to be expected (Scheme 1). However, we have recently observed that imidazolidin-4-one synthesis was stereoselective when 2-carboxybenzaldehyde (2CBA)* was used, as only two diastereomers were produced2. Computational studies have shown that the imine formed prior to ring closure had, for structures derived from 2CBA, a quasi-cyclic rigid structure2. This rigid conformation is stabilized by an intramolecular hydrogen bond involving the C=O oxygen atom of the 2-carboxyl substituent in 2CBA and the N-H group of the α-amino amide moiety2. These findings led us to postulate that the 2-carbonyl substituent in the benzaldehyde moiety was the key for the stereoselective synthesis of the imidazolidin-4-ones2.

Efeito de um programa de exercícios segundo Pilates em indivíduos com asma controlada – controlo motor vs. função ventilatória

Introdução: Embora existam estratégias para coordenar as funções postural e ventilatória numa situação normal, isto pode não ser verdade quando a necessidade para uma das funções está aumentada, como por exemplo em patologia respiratória (asma) ou no exercício físico, em que subsistem maiores necessidades ventilatórias. O método Pilates, que foca a relação entre o corpo e a disciplina mental, visa prosperar a saúde e o bem-estar pelo enfatizar da boa postura, do alinhamento corporal e da coordenação da ventilação com o movimento. Objectivo: Comparar características de controlo motor e parâmetros ventilatórios em asmáticos controlados e indivíduos sem patologia, e verificar o efeito de um programa de exercícios segundo Pilates nesses outcomes em indivíduos com asma controlada. Métodos: Estudo quasi-experimental, com uma amostra constituída por 21 estudantes voluntários, 7 pertencentes ao “grupo sem patologia”, 7 ao “grupo controlo asmático” e 7 ao “grupo experimental asmático”. Para avaliação do timing de ativação e do padrão de recrutamento muscular no movimento rápido do membro superior foi utilizada eletromiografia de superfície do Diafragma, Eretor da Coluna, Multífidos, Oblíquo Externo, Reto Anterior e Transverso Abdominal/Oblíquo Interno. Foram também avaliados parâmetros de função ventilatória: a percentagem de volume expiratório forçado no primeiro segundo do previsto, o débito expiratório máximo instantâneo, a ventilação máxima voluntária, a pressão inspiratória máxima e a pressão expiratória máxima. As avaliações decorreram antes e após 8 semanas da aplicação de um programa de exercícios segundo Pilates no grupo experimental asmático, com exceção do grupo sem patologia que realizou apenas o primeiro momento de avaliação. Resultados: O grupo controlo asmático apresentou um timing de ativação significativamente maior do Transverso Abdominal/Oblíquo Interno e do Diafragma, em relação ao grupo sem patologia. Nos parâmetros ventilatórios, o grupo controlo asmático apresentou menores valores de percentagem de volume expiratório no primeiro segundo do previsto, de débito expiratório máximo instantâneo e de pressão expiratória máxima. Após a realização do programa de exercícios segundo Pilates verificaram-se alterações significativas no timing de activação do Eretor da Coluna, do Multífidos, do Transverso/Oblíquo Interno e do Diafragma, tendo ambos diminuído no grupo experimental asmático. Ainda, o grupo experimental asmático, em relação aos parâmetros ventilatórios, apresentou diferenças significativas no débito expiratório máximo instantâneo, na ventilação máxima voluntária e na pressão expiratória máxima, tendo ambos aumentado estes valores. Conclusão: Os asmáticos controlados parecem possuir características de controlo motor, especificamente no timing de ativação, e valores de parâmetros ventilatórios diferentes em comparação aos indivíduos sem patologia. O programa de exercícios segundo Pilates, implementado no grupo experimental asmático, parece ter influenciado positivamente esses outcomes.

