Dynamic adaptation of interaction models for stateful web services

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Informática

Wireless triple play system

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

Produção de compósitos Alumínio/NiTi através do processo híbrido de fricção linear

Os compósitos inteligentes de matriz metálica (CIMM) têm sido intensamente explorados nas últimas décadas devido à capacidade destes sistemas poderem alterar as suas propriedades mediante um estímulo externo. As ligas de Níquel-Titânio (Ni-Ti) são materiais inteligentes e desempenham, maioritariamente, funções de atuação ou controlo de vibrações nos sistemas em que se inserem, permitindo que estes apresentem características funcionais. A soldadura por fricção linear (SFL) tem sido uma alternativa aos processos de soldadura por fusão para materiais difíceis de soldar como as ligas de alumínio (AA) ou ainda na ligação de materiais dissimilares. No entanto, devido à ocorrência de defeitos, gerados como consequência do deficiente fluxo visco-plástico produzidos pela SFL, surgiram novas variantes deste processo, como a SFL assistida por corrente elétrica (SFLACE), que, por efeito de Joule, provoca o aquecimento do material processado e, consequente, aumento do fluxo visco-plástico, diminuindo ou eliminando a presença de defeitos. Este trabalho incide na produção de CIMM utilizando chapas de AA1100 reforçadas com Ni-Ti por SFLACE em configuração de junta sobreposta. As interfaces e os fluxos de material resultantes foram analisados recorrendo às técnicas de microscopia ótica (MO), SEM, EDS e difração de raio-x (DRX). O controlo de vibrações do CIMM produzido foi também estudado através de ensaios de vibração à temperatura ambiente, bem como a temperaturas superiores à de fim da formação da fase austenítica, e efetuaram-se ensaios de flexão e pull-out com vista à caracterização mecânica. Observou-se que o compósito produzido apresenta um fator de amortecimento superior quando o reforço se encontra na fase martensítica. O ensaio de pull-out confirmou a existência da ligação entre a matriz e o reforço, igualmente observada por SEM. O compósito produzido apresenta uma forte ligação entre os materiais dissimilares, com franca melhoria no caso das amostras processadas com corrente elétrica, obtendo-se um material com características funcionais.

Extensão do SDK do Kinect: criação de uma biblioteca de gestos

As interfaces naturais têm ganho atenção crescente por parte da comunidade científica. Esta interação, nomeadamente baseada em gestos e voz, tem sido progressivamente mais usada para estabelecer a comunicação entre o homem e a máquina de forma natural. Em paralelo, têm surgido no marcado alguns novos dispositivos com o objetivo de suportar estas formas naturais de interface, entre eles, sensores de movimento. Esta dissertação tem como objetivo a proposta de algoritmos projetados para auxiliar o programador no reconhecimento de gestos, especificamente em dispositivos conhecidos como sensores de movimentos. Atualmente o programador tem o trabalho de desenvolver todo o código para adicionar reconhecimento de gestos à sua aplicação. A solução apresentada neste documento propõe um novo conjunto de métodos que visam a criação de uma biblioteca de gestos e a consequente capacidade de reconhecimento de gestos anteriormente armazenados. A validação deste trabalho consistiu na extensão do Software Development Kit (SDK) do dispositivo Kinect, de forma a adicionar ferramentas complementares, que permitam simplificar a definição e reconhecimento de gestos. A primeira parte consiste na captação e armazenamento de gestos, através do mapeamento de pontos, modelando os gestos e armazenando tal modelo. Esta primeira fase permite no desenvolvimento de um sistema a criação de uma biblioteca de gestos pré-definidos, como por exemplo os gestos da Língua Gestual Portuguesa. Numa segunda fase, a extensão do SDK auxilia também as tarefas de reconhecimento de gestos em tempo real, isto é, deteção do gesto que o utilizador de uma aplicação esteja a fazer e procura desse gesto na biblioteca.

