Síntese e caracterização de polímeros electrocrómicos para possíveis aplicações em embalagens inteligentes

Dissertação apresentada à Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade Nova de Lisboa para obtenção do Grau de Mestre em Tecnologia e Segurança Alimentar

Controle óptimo de fluidos não newtonianos

Dissertação para obtenção do Grau de Doutor em Matemática

Recuperação automática da modelação comportamental com aplicações ao ensaio baseado em modelos

O problema dos sistemas de software legados sem documentação ou com documentação obsoleta, continua a ser uma realidade no mundo empresarial. O progressivo aumento da dimensão e complexidade dos sistemas desenvolvidos vem aumentar a necessidade de existirem mecanismos de modelação e documentação de apoio às actividades de manutenção e teste. Apesar da investigação que tem sido levada a cabo para tentar apresentar cada vez melhores abordagens à resolução deste problema,o seu uso no mundo empresarial ainda é muito esparso. Tal deve-se, pelo menos em parte, ao facto de muitas das abordagens propostas acabarem por representar um acrescento do esforço e do tempo, que as organizações não estão em condições de disponibilizar. Esta dissertação contribui com uma abordagem automatizada de suporte às actividades de documentação de sistemas, de manutenção e de testes. Para demonstrar a aplicabilidade e usabilidade da abordagem, propõe-se a implementação de uma ferramenta de apoio. A abordagem proposta baseia-se em técnicas já existentes e consolidadas, mas propõe extensões que permitem melhorar a sua integração,usabilidade e eficiência na sua aplicação. O problema fulcral aqui tratado é a inexistência ou insuficiência de documentação sobre os sistemas desenvolvidos. De modo a mitigar este problema, é apresentado um mecanismo de recuperação da modelação dinâmica de sistemas legados e respectiva geração de artefactos documentais,nomeadamente diagramas de sequência (UML), cartões CRC e matrizes de CRUD. Finalmente, introduzem-se técnicas de rastreabilidade e de apoio a testes de qualidade e cobertura para os sistemas construídos, usando uma metáfora de coloração de diagramas UML.

Preparação e caracterização de filmes poliméricos inteligentes incorporando grafenos para aplicações biomédicas

O objectivo deste trabalho foi combinar o comportamento magnético de micropartículas de óxido de grafeno (GO) modificado com Fe3O4 (GO - 0%, 0.05%, 0.1% e 0.2%) com as propriedades do polímero álcool polivinílico (PVA), nomeadamente a sua elasticidade, de forma a obter-se materiais poliméricos com capacidade de reversão das suas características estruturais, topográficas e consequentemente controlar as suas características de transporte por ajuste de campo magnético. Preparou-se e caracterizou-se filmes/membranas poliméricas de PVA com GO na presença e ausência de campo magnético. Caracterizou-se a morfologia destas membranas, através de microscopia óptica e de varrimento electrónico; o efeito na superfície de membranas por incorporação de GO através de ângulos de contacto, a avaliação da estabilidade estrutural e química através de estudos de inchamento e degradação, adsorção de proteínas e o impacto da presença de GO e o seu comportamento magnético na permeabilidade a gases. As membranas apresentaram boa afinidade com o GO, e um bom alinhamento das micropartículas quando expostas a campo. A estabilidade estrutural foi avaliada durante um período de imersão de 28 dias, usando uma solução de PBS a 0.01M, a pH 6.9 e a 37ºC. A análise dos espectros de UV-Vis obtidos para solução de imersão ao longo do tempo não revelaram degradação das membranas. O efeito na rugosidade da superfície das membranas por incorporação de GOs obteve-se através de ensaios de ângulos de contacto de glicerol. Verificou-se um aumento destes com o aumento de %GO; uma diminuição dos ângulos quando as membranas humidificadas foram expostas a um campo magnético de intensidade 0.0832T; e um aumento destes nas membranas expostas a humidade e temperatura controlada, a 50% e 17ºC. Foi observado o efeito do conteúdo magnético existente nas membranas alinhadas e não-alinhadas, com diferentes %GO, no desempenho da adsorção de BSA, submetidas a campo. Verificou-se um aumento de adsorção na membrana com menor %GO, devido provavelmente ao aumento da sua rugosidade; e a diminuição de adsorção com o aumento de intensidade de campo. Nos ensaios de permeabilidade, observou-se que a membrana de PVA (0% GO) é mais permeável ao CO2 do que ao O2. As membranas com GOs (0.05% e 0.1%) apresentam uma maior permeabilidade ao O2 do que ao CO2, devendo-se isto a uma provável alteração topográfica das membranas por incorporação das micropartículas já referidas.

