Development of an ambient assisted living ecosystem

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Electrotécnica e de Computadores

Study on the development of an autonomous mobile robot

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Eletrotécnica e de Computadores

Haptic robot-environment interaction for self-supervised learning in ground mobility

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Eletrotécnica e de Computadores

Diffusional kurtosis imaging using a fast heuristic constrained linear least squares algorithm: a plugin for OsiriX

Diffusion Kurtosis Imaging (DKI) is a fairly new magnetic resonance imag-ing (MRI) technique that tackles the non-gaussian motion of water in biological tissues by taking into account the restrictions imposed by tissue microstructure, which are not considered in Diffusion Tensor Imaging (DTI), where the water diffusion is considered purely gaussian. As a result DKI provides more accurate information on biological structures and is able to detect important abnormalities which are not visible in standard DTI analysis. This work regards the development of a tool for DKI computation to be implemented as an OsiriX plugin. Thus, as OsiriX runs under Mac OS X, the pro-gram is written in Objective-C and also makes use of Apple’s Cocoa framework. The whole program is developed in the Xcode integrated development environ-ment (IDE). The plugin implements a fast heuristic constrained linear least squares al-gorithm (CLLS-H) for estimating the diffusion and kurtosis tensors, and offers the user the possibility to choose which maps are to be generated for not only standard DTI quantities such as Mean Diffusion (MD), Radial Diffusion (RD), Axial Diffusion (AD) and Fractional Anisotropy (FA), but also DKI metrics, Mean Kurtosis (MK), Radial Kurtosis (RK) and Axial Kurtosis (AK).The plugin was subjected to both a qualitative and a semi-quantitative analysis which yielded convincing results. A more accurate validation pro-cess is still being developed, after which, and with some few minor adjust-ments the plugin shall become a valid option for DKI computation

Probabilistic constraint reasoning with Monte Carlo integration to robot localization

This work studies the combination of safe and probabilistic reasoning through the hybridization of Monte Carlo integration techniques with continuous constraint programming. In continuous constraint programming there are variables ranging over continuous domains (represented as intervals) together with constraints over them (relations between variables) and the goal is to find values for those variables that satisfy all the constraints (consistent scenarios). Constraint programming “branch-and-prune” algorithms produce safe enclosures of all consistent scenarios. Special proposed algorithms for probabilistic constraint reasoning compute the probability of sets of consistent scenarios which imply the calculation of an integral over these sets (quadrature). In this work we propose to extend the “branch-and-prune” algorithms with Monte Carlo integration techniques to compute such probabilities. This approach can be useful in robotics for localization problems. Traditional approaches are based on probabilistic techniques that search the most likely scenario, which may not satisfy the model constraints. We show how to apply our approach in order to cope with this problem and provide functionality in real time.

Teleoperation of a service robot using a mobile device

Teleoperation is a concept born with the rapid evolution of technology, with an intuitive meaning "operate at a distance." The first teleoperation system was created in the mid 1950s, which were handled chemicals. Remote controlled systems are present nowadays in various types of applications. This dissertation presents the development of a mobile application to perform the teleoperation of a mobile service robot. The application integrates a distributed surveillance (the result of a research project QREN) and led to the development of a communication interface between the robot (the result of another QREN project) and the vigilance system. It was necessary to specify a communication protocol between the two systems, which was implemented over a communication framework 0MQ (Zero Message Queue). For the testing, three prototype applications were developed before to perform the test on the robot.

eHealth e a adoção da inovação em assisted living technologies : o caso das demências