Predictive analytical and numerical modeling for orthogonal cutting

In this thesis, a predictive analytical and numerical modeling approach for the orthogonal cutting process is proposed to calculate temperature distributions and subsequently, forces and stress distributions. The models proposed include a constitutive model for the material being cut based on the work of Weber, a model for the shear plane based on Merchants model, a model describing the contribution of friction based on Zorev’s approach, a model for the effect of wear on the tool based on the work of Waldorf, and a thermal model based on the works of Komanduri and Hou, with a fraction heat partition for a non-uniform distribution of the heat in the interfaces, but extended to encompass a set of contributions to the global temperature rise of chip, tool and work piece. The models proposed in this work, try to avoid from experimental based values or expressions, and simplifying assumptions or suppositions, as much as possible. On a thermo-physical point of view, the results were affected not only by the mechanical or cutting parameters chosen, but also by their coupling effects, instead of the simplifying way of modeling which is to contemplate only the direct effect of the variation of a parameter. The implementation of these models was performed using the MATLAB environment. Since it was possible to find in the literature all the parameters for AISI 1045 and AISI O2, these materials were used to run the simulations in order to avoid arbitrary assumption.

Plataforma smartphone para biossensores de espectroscopia de infravermelho próximo

O tema “Plataforma smartphone para biossensores de Espectroscopia de Infravermelho Próximo”, surge no âmbito da instrumentação médica, na área das BCI – Brain Computer Interfaces, devido à necessidade de encontrar um dispositivo portátil, de custo acessível e elevada performance que permita obter informação acerca da actividade neuronal do córtex motor no decorrer duma determinada tarefa. O objectivo do trabalho consiste no desenvolvimento duma sonda capaz de detectar as alterações hemodinâmicas que ocorrem no córtex, bem como toda a instrumentação inerente à aquisição do sinal e transmissão dos dados para um computador, a análise dos dados e por fim o desenvolvimento de uma aplicação em Android para visualização dos resultados. Foi desenvolvida uma banda para a cabeça, composta pela sonda NIRS: LEDs (Light-Emiting Diodes) de 940nm e 660nm e os respectivos fototransístores de detecção, bem como toda a electrónica de condicionamento do sinal captado. Num módulo à parte, alimentado por duas baterias de 9V, encontram-se os circuitos electrónicos onde é possível regular ganhos de amplificação e offsets. Os dados foram adquiridos pelo microcontrolador Arduíno Uno, usando uma taxa de amostragem de 50Hz em cada um dos dois canais utilizados. O controlo do Arduíno foi feito utilizando o LabVIEW. Para o processamento dos dados, visualização e cálculo das concentrações de oxi e desoxi-hemoglobina no sangue recorreu-se ao Matlab. O sistema foi calibrado com recurso a um oxímetro de pulso clínico usado em cinco indivíduos saudáveis. Finalmente o sistema foi testado ao colocar-se o sensor NIRS sobre o córtex motor esquerdo de nove indivíduos saudáveis destros, fazendo-se uma aquisição de dados durante dois minutos. Utilizou-se um paradigma de 10s de repouso seguido de 10s a abrir e fechar a mão. O sistema NIRS conseguiu medir as alterações que ocorrem nas concentrações de oxi e desoxi-hemoglobina devido à actividade motora de abrir e fechar a mão. Dado o princípio físico ser o mesmo do dos oxímetros convencionais, conseguiu-se ainda medir com sucesso a frequência cardíaca e a saturação percentual de oxigénio após a calibração do sensor. As medidas podem ser visualizadas numa aplicação desenvolvida para o Android. Os resultados sugerem que com esta abordagem, este tipo de dispositivo pode estar disponível a baixo custo quer para doentes quer para indivíduos saudáveis, por exemplo em aplicações de telemóvel.

A SDK improvement towards gesture support

Human-Computer Interaction have been one of the main focus of the technological community, specially the Natural User Interfaces (NUI) field of research as, since the launch of the Kinect Sensor, the goal to achieve fully natural interfaces just got a lot closer to reality. Taking advantage of this conditions the following research work proposes to compute the hand skeleton in order to recognize Sign Language Shapes. The proposed solution uses the Kinect Sensor to achieve a good segmentation and image analysis algorithms to extend the skeleton from the extraction of high-level features. In order to recognize complex hand shapes the current research work proposes the redefinition of the hand contour making it immutable to translation, rotation and scaling operations, and a set of tools to achieve a good recognition. The validation of the proposed solution extended the Kinects Software Development Kit to allow the developer to access the new set of inferred points and created a template-matching based platform that uses the contour to define the hand shape, this prototype was tested in a set of predefined conditions and showed to have a good success ration and has proven to be eligible for real-time scenarios.

