Reologia de fluidos complexos

Dissertação efectuada na Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade Nova de Lisboa para obtenção do grau de Mestre em Engenharia de Materiais

Analisador de dispersão de energia

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Física

UAV - based imagery processing using structure from motion and remote sensing technology

With the recent advances in technology and miniaturization of devices such as GPS or IMU, Unmanned Aerial Vehicles became a feasible platform for a Remote Sensing applications. The use of UAVs compared to the conventional aerial platforms provides a set of advantages such as higher spatial resolution of the derived products. UAV - based imagery obtained by a user grade cameras introduces a set of problems which have to be solved, e. g. rotational or angular differences or unknown or insufficiently precise IO and EO camera parameters. In this work, UAV - based imagery of RGB and CIR type was processed using two different workflows based on PhotoScan and VisualSfM software solutions resulting in the DSM and orthophoto products. Feature detection and matching parameters influence on the result quality as well as a processing time was examined and the optimal parameter setup was presented. Products of the both workflows were compared in terms of a quality and a spatial accuracy. Both workflows were compared by presenting the processing times and quality of the results. Finally, the obtained products were used in order to demonstrate vegetation classification. Contribution of the IHS transformations was examined with respect to the classification accuracy.

Image processing for displacement measurements

Since the invention of photography humans have been using images to capture, store and analyse the act that they are interested in. With the developments in this field, assisted by better computers, it is possible to use image processing technology as an accurate method of analysis and measurement. Image processing's principal qualities are flexibility, adaptability and the ability to easily and quickly process a large amount of information. Successful examples of applications can be seen in several areas of human life, such as biomedical, industry, surveillance, military and mapping. This is so true that there are several Nobel prizes related to imaging. The accurate measurement of deformations, displacements, strain fields and surface defects are challenging in many material tests in Civil Engineering because traditionally these measurements require complex and expensive equipment, plus time consuming calibration. Image processing can be an inexpensive and effective tool for load displacement measurements. Using an adequate image acquisition system and taking advantage of the computation power of modern computers it is possible to accurately measure very small displacements with high precision. On the market there are already several commercial software packages. However they are commercialized at high cost. In this work block-matching algorithms will be used in order to compare the results from image processing with the data obtained with physical transducers during laboratory load tests. In order to test the proposed solutions several load tests were carried out in partnership with researchers from the Civil Engineering Department at Universidade Nova de Lisboa (UNL).

Novos fluídos electroreológicos. Nanofibras de Polianilina dopadas com ácido canforsulfónico

A existência de um Efeito Electroreológico (ER) constata-se quando se verifica uma variação acentuada das propriedades reológicas induzidas pelas presença de um campo electrico numa amostra. Este fenómeno é tipico mas não exclusivamente observado em suspensões de particulas polarizáveis. Neste trabalho levou-se a cabo o estudo do efeito electroreológico de uma suspensão, em óleo de silicone, de nanofibras de polianilina (PANI) dopadas com ácido canforsulfónico (CSA). Foram preparadas soluções poliméricas com diferentes concentrações de nanofibras (1 e 2 % p/p) em dois óleos de silicone de diferentes viscosidades, 20 e 50 cSt. O estudo das propriedades electroreológicas foi efectuado tanto em regime estacionário, com a taxa de corte a variar entre 0.01 e 1000 s-1, como em regime oscilatório, com a frequência angular a variar entre 0.1 e 20 Hz, ambos na presença de campos eléctricos com intensidades até 2kV.mm-1 e à temperatura ambiente. As suspensões de nanofibras de polianilina dopadas com ácido canforsulfónico dispersas em óleo de silicone apresentam um efeito electroreológico intenso, visivel através de um aumento superior a 2 décadas no valor da viscosidade para baixas taxas de corte e valores elevados de campo eléctrico, demonstrando assim a sua potencialidade como material inteligente .