Família de DSLs para integrated modular avionics

Na atualidade existe a necessidade de produzir novos aviões de forma rápida, eficiente e económica com o objetivo de abrir novas rotas de voo, expansão das já existentes e substituição de aviões em fim de vida útil. Neste contexto, e sem nunca deixar de cumprir os apertados requisitos do domínio que incluem a exigência de elevada qualidade, a indústria adotou a arquitetura IMA que permite executar várias aplicações aviónicas num único sistema de computação partilhado. Com esta arquitetura, o desenvolvimento do software para as aeronaves ganhou uma elevada relevância, sendo necessário gerar código automaticamente, reutilizar código já testado proveniente de outras aplicações anteriormente desenvolvidas e garantir o mais cedo possível que o software desenvolvido se encontra de acordo com os standards. Apesar da complexidade do domínio, desenvolveu-se uma ferramenta que permite produzir a estrutura do código de novas aplicações para a aviónica. Aferramenta lida com a variabilidade das diversas linhas de produto e reduz o tempo de desenvolvimento. Uma DSL poderia ser uma solução apropriada, pois permite cobrir diversos requisitos exigidos, no entanto, esta solução não é exequível porque seria necessário produzir uma linguagem para cada configuração de software aviónico diferente se pretendêssemos tirar partido da especificidade. Com esta dissertação, solucionou-se esta dificuldade com recurso à noção de família de DSLs. Trata-se de um conjunto de linguagens para um domínio específico, que apresentam um conjunto comum de conceitos chave, mas que adaptam alguns desses conceitos para cumprir a variabilidade dos requisitos. Utilizou-se a abordagem MDD para desenvolver um gerador automático de DSLs que é capaz de produzir a linguagem desejada de acordo com a configuração de software pretendida para a partição pertencente a um módulo aviónico. As linguagens geradas apresentam um nível de usabilidade adequada para o domínio, bem como têm a capacidade de validar as construções efetuadas usando a DSL e produzir os artefactos pretendidos.

Estudo de uma estrutura adaptativa baseada no conceito de tensegridade

O principal objetivo desta dissertação é estudar o comportamento duma estrutura adaptativa baseada no conceito da tensegridade. As estruturas baseadas em tensegridade podem ser definidas como estruturas reticuladas, espaciais, em que todos os elementos estão sujeitos unicamente a esforços axiais, sejam eles de compressão ou de tração. Os elementos comprimidos são geralmente barras ou escoras que não devem estar em contacto entre si, enquanto que os elementos tracionados são geralmente cabos que devem ser pré-esforçados. O equilíbrio das estruturas tensíntegras é garantido através da implementação de um estado pré-esforçado entre as escoras comprimidas e os cabos tracionados. Respeitando os princípios básicos associados ao conceito da tensegridade, será proposta uma estrutura com múltiplas aplicações em engenharia civil. O comportamento desta estrutura será simulado através de modelos computacionais em elementos finitos recorrendo ao programa de cálculo automático SAP2000. É também modelado um protótipo experimental à escala reduzida. Os modelos desenvolvidos serão sujeitos a diversas solicitações dinâmicas, sendo analisada a resposta estrutural a essas solicitações. A estrutura proposta nesta dissertação é uma estrutura adaptativa, na medida em que está equipada com uma série de sensores que permitem monitorizar, em tempo real, as acelerações e deslocamentos da estrutura, sendo capaz de alterar a sua geometria inicial através do aquecimento de ligas com memória de forma colocadas em locais estratégicos da estrutura, melhorando a sua resposta dinâmica. Com a realização deste trabalho concluiu-se que pequenas alterações na forma e geometria duma estrutura são suficientes para provocar alterações na frequência própria da mesma e, consequentemente reduzir as acelerações e deslocamentos provocados por determinadas ações dinâmicas. Mostrou-se ainda que o mecanismo de alteração de forma proposto é especialmente eficaz na redução de acelerações originadas por ações dinâmicas periódicas.