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.

Método dos elementos aplicados na simulação numérica do arrancamento de armaduras

Uma das propriedades do betão armado que foi alvo de maior número de estudos, ao longo dos tempos, é a aderência. Esta é uma das propriedades mais importantes a considerar na construção, pois dela depende o desempenho e estabilidade de uma estrutura. Dada a sua importância, a aderência é a propriedade do betão armado mais estudada ao longo do tempo. A complexidade inerente a esta propriedade torna difícil de compreender e prever o comportamento estrutural. Esta dissertação pretende analisar a capacidade do Método dos Elementos Aplicados em simular o ensaio de arrancamento directo e de reproduzir modos de rotura. Este ensaio, denominado de pull-out test, estuda a aderência entre três materiais: o aço, o betão e o grout. Vários tipos de ligações, com diferentes modos de rotura, são simulados e comparados com um ensaio experimental referido na revisão bibliográfica. Assim, recorrer-se-á ao programa Extreme Loading for Structures, que tem como base o Método dos Elementos Aplicados. Através de uma análise de sensibilidade foi possível calibrar as propriedades dos diferentes elementos e das interfaces entre o betão, aço e grout, de modo a viabilizar o cálculo da força crítica das ligações e reproduzir os modos de rotura observados experimentalmente. Este trabalho pretende dar uma contribuição ao conhecimento no âmbito da simulação numérica, em relação a este tipo de ligações, e ajudar à criação de modelos numéricos fiáveis e eficientes de fácil e rápida execução. Esta dissertação permite concluir que o Método dos Elementos Aplicados, apresenta-se como uma boa solução para o estudo deste tipo de ligações. Os resultados numéricos tiveram uma boa aproximação dos resultados experimentais. Em conformidade com a análise experimental, as ligações com bainha de pré-esforço e comprimento de embebimento a partir de 15 cm são as que melhor desempenho têm ao nível da resistência.

“O Código Pitágoras”: um jogo educativo para alunos cegos e amblíopes

Devido à crescente popularização dos computadores pessoais, estes encontram-se fortemente enraizados na nossa vida quotidiana. Para muitas pessoas, em particular as mais jovens, o computador já se tornou uma ferramenta de trabalho, uma fonte de informação ou até uma forma de entretenimento indispensável ao seu dia-a-dia. Por estas razões os computadores oferecem-nos boas oportunidades de expansão em diversos contextos, nomeadamente no ensino escolar e na inclusão social. Vários estudos afirmam que o uso de vídeo jogos na educação traria muitos benefícios ao processo de aprendizagem, pois permitiriam formas de ensino mais motivadoras e adaptáveis aos comportamentos sociais das crianças e jovens de hoje. No entanto há que ter diversos cuidados, caso contrário, corre-se o sério risco de tornar o jogo um motivo de desconcentração e não numa ferramenta de estudo. Para tal é importante encontrar métodos que façam a distinção entre os alunos que decoraram as soluções do jogo por jogarem frequentemente, dos que arriscam nas respostas sempre que jogam e dos alunos que vão adquirindo conhecimentos de cada vez que jogam, premiando estes últimos em detrimento dos dois primeiros. A forte presença do computador no dia-a-dia torna-o também um importante veículo para a inclusão de pessoas com deficiências visuais. No entanto como a interacção com o computador é normalmente muito exigente a nível visual, se as aplicações não forem bem desenhadas podem aumentar a disparidade entre os utilizadores visuais e os utilizadores invisuais. Assim é fundamental perceber o impacto das diferenças individuais e a sua relação com as exigências das interfaces, sobretudo nos vídeo jogos onde a principal forma de output é visual. Isto permitirá o desenvolvimento de soluções de interacção adequadas aos utilizadores invisuais, conferindo-lhes assim uma melhor forma de inclusão. Nesta dissertação desenvolveu-se um vídeo jogo educativo para a aprendizagem de matemática, adaptado para ser jogado por alunos cegos e amblíopes do 9º ano de escolaridade. O jogo reúne elementos apropriados para a idade dos jogadores, tal como a história de aventura/caça ao tesouro e personagens com quem se podem identificar, contribuindo para uma maior motivação dos alunos ao jogarem “O Código Pitágoras”. Apesar de se tratar de um jogo acessível para jovens invisuais, este também pode ser jogado por alunos normovisuais devido à sua componente gráfica. Desta forma contribui-se para uma maior integração dos alunos cegos e amblíopes nas suas turmas e na sociedade em geral, permitindo-lhes em simultâneo acesso às mesmas oportunidades que os colegas normovisuais. Os principais objectivos a atingir são: que o jogo seja de facto uma ferramenta útil ao ensino; que todos os seus conteúdos jogáveis possam ser acedidos por crianças com deficiência visual e que o mesmo seja considerado pelos seus utilizadores como um vídeo jogo normal.

