Implementação em hardware de uma Rede Neuronal com ummicroprocessador embebido em FPGA

O objectivo deste trabalho é a implementação em hardware de uma Rede Neuronal com um microprocessador embebido, podendo ser um recurso valioso em várias áreas científicas. A importância das implementações em hardware deve-se à flexibilidade, maior desempenho e baixo consumo de energia. Para esta implementação foi utilizado o dispositivo FPGA Virtex II Pro XC2VP30 com um MicroBlaze soft core, da Xilinx. O MicroBlaze tem vantagens como a simplicidade no design, sua reutilização e fácil integração com outras tecnologias. A primeira fase do trabalho consistiu num estudo sobre o FPGA, um sistema reconfigurável que possui características importantes como a capacidade de executar em paralelo tarefas complexas. Em seguida, desenvolveu-se o código de implementação de uma Rede Neuronal Artificial baseado numa linguagem de programação de alto nível. Na implementação da Rede Neuronal aplicou-se, na camada escondida, a função de activação tangente hiperbólica, que serve para fornecer a não linearidade à Rede Neuronal. A implementação é feita usando um tipo de Rede Neuronal que permite apenas ligações no sentido de saída, chamado Redes Neuronais sem realimentação (do Inglês Feedforward Neural Networks - FNN). Como as Redes Neuronais Artificiais são sistemas de processamento de informações, e as suas características são comuns às Redes Neuronais Biológicas, aplicaram-se testes na implementação em hardware e analisou-se a sua importância, a sua eficiência e o seu desempenho. E finalmente, diante dos resultados, fez-se uma análise de abordagem e metodologia adoptada e sua viabilidade.

Sistema de interrogação de sensores bioquímicos

Este documento reporta as fases de concepção, desenvolvimento e teste de uma unidade autónoma de interrogação de sensores bioquímicos, de custo reduzido e de fácil utilização, baseado na espectroscopia no domínio das frequências. Com este protótipo, é possível efectuar medições de concentrações bioquímicas de diferentes compostos, de acordo com a cabeça sensora utilizada. Devido ao número e à complexidade dos equipamentos de bancada necessários num esquema tradicional, este tipo de medições pode implicar um custo bastante elevado. Daí a importância deste projecto no desenvolvimento de uma alternativa que seja economicamente viável, utilizando novas técnicas de medição. Inicialmente este projecto começou por uma pesquisa significativa dos componentes electrónicos necessários para o desenvolvimento do sistema, seguindo-se uma escolha detalhada do material, de acordo com as características desejadas para o sistema. Um dos factores mais relevantes deste trabalho foi a introdução da instrumentação virtual, utilizada para controlar por intermédio de uma placa de aquisição de dados (DAQ), as componentes electrónicas do sistema e na implementação de um “lock-in” virtual, sendo este responsável pela recuperação dos sinais “enterrados” no ruído de fundo. O sistema desenvolvido é composto pelos seguintes módulos: O módulo de alimentação, que fornece as tensões e correntes para o funcionamento do sistema, o módulo de geração e modulação utilizado para gerar o sinal modulador e fornecer corrente ao LED, o módulo de detecção e amplificação, que recebe e eleva o nível do sinal emitido pela amostra, e por fim, o módulo de controlo e processamento, que recolhe esse sinal através da DAQ e processa-o por intermédio do “lock-in” virtual. Para avaliar o desempenho do sistema de interrogação foi estudada a resposta de um complexo de rutênio luminescente a diferentes temperaturas. São apresentados resultados em que o sistema desenvolvido é comparado com um sistema padrão e caracterizado face aos parâmetros do “lock-in” virtual, demonstrando-se as suas possibilidades e limitações.