RESUMO - Assistimos hoje a um contexto marcado (i) pelo progressivo envelhecimento das sociedades ocidentais, (ii) pelo aumento da prevalência das doenças crónicas, de que as demências são um exemplo, (iii) pelo significativo aumento dos custos associados a estas patologias, (iv) por orçamentos públicos fortemente pressionadas pelo controlo da despesa, (v) por uma vida moderna que dificulta o apoio intergeracional, tornando o suporte proporcionado pelos filhos particularmente difícil, (vi) por fortes expectativas relativamente à prestação de cuidados de saúde com qualidade. Teremos assim de ser capazes de conseguir melhorar os serviços de saúde, ao mesmo tempo que recorremos a menos recursos financeiros e humanos, pelo que a inovação parece ser crítica para a sustentabilidade do sistema. Contudo a difusão das Assistive Living Technologies, apesar do seu potencial, tem sido bastante baixa, nomeadamente em Portugal. Porquê? Hamer, Plochg e Moreira (2012), no editorial do International Journal of Healthcare Management, enquadram a Inovação como “podendo ser imprevisível e mesmo dolorosa, pelo que talvez possamos não ficar surpreendidos se surgirem resistências e que, inovações bastante necessárias, capazes de melhorar os indicadores de saúde, tenham sido de adoção lenta ou que tenham mesmo sido insustentáveis”. Em Portugal não há bibliografia que procure caracterizar o modelo de difusão da inovação em eHealth ou das tecnologias de vivência assistida. A bibliografia internacional é igualmente escassa. O presente projeto de investigação, de natureza exploratória, tem como objetivo principal, identificar barreiras e oportunidades para a implementação de tecnologias eHealth, aplicadas ao campo das demências. Como objetivos secundários pretendemse identificar as oportunidades e limitações em Portugal: mapa de competências nacionais, e propor medidas que possa acelerar a inovação em ALT, no contexto nacional. O projeto seguirá o modelo de um estudo qualitativo. Para o efeito foram conduzidas entrevistas em profundidade junto de experts em ALT, procurando obter a visão daqueles que participam do lado da Oferta- a Indústria; do lado da Procura- doentes, cuidadores e profissionais de saúde; bem como dos Reguladores. O instrumento utilizado para a recolha da informação pretendida foi o questionário não estruturado. A análise e interpretação da informação recolhida foram feitas através da técnica de Análise de Conteúdo. Os resultados da Análise de Conteúdo efetuada permitiram expressar a dicotomia barreira/oportunidade, nas seguintes categorias aqui descritas como contextos (i) Contexto Tecnológico, nas subcategorias de Acesso às Infraestruturas; Custo da Tecnologia; Interoperabilidade, (ii) Contexto do Valor Percecionado, nas subcategorias de Utilidade; Eficiência; Divulgação, (iii) Contexto Político, compreendendo a Liderança; Organização; Regulação; Recursos, (iv) Contexto Sociocultural, incluindo nomeadamente Idade; Literacia; Capacidade Económica, (v) Contexto Individual, incluindo como subcategorias, Capacidade de Adaptação a Novas tecnologias; Motivação; Acesso a equipamentos (vi) Contexto Específico da Doença, nomeadamente o Impacto Cognitivo; Tipologia Heterogénea e a Importância do Cuidador. Foi proposto um modelo exploratório, designado de Modelo de Contextos e Forças, que estudos subsequentes poderão validar. Neste modelo o Contexto Tecnológico é um Força Básica ou Fundamental; o Contexto do Valor Percecionado, constitui-se numa Força Crítica para a adoção de inovação, que assenta na sua capacidade para oferecer valor aos diversos stakeholders da cadeia de cuidados. Temos também o Contexto Político, com capacidade de modelar a adoção da inovação e nomeadamente com capacidade para o acelerar, se dele emitir um sinal de urgência para a mudança. O Contexto Sociocultural e Individual expressam uma Força Intrínseca, dado que elas são características internas, próprias e imutáveis no curto-prazo, das sociedade e das pessoas. Por fim há que considerar o Contexto Específico da Doença, nesta caso o das demências. Das conclusões do estudo parece evidente que as condições tecnológicas estão medianamente satisfeitas em Portugal, com evidentes progressos nos últimos anos (exceção para a interoperabilidade aonde há necessidade de maiores progressos), não constituindo portanto barreira à introdução de ALT. Aonde há necessidade de investir é nas áreas do valor percebido. Da análise feita, esta é uma área que constitui uma barreira à introdução e adoção das ALT em Portugal. A falta de perceção do valor que estas tecnologias trazem, por parte dos profissionais de saúde, doentes, cuidadores e decisores políticos, parece ser o principal entrave à sua adoção. São recomendadas estratégias de modelos colaborativos de Investigação e Desenvolvimento e de abordagens de cocriação com a contribuição de todos os intervenientes na cadeia de cuidados. Há também um papel que cabe ao estado no âmbito das prioridades e da mobilização de recursos, sendo-lhe requerida a expressão do sentido de urgência para que esta mudança aconteça. Foram também identificadas oportunidades em diversas áreas, como na prevenção, no diagnóstico, na compliance medicamentosa, na terapêutica, na monitorização, no apoio à vida diária e na integração social. O que é necessário é que as soluções encontradas constituam respostas àquilo que são as verdadeiras necessidades dos intervenientes e não uma imposição tecnológica que só por si nada resolve. Do estudo resultou também a perceção de que há que (i) continuar a trabalhar no sentido de aproximar a comunidade científica, da clínica e do doente, (ii) fomentar a colaboração entre centros, com vista à criação de escala a nível global. Essa colaboração já parece acontecer a nível empresarial, tendo sido identificadas empresas Portuguesas com vocação global. A qualidade individual das instituições de ensino, dos centros de investigação, das empresas, permite criar as condições para que Portugal possa ser país um piloto e um case-study internacional em ALT, desde que para tal pudéssemos contar com um trabalho colaborativo entre instituições e com decisões políticas arrojadas.