The role of arl13b in cilia length regulation and in zebrafish development

RESUMO: Arl13b é uma importante proteína ciliar, presente em cílios primários e cílios móveis. Ratinhos mutantes para Arl13b têm comprimento dos cílios reduzido e defeitos nos B-túbulos dos cílios. Como consequência destes fenótipos, deficiências na Arl13b originam, em modelos animais, várias doenças congénitas, incluindo problemas no estabelecimento do eixo esquerda-direita, malformações cerebrais e deformações corporais. Nos seres humanos, deficiências na Arl13b levam a uma doença crónica congénita chamada Síndrome de Joubert. Por outro lado, a sobreexpressão de Arl13b origina cílios mais longos, no entanto existe uma ausência da caracterização dos fenótipos celulares e durante o desenvolvimento embrionário. Neste trabalho, quisemos explorar o efeito da sobre-expressão de Arl13b em embriões de peixezebra. Descobrimos que, ao nível ciliar, a sobre-expressão de Arl13b nas células aumenta o comprimento ciliar em cílios primários e móveis, no entanto, a esses cílios falta adequada acetilação da alfa-tubulina no citoesqueleto feito por microtúbulos. Os nossos resultados mostraram que esse efeito é específico de Arl13b sobre-expressão e quando se manipularam as enzimas responsáveis pela acetilação (Mec17) e pela de-acetilação (HDAC6) encontrámos uma sinergia potencial com ambas. Testámos ainda, que o aumento no comprimento ciliar não estava causalmente relacionado com a falta de acetilação, ou seja, os cílios com menos acetilação não eram necessariamente os mais longos. Também mostrámos que a sobre-expressão de Arl13b é capaz de restaurar o comprimento dos cílios em mutantes com cílios curtos e como isso pode ser explorado para um futuro potencial papel terapêutico para Arl13b. Em seguida, foi avaliado o impacto do aumento da quantidade de Arl13b no desenvolvimento embrionário do peixe-zebra. Observou-se que a sobre-expressão de Arl13b apresentava fenótipos muito fracos, quando comparados com a perda de função dos mutantes de Arl13b. Focados no inesperado fenótipo leve no estabelecimento do eixo esquerda-direita abordámos a questão através do estabelecimento de uma colaboração com matemáticos, descobrimos que os cílios mais longos que potencialmente têm a capacidade de movimentar mais fluido são atenuados por amplitudes de batimento menores, e, como resultado, estes longos cílios não prejudicam o movimento do fluido e consequentemente não afetam o estabelecimento dos padrões de esquerda-direita. Sugerimos assim que a Arl13b é um regulador chave, do comprimento ciliar. Descobrimos uma nova interação com as enzimas de acetilação/de-acetilação e levantamos novas hipóteses quanto aos mecanismos moleculares da função da Arl13b. Propomos um novo modelo para o mecanismo molecular da Arl13b na regulação do comprimento dos cílios onde podemos integrar os nossos resultados com os relatados na literatura. Este trabalho adiciona mais conhecimento para o mecanismo de ação da Arl13b e, portanto, fornece uma importante contribuição para o campo da investigação em cílios.---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- ABSTRACT: Arl13b is an important ciliary protein, present in primary and motile cilia. arl13b-/- mouse mutants have reduced cilia length and cilia B-tubule defects. As a consequence of these phenotypes, Arl13b loss of function animal models suffer from several congenital disorders including left-right problems, brain malformations and body deformations. In humans Arl13b depletion leads to a congenital chronic disease called Joubert Syndrome. On the other hand, overexpressing Arl13b leads to longer cilia but the characterization of the cellular and developmental phenotypes was missing. In this work we explore the effect of Arl13b overexpression in zebrafish embryos. We found that, at the ciliary level, Arl13b overexpression from 1 cell stage produces longer primary and motile cilia, but these cilia lack proper alpha tubulin acetylation of their microtubule cytoskeleton. Our results showed that this effect is specific from Arl13b overexpression and when we manipulated the enzymes responsible for acetylation, Mec17, and de-acetylation, HDAC6, we found a potential synergy of both mec17 knockdown and HDAC6 activity with Arl13b overexpression. We tested that the ciliary increase in length was not causally related to the lack of acetylation, meaning the more de-acetylated cilia were not necessarily the longer ones. We also showed that Arl13b overexpression is able to restore cilia length in short cilia mutants and how that may be explored to a potential future therapeutic role for Arl13b. Next, we evaluated the impact of increasing the amount of Arl13b in zebrafish embryonic development. We observed that Arl13b overexpression presented very mild phenotypes when compared to the loss of function mutants. We focused on the unexpected left-right mild phenotype and by establishing a mathematical modeling collaboration, we found out that the longer cilia generated force was attenuated by smaller beating amplitudes, and as a result, these long cilia were not impairing the cilia generated flow and the establishment of left-right patterning. We suggest that Arl13b is one key cilia length regulator. We disclosed a novel interaction with the acetylation / de-acetylation enzymes and raised new hypothesis as to the mechanisms of Arl13b function. We propose a new model for the Arl13b molecular mechanism of cilia length regulation where we integrate our findings with those reported in the literature. This work adds more knowledge to the Arl13b mechanism of action and therefore provides an important contribution to the cilia research field.