Eficácia de um programa de exercícios específicos no domicílio em idosos

Introdução: As quedas são um dos mais sérios problemas de saúde pública associado à idade. Objectivo: Analisar a influência de um programa de exercícios específicos, realizado no domicílio, em idosos, na força muscular dos membros inferiores, no equilíbrio, no medo de cair e na autonomia. Métodos: Foi realizado um estudo quase-experimental, com a duração de 3 meses, em dois grupos de mulheres idosas, o grupo experimental (n=6), que foi submetido ao programa de exercícios e o grupo controlo (n=6), que apenas recebia visitas mensais para ser submetido às avaliações. Para avaliar os factores de risco de queda foram utilizados o Five-Times-Sit-to-Stand-Test para avaliar a força muscular dos membros inferiores, o Functional Reach Test para avaliar o equilíbrio, a Falls Efficacy Scale para avaliar o medo de cair e a Medida de Independência Funcional para avaliar a autonomia das participantes. Resultados: Verificou-se uma melhor prestação do grupo experimental na realização do FTSST, conseguindo melhorar cerca de 9 segundos em média ao longo do estudo. Os resultados obtidos através do FRT demonstraram uma melhoria da média e mediana entre o 1º e 2º momento de avaliação, nos dois grupos, piorando progressivamente após esse momento. Inicialmente, o número de participantes com medo de cair era superior no grupo experimental (66,7%), sendo apenas 33% no final do estudo, verificando-se um aumento na média das pontuações no grupo experimental até ao 3º momento de avaliação,. Através dos resultados da MIF verificou-se que os dois grupos se encontravam na classificação de independência completa, não se tendo observado influência do programa de exercícios na independência das idosas. Conclusão: O exercício físico específico melhorou a força muscular dos membros inferiores e o medo de cair.

Efeito de um treino neuromuscular no tempo de reacção dos peroniais em jovens futebolistas

Objectivo: verificar a influência de um programa neuromuscular de 6 semanas no tempo de reacção dos peroniais, em jovens futebolistas. Métodos: Foi realizado um estudo quasi-experimental, cuja amostra foi constituída por um grupo experimental (n=14) e um de controlo (n=14). O grupo experimental realizou um programa de treino neuromuscular durante 6 semanas, com exercícios terapêuticos, enquanto o grupo controlo continuou com a sua actividade física habitual. Foi utilizado um trapdoor e electromiografia de superfície para avaliar o tempo de reacção dos músculos peroniais antes e após a aplicação do programa de exercícios, em ambos os grupos. O teste t para amostras independentes foi utilizado para comparar o tempo de reacção entre os dois grupos. O teste t para amostras emparelhadas foi efectuado para comparar a média das diferenças entre os dois momentos para ambos os grupos. Ambos os testes foram realizados para um nível de significância de 5%. Resultados: Verificou-se uma diminuição significativa no tempo de reacção do curto (p=0,022) e do longo peronial (p=0,007) no grupo experimental. Conclusão: O programa de treino neuromuscular promoveu uma diminuição do tempo de reacção dos peroniais.

Influência de um programa de exercícios específicos em estudantes de violino

Introdução: A elevada prevalência de problemas musculosqueléticos relacionados com a performance musical (PMRPM) em estudantes universitários de música, sobretudo violinistas, justifica uma abordagem preventiva junto destes, nomeadamente, através do exercício. Este deve ser específico e baseado nos padrões de movimento durante a performance musical do violinista. Objetivos: verificar a influência de um programa de exercícios específicos (PEE) nos sintomas relacionados com a prática musical, na incapacidade funcional e na autoperceção da performance física e musical, em estudantes universitários de violino. Métodos: estudo quase-experimental baseado num estudo piloto com 24 estudantes para pesquisa da sintomatologia, e 4 para análise cinemática e cinética do gesto técnico. No estudo principal participaram 22 violinistas divididos equitativamente, e por disponibilidade, entre grupo experimental (GE) e grupo de controlo (GC). O GE realizou o PEE bissemanalmente, durante 8 semanas. No momento inicial e após 8 semanas, os participantes preencheram: Questionário de Performance (incluiu Escala Visual Analógica), Disabilities of the Arm, Shoulder and Hand, Oswestry Disability Index versão 2.0, Pain Catastrophizing Scale e Escala de Borg Modificada. Resultados: do estudo piloto constatou-se que os sintomas mais frequentes, dor e fadiga, localizavam-se na cintura escapular, ombros e coluna lombar; os ombros aparentavam maior risco de PMRPM; era necessário aumentar a endurance dos mobilizadores dos membros superiores (principalmente deltóide) e relaxar os estabilizadores da coluna cervical (sobretudo trapézio superior). No final do PEE, o GE apresentou significativamente melhores pontuações do que o GC na percentagem de violinistas com “dor na coluna lombar esquerda” (p=0,007), frequência da dor (U=8,5; W=29,5; p=0,016), número de locais com sintomas (U=18; W=84; p=0,003) e amplificação (U=26; W=92; p=0,021). Conclusão: Um PEE pode produzir efeitos positivos na diminuição dos sintomas relacionados com a prática musical e incapacidade funcional, e na melhoria de alguns parâmetros da performance física autoreportada, em estudantes universitários de violino.