Otimização automática de aplicações web usando templates client-side

O crescente poder computacional dos dispositivos móveis e a maior eficiência dos navegadores fomentam a construção de aplicações Web mais rápidas e fluídas, através da troca assíncrona de dados em vez de páginas HTML completas. A OutSystems Platform é um ambiente de desenvolvimento usado para a construção rápida e validada de aplicaçõesWeb, que integra numa só linguagem a construção de interfaces de utilizador, lógica da aplicação e modelo de dados. O modelo normal de interação cliente-servidor da plataforma é coerente com o ciclo completo de pedido-resposta, embora seja possível implementar, de forma explícita, aplicações assíncronas. Neste trabalho apresentamos um modelo de separação, baseado em análise estática sobre a definição de uma aplicação, entre os dados apresentados nas páginas geradas pela plataforma e o código correspondente à sua estrutura e apresentação. Esta abordagem permite a geração automática e transparente de interfaces de utilizador mais rápidas e fluídas, a partir do modelo de uma aplicação OutSystems. O modelo apresentado, em conjunto com a análise estática, permite identificar o subconjunto mínimo dos dados a serem transmitidos na rede para a execução de uma funcionalidade no servidor, e isolar a execução de código no cliente. Como resultado da utilização desta abordagem obtém-se uma diminuição muito significativa na transmissão de dados, e possivelmente uma redução na carga de processamento no servidor, dado que a geração das páginasWeb é delegada no cliente, e este se torna apto para executar código. Este modelo é definido sobre uma linguagem, inspirada na da plataforma OutSystems, a partir da qual é implementado um gerador de código. Neste contexto, uma linguagem de domínio específico cria uma camada de abstração entre a definição do modelo de uma aplicação e o respetivo código gerado, tornando transparente a criação de templates clientside e o código executado no cliente e no servidor.

ARZombie - Estudo e desenvolvimento de aplicações de realidade aumentada para tablet

Atualmente o universo das tecnologias móveis encontra-se numa constante e crescente popularização. É possível observar que os dispositivos móveis possuem cada vez mais utilidade e aplicabilidade no dia-a-dia, seja para ajudar os utilizadores no seu trabalho ou como forma de entretenimento. Assim, o interesse pelo desenvolvimento de sistemas de realidade aumentada, em aplicações móveis, tem vindo a aumentar significativamente. Estes sistemas, que integram a realidade com elementos virtuais, proporcionam ao utilizador uma interação fácil e segura, sem necessidade de conhecimento prévio desta tecnologia. Mesmo assim, ainda existem algumas limitações envolvendo questões de iluminação, do alinhamento feito com precisão entre a componente real e virtual e do correto seguimento de características interessantes do mundo real. Seguindo estas tendências, este trabalho tem como objetivo principal o estudo e o desenvolvimento de aplicações de realidade aumentada. Para este trabalho são utilizados os sistemas de deteção e de reconhecimento de faces como forma de solucionar as limitações mencionadas. Tendo em conta que a realidade aumentada também tem a capacidade de melhorar a experiência de jogo dos utilizadores, pretende-se explorar algumas possibilidades de aplicações de realidade aumentada através do desenvolvimento de um jogo para tablet. A solução proposta descreve o jogo ARZombie, onde o objetivo do utilizador é eliminar zombies que são detetados através da câmara do dispositivo. Em vez de usar marcadores, como forma de seguimento e alinhamento dos zombies, este jogo incorpora um sistema que integra a tecnologia de realidade aumentada com um sistema de deteção e reconhecimento facial, contribuindo na interação do jogador com a realidade e permitindo aumentar a experiência de utilização. O sistema implementado foi testado com utilizadores para avaliar esta técnica de interação e os componentes deste sistema foram avaliados relativamente ao seu desempenho, a fim de garantir a melhor experiência de jogo possível.

Desenvolvimento de um sensor colorimétrico em papel para a deteção de bactérias eletroquimicamente ativas

Bactérias eletroquimicamente ativas possuem a capacidade de transferir eletrões extracelularmente, durante a respiração celular. Esta característica tem sido atualmente explorada para aplicação na produção de eletricidade, tratamento de águas residuais, biorremediação e em diversas áreas da biotecnologia, onde a transferência eletrónica ocorre na presença de aceitadores insolúveis (tais como, óxidos metálicos e ânodos metálicos). Contudo, o número de espécies identificadas, isoladas e caracterizadas até à data é bastante reduzido. Os métodos atualmente disponíveis para deteção de bactérias eletroquimicamente ativas são morosos, dispendiosos e complexos de operar, tornando-se necessário o desenvolvimento de outros métodos mais rápidos, simples e menos dispendiosos que auxiliem na otimização das aplicações mencionadas. O objetivo principal deste trabalho foi o desenvolvimento de um sensor colorimétrico de papel utilizando um material eletrocrómico, trióxido de tungsténio, como camada ativa para a deteção destas bactérias. Para isso, foram definidos no papel poços delimitados por barreiras hidrofóbicas, através da impressão e difusão de uma camada de cera. As várias amostras de nanopartículas de WO3, sintetizadas por um método hidrotermal assistido por micro-ondas, foram depositadas nos poços por drop casting. As nanopartículas com estrutura cristalográfica hexagonal, impregnadas no sensor de papel, foram capazes de detetar com sucesso uma bactéria eletroquimicamente ativa, Geobacter sulfurreducens, desde uma fase de crescimento bastante inicial (Abs600 nm = 0,1, correspondente a 0,07 g/L com um rácio RGB de 1,10 ± 0,040) até à fase exponencial-tardia (Abs600 nm = 0,5, correspondente a 0,33 g/L com um rácio RGB de 1,33 ± 0,005), com P <0,0001. O sensor de papel e respetivo método de deteção colorimétrico desenvolvido neste trabalho, revelou ser sensível e específico à deteção destas bactérias, de uma forma rápida, simples e pouco dispendiosa.