Integration of a mobile autonomous robot in a surveillance multi-agent system

This dissertation aims to guarantee the integration of a mobile autonomous robot equipped with many sensors in a multi-agent distributed and georeferenced surveillance system. The integration of a mobile autonomous robot in this system leads to new features that will be available to clients of surveillance system may use. These features may be of two types: using the robot as an agent that will act in the environment or by using the robot as a mobile set of sensors. As an agent in the system, the robot can move to certain locations when alerts are received, in order to acknowledge the underlying events or take to action in order to assist in resolving this event. As a sensor platform in the system, it is possible to access information that is read from the sensors of the robot and access complementary measurements to the ones taken by other sensors in the multi-agent system. To integrate this mobile robot in an effective way it is necessary to extend the current multi-agent system architecture to make the connection between the two systems and to integrate the functionalities provided by the robot into the multi-agent system.

EDP - A new estimation algorithm

The aim of this work project is to analyze the current algorithm used by EDP to estimate their clients’ electrical energy consumptions, create a new algorithm and compare the advantages and disadvantages of both. This new algorithm is different from the current one as it incorporates some effects from temperature variations. The results of the comparison show that this new algorithm with temperature variables performed better than the same algorithm without temperature variables, although there is still potential for further improvements of the current algorithm, if the prediction model is estimated using a sample of daily data, which is the case of the current EDP algorithm.

Generalized Dasymetric Mapping Algorithm for Accessing Land-Use Change

Contém resumo

Study of gold nanoparticle assisted neuron stimulation

The unique proprieties exhibited by nanoscale particles compared to their macro size counterparts allow for the creation of novel neural activity manipula-tion procedures. In this sense, gold nanoparticles (AuNPs) can be used to stimu-late the electrical activity of neuron by converting light into heat. During this dissertation, AuNPs are synthesized by the citrate reduction method, resulting in a hydrodynamic diameter of approximately 16 nm and an absorbance peak of 530 nm. A system to control a 532 nm laser and measure the temperature variation was custom built from scratch specifically for this project. Temperature is then measured with recourse to a thermocouple and through changes in impedance. The built system had in consideration the necessities pre-sented by in vivo tests. Trials were performed by measuring the temperature rise of colloidal AuNP solutions, having the temperature variation reached a maximum of ap-proximately 18 ºC relative to control trials; successfully showing that light is ef-fectively transduced into heat when AuNPs are present. This novel approach enables an alternative to optogenetics, which require the animal to be genetically modified in order to allow neuron stimulation.

Genetic algorithm for shipping route estimation with long-range tracking data : automatic reconstruction of shipping routes based on the historical ship positions for maritime safety applications

Ship tracking systems allow Maritime Organizations that are concerned with the Safety at Sea to obtain information on the current location and route of merchant vessels. Thanks to Space technology in recent years the geographical coverage of the ship tracking platforms has increased significantly, from radar based near-shore traffic monitoring towards a worldwide picture of the maritime traffic situation. The long-range tracking systems currently in operations allow the storage of ship position data over many years: a valuable source of knowledge about the shipping routes between different ocean regions. The outcome of this Master project is a software prototype for the estimation of the most operated shipping route between any two geographical locations. The analysis is based on the historical ship positions acquired with long-range tracking systems. The proposed approach makes use of a Genetic Algorithm applied on a training set of relevant ship positions extracted from the long-term storage tracking database of the European Maritime Safety Agency (EMSA). The analysis of some representative shipping routes is presented and the quality of the results and their operational applications are assessed by a Maritime Safety expert.