Hovercraft telemanipulation virtual models and interface design

A control system was designed to allow humans to manually drive an, usually automatic, two wheeled hovercraft. The size, the mass and the way of driving this vehicle proves to be an issue for the everyday, untrained person to achieve. During this thesis several control layouts were designed with the objective of creating an intuitive and easy way of driving such a vehicle. At the end two where usertested using a simulation (also developed during this thesis) of the said hovercraft set against obstacles similar to those expected to be encountered on its real environment. The two layouts are just slightly apart in performance but numerous issues were found that can be used to redesign a better control layout. This means that no definitive winner was found but a foundation for a better design was indeed found.

A situation awareness interface for a bi-wheeled industrial hovercraft: design, development and evaluation

The intention of this thesis is to develop a prototype interface that enables an operator to control a bi-wheeled industrial hovercraft that will work within a fusion power plant if the automation system fails. This fusion power plant is part of the ITER project a conjoint effort of various industrialized countries to develop cleaner sources of energy. The development of the interface prototype will be based on situation awareness concepts, which provide a means to understand how human operators perceive the world around, then process that information and make decisions based on the knowledge that they already have and the projected knowledge of the reactions that will occur in the world in response to the actions the operator makes. Two major situation awareness methods will be used, GDTA as a means to discover the requirements the interface needs to solve, and SAGAT to conduct the evaluation on the three interfaces. This technique can isolate the differences an operator has in situation awareness when presented with relevant information given by each of the three interfaces that were built for this thesis. Where the first interface presents the information within the operator’s focal point of view in a pictorial style, the second interface shows the same information within the same point of view has the first interface but only shows it in a textual manner. While the third interface shows the relevant information in the operator’s peripheral field of view. Also SAGAT can provide insight on the question to know if providing the operator with feed-forward information about the stoppage distances of the bi-wheeled industrial hovercraft has any effect on the operator’s decision making.

An online platform for real-time sensor data collection, visualization, and sharing

Sharing sensor data between multiple devices and users can be^challenging for naive users, and requires knowledge of programming and use of different communication channels and/or development tools, leading to non uniform solutions. This thesis proposes a system that allows users to access sensors, share sensor data and manage sensors. With this system we intent to manage devices, share sensor data, compare sensor data, and set policies to act based on rules. This thesis presents the design and implementation of the system, as well as three case studies of its use.

Monitorização de provas de educação física

O presente trabalho tem por objectivo desenvolver um sistema de monitorização de provas de educação física e do ambiente circundante. Neste projecto desenvolveu-se um protótipo para uma Rede de Sensores Sem Fios (RSSF) que realiza a monitorização, em tempo real, do esforço e desempenho da actividade física dos atletas e das características físicas do ambiente. Estudou-se o funcionamento das RSSF, baseadas no protocolo ZigBee, e foram desenvolvidos módulos de monitorização de atletas e ambiente que integram esta tecnologia como meio de comunicação. O módulo de monitorização de atletas é composto por acelerómetro, sensor de batimento cardíaco e GPS. Inclui um serviço de localização secundário a partir do received signal strenght indicator (RSSI) caso o serviço de GPS estiver indisponível. O módulo de monitorização ambiental é composto por vários sensores que monitorizam: humidade, temperatura, luminosidade, monóxido de carbono, dióxido de carbono e oxigénio. Cada módulo de monitorização ambiental foi munido com Bluetooth, por forma a que os atletas, sempre que no alcance da rede, possam com o próprio telemóvel consultar o valor actual dos parâmetros ambientais e a sua localização. Estes dados são medidos e transmitidos periodicamente, em tempo real, pela rede ZigBee para uma estação base acoplada a um computador. Os dados são armazenados e processados e os resultados são disponibilizados através de uma aplicação no computador local e de uma página na Internet. Neste trabalho verifica-se que a RSSF, que utiliza o protocolo ZigBee, é capaz de realizar comunicação entre atletas, sensores ambientais e computador com baixo consumo energético, optimizando a autonomia pretendida. Este sistema de RSSF integrado com a tecnologia sensorial actual, permite o desenvolvimento de módulos com um elevado nível de funcionalidades em dimensões relativamente reduzidas.

Social fabrics

Existing wearable computing research and indeed commercial products, have explored how to control phones and music players in pockets. They have typically relied on interaction via simple flexible button sensors. This thesis proposes, design and develops new ways of interacting which explore the potential of clothes, such as pulling or stretching. Its aim to present and demonstrate the value of embodied and intuitive inputs based on standard clothing elements such as zips, fasteners, beads, Velcro and magnets. Individual interactions for each are described and discussed before a final combination application, the MusicHoodie, which is developed to control an MP3 player. A simple usability test on this system reveals a range of interesting and promising results about which were the most acceptable and understandable inputs. This thesis closes with a discussion of the implications and contributions of the work it presents.