Design e fabrico de novos eléctrodos impressos em papel para desenvolvimento de biossensores enzimáticos com aplicações biomédicas

Num mundo em crescente evolução é necessário tentar melhorar as condições de saúde global. Um factor importante para a prevenção e tratamento de doenças é o seu correcto diagnóstico. Uma vez que nem todos os países têm a mesma capacidade económica, existe a necessidade de se criar testes rápidos e baratos que possam ser acessíveis no mundo inteiro. Os point-of-care tests, como é o caso dos biossensores de glucose vastamente utilizados na monitorização da diabetes, apresentam uma solução para este problema. Os biossensores impressos em papel, em particular, são uma ferramenta que pode vir a ser muito útil na construção destes testes rápidos tornando-os mais “amigos do ambiente” e reduzindo os seus custos. O objectivo deste trabalho foi desenvolver biossensores enzimáticos, de segunda geração, impressos em papel e baseados na enzima glucose oxidase, para a detecção da glucose. Inicialmente foi feito um estudo de possíveis mediadores a utilizar, tendo-se escolhido o ferroceno por apresentar um limite de detecção adequado, ter apresentado um valor de potencial de redução relativamente baixo, 0.232 V vs pseudo ref. Ag/AgCl, ser um composto fácil de obter e com custos reduzidos. Os dispositivos baseiam-se em canais microfluídicos, eléctrodos e ligações eléctricas fabricadas em substrato de papel, utilizando as técnicas de impressão a cera, screen printing e inkjet printing. O circuito constituinte destes dispositivos foi feito recorrendo a tintas condutoras, sendo que, à tinta utilizada para o eléctrodo de trabalho foi incorporado o ferroceno. Sobre o eléctrodo de trabalho foi impressa glucose oxidase, utilizando a técnica de inkjet printing. Os eléctrodos fabricados apresentaram resposta à glucose, muito embora com baixa reprodutibilidade, podendo esta ser causada pela falta de controlo na preparação dos mesmos (manufactura manual e variabilidade da viscosidade da pasta usada no eléctrodo de trabalho). A técnica de inkjet printing em enzimas é ainda muito recente, existindo ainda alguns aspectos, como o seu efeito na actividade da enzima, que não foram avaliados neste projecto, mas que no futuro deverão ser estudados. Podemos concluir que, os eléctrodos deram uma resposta electroquímica consistente à adição de glucose, 8 mM- 30 mM, sendo que os mesmos foram reconhecidos no glucómetro comercial TRUETrackTM blood glucometer; no entanto, os valores de corrente dos dispositivos estavam abaixo do limite de detecção do instrumento.

A utilização das aplicações interativas no ensino e aprendizagem das equações do 1.º grau

Numa época em que existe uma grande diversidade de ferramentas tecnológicas ao nosso dispor, é imprescindível que se reflita sobre o seu contributo para o ensino e aprendizagem. Este estudo pretende analisar de que forma é que a exploração das applets pode contribuir para o ensino e aprendizagem das equações do 1.º grau. Especificamente, pretende-se estudar como é que as mesmas podem contribuir para que os alunos efetuem a passagem da aritmética para a álgebra, desenvolvam o conceito de incógnita e de equação e compreendam os princípios de equivalência. Na revisão da literatura fez-se referência ao pensamento de Vygotsky, nomeadamente os aspetos importantes no âmbito da educação, tais como, a Zona de Desenvolvimento Proximal e a Atividade Mediada. Também foi focado o ensino e a aprendizagem da álgebra e referidas as tecnologias de informação e comunicação. Neste estudo a metodologia utilizada foi de natureza qualitativa tentando-se descrever, analisar e compreender os processos realizados por quatro alunos do 7.º ano. Foram analisadas várias tarefas que envolveram a aplicação das applets relacionadas com o ensino e aprendizagem das equações do 1.º grau. Ao longo da implementação do estudo os alunos mostraram-se motivados para a aprendizagem das referidas equações e divertidos quando recorriam à utilização das applets. Por vezes, as mesmas apresentaram limitações, o que implicou a adaptação das estratégias e contribuiu para a reflexão sobre a importância do professor. Os resultados obtidos parecem indicar que as applets podem funcionar como instrumento mediador uma vez que os alunos conseguiram apropriar-se dos conceitos matemáticos através das mesmas. Parecem também reforçar a importância que se deve dar, no ensino e aprendizagem das equações do 1º grau, a tarefas que permitem aos alunos efetuar a passagem da aritmética para a álgebra e a tarefas que apelem à necessidade do uso natural dos princípios de equivalência para que os alunos compreendam a sua aplicação.