Kinect-sign

A nova era da informação que se está a assistir tem possibilitado a criação de novas e vastas coleções de intelecto virtual, como por exemplo o Wikipedia, Corsera, entre outros. Estas ferramentas vieram possibilitar a procura por cultura, resoluções de problemas do quotidiano, novos métodos de aprendizagem, por parte da sociedade em geral. Porém, como é habitual, tem-se vindo a verificar uma certa dificuldade inerente por parte de certas minorias sociais, que não possuem as mesmas capacidades de um indivíduo “normal“. Esta dissertação tem como objetivo a criação de uma ferramenta, em formato de jogo sério, para apoiar o ensino de Língua Gestual Portuguesa a um público ouvinte o -“Kinect Sign”. Com este estudo pretende-se explorar as mais recentes ferramentas de desenvolvimento de jogos, mais conhecidas como Authoring Tools e a sua integração com Natural User interfaces, concretamente o sensor Kinect. A solução apresentada neste documento propõe a utilização desta ferramenta a todos os indivíduos iniciantes que necessitem de uma introdução a esta forma de comunicação, para tornar um pouco menos agressiva a entrada no complexo mundo da linguagem gestual. A validação deste trabalho consistiu no desenvolvimento de um jogo protótipo que incentive os jogadores a aprenderem enquanto jogam. Analisaram-se problemas e tecnologias atuais para se chegar a uma estruturação semelhante a um jogo comum disponível em qualquer superfície comercial e websites dedicados ao género. Posterior apresentação a uma população selecionada a fim de analisar a sua opinião e utilidade do modelo desenvolvido, seguindo-se a resposta a um pequeno questionário.

A domain specific language for domotic systems

To cope with modernity, the interesting of having a fully automated house has been increasing over the years, as technology evolves and as our lives become more stressful and overloaded. An automation system provides a way to simplify some daily tasks, allowing us to have more spare time to perform activities where we are really needed. There are some systems in this domain that try to implement these characteristics, but this kind of technology is at its early stages of evolution being that it is still far away of empowering the user with the desired control over a habitation. The reason is that the mentioned systems miss some important features such as adaptability, extension and evolution. These systems, developed from a bottom-up approach, are often tailored for programmers and domain experts, discarding most of the times the end users that remain with unfinished interfaces or products that they have difficulty to control. Moreover, complex behaviors are avoided, since they are extremely difficult to implement mostly due to the necessity of handling priorities, conflicts and device calibration. Besides, these solutions are only reachable at very high costs, yet they still have the limitation of being difficult to configure by non-technical people once in runtime operation. As a result, it is necessary to create a tool that allows the execution of several automated actions, with an interface that is easy to use but at the same time supports all the main features of this domain. It is also desirable that this tool is independent of the hardware so it can be reused, thus a Model Driven Development approach (MDD) is the ideal option, as it is a method that follows those principles. Since the automation domain has some very specific concepts, the use of models should be combined with a Domain Specific Language (DSL). With these two methods, it is possible to create a solution that is adapted to the end users, but also to domain experts and programmers due to the several levels of abstraction that can be added to diminish the complexity of use. The aim of this thesis is to design a Domain Specific Language (DSL) that uses the Model Driven Development approach (MDD), with the purpose of supporting Home Automation (HA) concepts. In this implementation, the development of simple and complex scenarios should be supported and will be one of the most important concerns. This DSL should also support other significant features in this domain, such as the ability to schedule tasks, which is something that is limited in the current existing solutions.