Sistema autónomo de alimentação para monitorização ambiental

Este projecto tem como principal objectivo a criação de sistemas autónomos de^alimentação para redes de sensores sem fios (RSSF) que prolonguem a autonomia das mesmas. Considerando que, geralmente, a alimentação das RSSF é fornecida por baterias e devido à limitação que estas impõem a nível de durabilidade e autonomia é crucial desenvolver sistemas capazes de captar e armazenar energia ambiental de modo a disponibilizá-la aos nós sensores quando estes necessitarem. Assim sendo, este projecto apresenta três protótipos cujo intuito visa prolongar a longevidade dos nós sensores. Nesta conformidade recorreu-se ao aproveitamento da energia produzida pelo sol, vento e cursos de água. Foram estudados dois protótipos solares, um com ligação directa ao elemento de armazenamento e o outro com um circuito que deve transferir o máximo de potência fornecida pela fonte. Para o aproveitamento do fluxo de ar foi desenvolvido um pequeno gerador trifásico com uma estrutura de captação de energia segundo o modelo de pás do aerogerador Savonius. As características (tensão e corrente) foram analisadas com o objectivo de poder desenvolver um circuito de controlo de carga para as baterias. O último sistema de controlo foi dirigido ao aproveitamento da água proveniente das levadas ou ribeiras. Este sistema também é composto por um pequeno gerador trifásico ao qual foi associado um sistema de pás do tipo Pelton. Este protótipo foi proposto para situações em o caudal à saída de um reservatório se mantém constante evitando desta forma, a necessidade de utilização de elementos de armazenamento de energia Todos os sistemas possuem circuitos que permitem a monitorização de variáveis fundamentais para a avaliação dos mesmos. Para a transferência de dados foi utilizada uma rede de sensores sem fios, com recurso a um rádio XBee. Estes dados são encaminhados para uma base de dados presente na estação central. Após todo o tratamento de dados, a informação é disponibilizada através de uma página da Internet.

Framework para o desenvolvimento e integração de aplicações de realidade virtual, realidade aumentada e multimédia

Os ambientes virtuais têm sido cada vez mais utilizados nas mais diferentes áreas, quer na medicina, engenharia civil ou até mesmo em áreas terapêuticas. Devido à sua emergente utilização foi estabelecido em parceria com o Museu da Baleia, através de várias reuniões, que seria viável a modelação de cenários virtuais, onde se desenvolvessem animações, com o intuito de que representassem o ciclo de vida das baleias cachalotes. Esta escolha foi efectuada de forma a envolver várias temáticas relacionadas com as baleias cachalotes, desde a migração, os problemas relacionados com o lixo no fundo do mar, etc. De seguida, foi construída uma Framework para incorporação destas animações (vídeos) e realização de actividades utilizando diferentes tipos de médias, Realidade Virtual e Realidade Aumentada, tornando desta forma as actividades mais interactivas, estimulantes e atractivas. Para a execução destas etapas do projecto foi decidido utilizar a ferramenta 3ds Max para a modelação dos objectos que iriam compor os cenários virtuais, bem como a sua animação. Para a implementação da Framework foi decidido utilizar o Adobe Flash visto ser uma ferramenta que permite a incorporação de diferentes tipos de médias, de Realidade Virtual, Realidade Aumentada e possibilita a construção de uma interface simples e atractiva. Esta Framework foi desenvolvida para que no futuro seja possível ser modificada, isto é, para que seja capaz de efectuar a incorporação de outros tipos de conteúdos, assim como a edição dos que já estão implementados.

Combating shoulder-surfing: a hidden button gesture based scheme

This project describes an authentication technique that is shoulder-surfing resistant. Shoulder surfing is an attack in which an attacker can get access to private information by observing the user’s interaction with a terminal, or by using recording tools to record the user interaction and study the obtained data, with the objective of obtaining unauthorized access to a target user’s personal information. The technique described here relies on gestural analysis coupled with a secondary channel of authentication that uses button pressing. The thesis presents and evaluates multiple alternative algorithms for gesture analysis, and furthermore assesses the effectiveness of the technique.