Exploração da linguagem Scala para suporte a aplicações paralelas

Nos anos mais recentes tem sido feita investigação no uso da Programação Orientada a Aspectos no suporte a computação paralela, nomeadamente para conseguir guardar as funcionalidades da mesma em módulos, algo que não é possível quando se utiliza Programação Orientada a Objectos. Um resultado desta investigação foi o desenvolvimento de uma aplicação, o ParJECoLi, desenvolvida usando a linguagem Java e recorrendo ao AspectJ para paralelizar a mesma. No entanto, durante essa mesma investigação, chegou-se à conclusão que o AspectJ apresenta algumas limitações na reutilização de módulos. Tendo em conta isso, surgiu a ideia de estudar uma outra linguagem de programação, conceptualmente diferente da usada na investigação. A linguagem Scala é conhecida por ter uma capacidade de composição modular flexível. Como tal parece interessante entender até que ponto é capaz de substituir AspectJ no suporte modular à computação paralela. Este projecto pretende aferir essa capacidade. Neste contexto, pretende-se usar o ParJECoLi como caso de estudo para dirigir comparações entre Scala e AspectJ.

Estudo fitoquímico de Solanum cernuum Vell. Síntese de cromóforos derivados de cumarinas com possíveis aplicações em dispositivos fotovoltaicos

A Parte I teve como objectivo a pesquisa de novos constituintes bioactivos da planta Solanum cernuum Vell. Identificaram-se, pela primeira vez no género Solanum, três triterpenos com um esqueleto de 31-norcicloartanona((+)-cicloeucalenona, (+)-24-oxo-31 norcicloartanona e (+)-24(1,3-dioxetano)-31-norcicloartanona) e quatro alcalóides com uma unidade (2-aminopirrolidin-1-il)carboxamidina acilada com o ácido isoferúlico assumindo configurações E e Z (cernumidina,isocernumidina, cernumidina B e isocernumidina B). A (+)-24-oxo-31-norcicloartanona apresentou actividade anti-neoplásica selectiva para as células de pulmão NCIH460, actividade anti-inflamatória relevante e uma inibição acentuada da expressão da COX-2. A (+)-24(1,3-dioxetano)-31-norcicloartanona apresentou também actividade para as células de leucemia K562. A cernumidina provocou inibição da interleuquina-8 (IL-8) em células do carcinoma do cólon HT-29 superior a 50%. Foram também identificados quercitrina, afzelina, hiperina, ácido ferúlico e Nacetildopamina. Na Parte II desenvolveram-se estudos sobre metodologias de síntese de novos cromóforos derivados da 7-amino-4-metilcumarina. Foi realizado um estudo da reacção de Buchwald-Hartwig para a introdução de grupo(s) electrodoador(es) na posição 7 e de um grupo electroatractor na posição 3 com rendimentos razoáveis. Foram obtidos os compostos 7-(4-metoxifenilamino)-4-metil-2H-cromen-2-ona, 4-metil-7-(fenilamino)- 2H-cromen-2-ona, 3-bromo-7-(4-metoxi-fenilamino)-4-metil-2H-cromen-2-ona e 3- bromo-4-metil-7-(fenilamino)- 2H-cromen-2-ona. Os espectros de absorção destes quatro cromóforos apresentaram c.d.o. máximos desviados para a zona do vermelho. Para a expansão do sistema π pela introdução de um grupo etinileno como ponte conjugada na posição 3 foi necessário a activação desta posição. Para tal, procedeu-se à bromação da N-(4-metil-2-oxo-2H-cromen-7-il)octanamida seguida da reacção de Sonogashira-Hagihara com o álcool propagílico. A oxidação posterior ao aldeído formou a N-(4-metil-2-oxo-3-(3-oxoprop-1- inil)2H-cromen-7-il)octanamida. Numa aproximação convergente foi testada a síntese do ácido 2-cianopent-2-en-4-óico (sem sucesso) para posterior reacção de Sonogashira-Hagihara com 3-bromo-N-(4-metil-2-oxo-2Hcromen-7-il)octanamida.