m-SportGIS

Information technologies (ITs), and sports resources and services aid the potential to transform governmental organizations, and play an important role in contributing to sustainable communities development, respectively. Spatial data is a crucial source to support sports planning and management. Low-cost mobile geospatial tools bring productive and accurate data collection, and their use combining a handy and customized graphical user interface (GUI) (forms, mapping, media support) is still in an early stage. Recognizing the benefits — efficiency, effectiveness, proximity to citizens — that Mozambican Minister of Youth and Sports (MJD) can achieve with information resulted from the employment of a low-cost data collection platform, this project presents the development of a mobile mapping application (app) — m-SportGIS — under Open Source (OS) technologies and a customized evolutionary software methodology. The app development embraced the combination of mobile web technologies and Application Programming Interfaces (APIs) (e.g. Sencha Touch (ST), Apache Cordova, OpenLayers) to deploy a native-to-the-device (Android operating system) product, taking advantage of device’s capabilities (e.g. File system, Geolocation, Camera). In addition to an integrated Web Map Service (WMS), was created a local and customized Tile Map Service (TMS) to serve up cached data, regarding the IT infrastructures limitations in several Mozambican regions. m-SportGIS is currently being exploited by Mozambican Government staff to inventory all kind of sports facilities, which resulted and stored data feeds a WebGIS platform to manage Mozambican sports resources.

Characterization of molecular damage induced by UV photons and carbon ions on biomimetic heterostructures

The study of the effect of radiation on living tissues is a rather complex task to address mainly because they are made of a set of complex functional biological structures and interfaces. Particularly if one is looking for where damage is taking place in a first stage and what are the underlying reaction mechanisms. In this work a new approach is addressed to study the effect of radiation by making use of well identified molecular hetero-structures samples which mimic the biological environment. These were obtained by assembling onto a solid support deoxyribonucleic acid (DNA) and phospholipids together with a soft water-containing polyelectrolyte precursor in layered structures and by producing lipid layers at liquid/air interface with DNA as subphase. The effects of both ultraviolet (UV) radiation and carbon ions beams were systematically investigated in these heterostructures, namely damage on DNA by means vacuum ultraviolet (VUV), infrared (IR), X-Ray Photoelectron (XPS) and impedance spectroscopy. Experimental results revealed that UV affects furanose, PO2-, thymines, cytosines and adenines groups. The XPS spectrometry carried out on the samples allowed validate the VUV and IR results and to conclude that ionized phosphate groups, surrounded by the sodium counterions, congregate hydration water molecules which play a role of UV protection. The ac electrical conductivity measurements revealed that the DNA electrical conduction is arising from DNA chain electron hopping between base-pairs and phosphate groups, with the hopping distance equal to the distance between DNA base-pairs and is strongly dependent on UV radiation exposure, due loss of phosphate groups. Characterization of DNA samples exposed to a 4 keV C3+ ions beam revealed also carbon-oxygen bonds break, phosphate groups damage and formation of new species. Results from radiation induced damage carried out on biomimetic heterostructures having different compositions revealed that damage is dependent on sample composition, with respect to functional targeted groups and extent of damage. Conversely, LbL films of 1,2-dipalmitoyl-sn-Glycero-3-[Phospho-rac-(1-glycerol)] (Sodium Salt) (DPPG) liposomes, alternated with poly(allylamine hydrochloride) (PAH) revealed to be unaffected, even by prolonged UV irradiation exposure, in the absence of water molecules. However, DPPG molecules were damaged by the UV radiation in presence of water with cleavage of C-O, C=O and –PO2- bonds. Finally, the study of DNA interaction with the ionic lipids at liquid/air interfaces revealed that electrical charge of the lipid influences the interaction of phospholipid with DNA. In the presence of DNA in the subphase, the effects from UV irrladiation were seen to be smaller, which means that ionic products from biomolecules degradation stabilize the intact DPPG molecules. This mechanism may explain why UV irradiation does not cause immediate cell collapse, thus providing time for the cellular machinery to repair elements damaged by UV.