A Matemática e as suas conexões com o quotidiano: à descoberta da Matemática no dia-a-dia

O presente relatório foi elaborado no âmbito do Mestrado em Ensino de Matemática do 3º Ciclo do Ensino Básico e Secundário, no ano lectivo de 2010/2011. Este estudo tem como objectivo descrever o trabalho realizado por mim e pelo meu grupo de estágio ao longo de todo o estágio pedagógico, assim como analisar e reflectir sobre as conexões que o processo ensino/aprendizagem poderá estabelecer entre a Matemática e o dia-a-dia dos educandos. Como vivemos num mundo global e multicultural, repleto de contínuas mudanças, torna-se importante reflectir sobre a Matemática e as suas aplicações no mundo em que vivemos, uma vez que esta ciência goza de diversas conexões com o quotidiano. Deste modo, com o presente trabalho pretende-se procurar e demonstrar evidências de que a Matemática é um conhecimento que encontra-se presente em tudo o que nos rodeia, sendo imprescindível demonstrar aos alunos e à sociedade as suas conexões e utilidades na vida quotidiana. Assim, estaremos a contribuir para que estes vejam a Matemática como um saber que permite a evolução do mundo e da mente humana representando esta ciência, um património mundial.

Materiais manipuláveis usados em sala de aula de matemática na aprendizagem dos conteúdos programáticos do 7º ano

Este trabalho foi elaborado com o objectivo reflectir e descrever o meu estágio do curso de Mestrado de Ensino em Matemática do 3.º Ciclo do Ensino Básico e Secundário, no Ano Lectivo 2010/2011. O tema escolhido foi a utilização dos materiais manipuláveis em sala de aula de Matemática, nas turmas do 7.º 5 e 7.º 6, da Escola Básica do 2.º e 3.º Ciclos de São Roque. O uso de materiais manipuláveis foi uma ajuda fundamental para reflectir quanto à metodologia feita do tipo qualitativa aos alunos envolvidos ao longo do processo da aprendizagem de alguns conteúdos do novo programa de 7.º Ano, com o cuidado particular de preparar as propostas de trabalho segundo as capacidades transversais publicadas no projecto das Metas de Aprendizagem para o 3.º Ciclo, homologado em 2007 e implementado no ano lectivo 2010/2011, pelo Ministério da Educação.

Materiais manipuláveis no processo ensino/aprendizagem da matemática: aprender explorando e construindo

O presente relatório surgiu no âmbito do Mestrado em Ensino de Matemática do 3º Ciclo do Ensino Básico e Secundário da Universidade da Madeira no ano letivo de 2011/ 2012 e tem como principal objetivo relatar, de forma clara e sucinta, o trabalho desenvolvido ao longo do estágio pedagógico, bem como analisar e compreender de que forma os materiais manipuláveis poderão contribuir para a aprendizagem da Matemática. Cada vez mais, verifica-se um enorme esforço e preocupação, por parte dos docentes e da comunidade escolar, em encontrar meios para incentivar os alunos a aprender. E, devido às exigências da sociedade atual, nasce a necessidade de construir novos contextos de aprendizagem, de acordo com as novas modalidades, para desta forma se alcançar um ensino/ aprendizagem de qualidade. Como tal, muitos são os desafios colocados ao professor, cujo dever consiste em encontrar resposta para as seguintes questões: Como devemos ensinar Matemática? Quais são as melhores estratégias para motivar o aluno? Como ensiná-lo a pensar e a ser autónomo? Contudo, desde os primeiros anos de escolaridade, existe uma preocupação crescente em associar os conteúdos aprendidos na escola com os objetos do dia-a-dia dos alunos, para que desta forma estes sintam uma maior proximidade com os conteúdo, associando-os a algo que lhes é familiar. Deste modo, no ensino/ aprendizagem da Matemática é importante a utilização de materiais manipuláveis, na procura e na construção de conceitos, uma vez que, a partir destes, o aluno cria uma maior ligação entre o concreto e o abstrato, compreendendo mais facilmente os conteúdos matemáticos trabalhados.

Robótica educacional: uma metodologia educacional no estudo de funções de 7º ano

O presente estudo foi baseado na introdução de robots no ensino da Matemática, mais propriamente no desenvolvimento da aprendizagem de tópicos e conceitos matemáticos em contexto de sala de aula. Os robots foram utilizados como elementos mediadores entre o aluno e a Matemática. A introdução da robótica na educação é aplicada com o objectivo de aumentar o rendimento e o grau de aprendizagem dos alunos. Este método de ensino é designado de Robótica Educacional ou Pedagógica. A investigação recaiu sobre o estudo das funções de 7º ano de escolaridade sendo desenvolvido em duas turmas. Seguindo uma metodologia qualitativa, procurarei descrever, analisar e compreender a actividade desenvolvida pelos alunos ao longo da realização das tarefas. O estudo foi baseado em três tarefas, uma de carácter introdutório e as outras duas recaindo sobre a noção de função e conceito de proporcionalidade como função. O desenvolvimento de tarefas através da utilização de robots desencadeou em grande parte dos alunos uma maior motivação e cooperação, levando ao que muitos autores chamam de conhecimento como construção. Este conhecimento é adquirido pelo aluno por meio de um trabalho activo de acção e reflexão. Os conceitos trabalhados são aprendidos de uma forma significativa e dificilmente será esquecida ao longo do seu percurso escolar.

Educação matemática crítica: a sua importância na formação de uma sociedade do futuro

Este trabalho foi elaborado no âmbito do Mestrado de Ensino de Matemática do 3º Ciclo do Ensino Básico e Secundário da Universidade da Madeira, no ano lectivo de 2010/2011. Tem como grandes objectivos apresentar, de forma sucinta, o trabalho desenvolvido pelo grupo de estágio ao longo do estágio pedagógico e analisar a importância da educação^matemática crítica na formação de cidadãos críticos e conscientes. Assim, no estudo realizado procuraremos compreender o modo como os alunos reagem e aplicam os seus conhecimentos matemáticos quando se encontram em contextos sociais. Neste trabalho alertamos para os perigos de uma sociedade cegamente obediente e abordaremos ainda de que forma a educação matemática crítica poderá desenvolver o sentido crítico dos alunos e exploraremos a importância da investigação na educação matemática. Para isso, incentivaremos os alunos a explorarem e analisarem vários anúncios publicitários e cartazes políticos e tirarem as suas conclusões acerca dessas informações, tomando desta forma uma decisão consciente em relação a essa informação.

Instrumentos de avaliação ao serviço da aprendizagem em estatística

Este relatório tem como objetivos apresentar uma reflexão sobre a minha experiência profissional ao longo de nove anos de serviço como docente de Matemática e analisar o impacto de alguns instrumentos de avaliação na aprendizagem dos alunos no tema da Estatística. Para realizar esta investigação foi selecionada uma turma de um curso profissional, em que quase todos os alunos revelavam dificuldades de aprendizagem em Matemática. Neste estudo, optou-se por uma metodologia de natureza qualitativa de caráter interpretativo. Os instrumentos de avaliação usados na sala de aula e que foram alvo de análise neste estudo foram os seguintes: testes em duas fases, trabalhos escritos e uma apresentação oral. Com estes instrumentos foi possível identificar as principais dificuldades dos alunos. Assim, verificou-se que os alunos revelaram dificuldades em mobilizar os conceitos estatísticos para contextos reais, em usar conceitos e factos estatísticos como argumentos para fundamentar uma dada tomada de posição, em comunicar as suas ideias e também em assimilar alguns conceitos, como por exemplo, o desvio padrão. Ter usado diversos instrumentos de avaliação, contribuiu para que os alunos superassem algumas dessas dificuldades e também permitiu o desenvolvimento de várias capacidades e competências, como a capacidade para comunicar ideias ou opiniões oralmente ou por escrito; em usar a tecnologia para calcular medidas estatísticas ou usar modelos matemáticos que ajudou a interpretar a realidade. Também contribuiu para que os alunos se tornassem mais letrados estatisticamente e, desta forma, cidadãos mais informados e críticos, com maior capacidade para intervir no meio social.

O ensino da matemática num percurso curricular alternativo

Este relatório tem como tema “O Ensino da Matemática num Percurso Curricular Alternativo” e foi elaborado no âmbito do Mestrado em Ensino da Matemática no 3º Ciclo do Ensino Básico e Secundário, da Universidade da Madeira, no ano letivo 2011/2012. Os alunos que frequentam um Percurso Curricular Alternativo (PCA) encontram-se dentro da escolaridade obrigatória mas apresentam insucesso escolar repetido e, a maioria,risco de abandono escolar. Além disso, registam dificuldades na aprendizagem o que provoca desmotivação, baixa autoestima e falta de expetativas face ao futuro. Assim, é necessário que os professores consigam motivá-los, diversificando as atividades, relacionando-as, sempre que possível, com o dia-a-dia. O estudo realizado incidiu sobre duas turmas de 3º ciclo, uma de 8º ano e outra de 9º ano. Sugeriu-se à turma de 8º ano, uma atividade de investigação sobre o tarifário de telecomunicações, mais barato e adequado ao perfil de cada um, incentivando os alunos à procura da informação necessária, à análise e crítica da mesma e, por fim, à tomada de decisão. À turma de 9º ano foi sugerido um trabalho de pesquisa com a finalidade de relacionarem a matemática escolar com a matemática utilizada pelos pedreiros. Para estudar e compreender como os alunos aprendem matemática, relacionando a cultura do quotidiano com a cultura escolar, explorarei a importância da investigação na Educação Matemática Crítica e na Etnomatemática.