Comparação de sistemas de programação

Este trabalho compara as soluções disponibilizadas pelos sistemas Derive 5.0, Maple 6 e Mathematica 4.0 para problemas que encontramos no ensino secundário e também nos primeiros anos da universidade. Procuramos destacar os aspectos distintos entre cada um dos programas ao mesmo tempo que fazemos referência aos pontos em que tudo se passa de forma semelhante. Esta dissertação aborda o cálculo numérico, o cálculo simbólico, a programação e os gráficos. Para cada um dos assuntos é estudada a forma como se podem resolver os problemas através dos três sistemas comparando-se estas soluções. Inicialmente, é feita uma abordagem que permite ao utilizador adquirir os conhecimentos básicos acerca dos diversos programas. Tratamos de seguida de algumas questões relacionadas com o cálculo numérico e com algumas funções nomeadamente da Teoria dos Números. Referimos listas e funções e são analisadas diversas formas de manipular listas e os seus elementos bem como algumas áreas da Análise Matemática das quais destacamos as equações, a derivação e a integração compreendendo cálculo numérico e cálculo simbólico. Examinamos um vasto conjunto de operações definidas sobre matrizes (representadas como listas de listas) e polinómios que abrangem as operações mais comuns de cada um dos campos. Analisamos também a programação recursiva, a programação imperativa, a programação funcional e a programação por regras de reescrita. A abordagem aqui adoptada foi a de fornecer ao utilizador as construções chave mais importantes que cada paradigma de programação utiliza bem como as informações básicas acerca do funcionamento de cada uma delas de modo a permitir a resolução dos problemas propostos. Por último os gráficos sobre os quais incidiu a nossa análise foram os de uma e de duas variáveis representados no referencial cartesiano, gráficos estes que são os mais utilizados quer ao nível do ensino superior quer ao nível do ensino secundário. A qualidade e a facilidade de obter rapidamente as representações dão outra dimensão ao estudo dos gráficos principalmente quando estamos a falar de gráficos a três dimensões. A ideia de animação gráfica é também aqui abordada sendo evidente os benefícios da utilização da mesma nos programas em que é possível efectuá-la. Concluímos que na programação o Mathematica destaca-se em relação aos demais o mesmo se passando no Maple no respeitante à representação gráfica. O Derive permite que durante o contacto inicial seja mais fácil trabalhar e aprender a linguagem própria.

Plataforma para o suporte de blended peer assisted learning

Este projecto foi realizado na Universidade da Madeira, no âmbito do Mestrado em Engenharia Informática e tem como título “Plataforma para o suporte de Blended Peer Assisted Learning”. Ao longo da nossa pesquisa sobre os vários métodos de aprendizagem online, deparamo-nos com uma grande lacuna que abrange a maior parte dos sistema de ensino assistidos por computador, ou seja, todas elas preocupam-se com a passagem de conhecimentos, mas raras são aquelas que têm em atenção o tipo de utilizador, qual a seu percurso académico e profissional, qual a metodologia que fará com que o mesmo capte melhor os conteúdos, etc. Com este objectivo em mente, e tendo em atenção as diversas plataformas e metodologias de ensino existentes, optou-se por elaborar uma arquitectura de uma plataforma capaz de centralizar na mesma, um conjunto de funcionalidades e metodologias que possibilitassem um acompanhamento mais específico do utilizador, proporcionando um maior conhecimento, através do qual poderia encaminhar o utilizador para a estratégia de aprendizagem que mais se adequasse a um utilizador com as suas características. Como se poderá constatar no decorrer desta dissertação, a plataforma desenhada e o módulo desenvolvido têm como base teórica o Peer Assisted Learning (PAL) e as suas estratégias de aprendizagem. O PAL é um conceito relativamente novo, que se encontra em plena ascensão, sendo cada vez maior o número de instituições/organizações que adoptam o PAL como metodologia de ensino para a formação dos seus membros. Este crescimento deve-se em grande parte às várias estratégias PAL que visam uma maior adequação ao tipo de utilizador, contribuindo assim para uma aprendizagem mais rápida e eficaz. Uma vez que a implementação da plataforma na sua totalidade seria de todo impossível, optouse por desenvolver apenas um dos módulos referente à estratégia de PAL – Peer Tutoring (PT). No final, o objectivo principal, passa não só por fornecer as bases necessárias ao desenvolvimento da referida plataforma, mas também pela disponibilização do módulo de PT que servirá de referência para o desenvolvimento das restantes estratégias. Tendo em atenção toda a investigação efectuada, facilmente se depreende as inúmeras vantagens que podem advir da utilização do PAL, das quais se salienta, a adequação da estratégia PAL mais indicada para cada tipo de utilizador.

Autoria e simulação de cenários de redes em NS-3

Este trabalho aborda a crescente necessidade de verificação e testes das redes antes da sua implementação no mundo real. Variáveis como o investimento, estudo qualidade-custo, questões de gestão, fiabilidade e tempo de vida útil são parte das principais preocupações associadas a existentes e futuras redes. É sobretudo neste âmbito que este projecto opera, fornecendo uma solução para uma optimização da autoria de cenários de redes visando a sua execução na ferramenta de simulação de redes NS-3. As tecnologias emergentes são os alvos mais comuns de ferramentas de simulação de redes e este facto é determinante ao decidir que simulador de redes usar para simular os seus cenários. Com este trabalho, o principal objectivo é fornecer aos utilizadores uma ferramenta colaborativa que permite descrever os seus próprios cenários de redes, baseando-se numa linguagem XML denominada por NSDL e traduzir esta estrutura XML para um script C++ que possa ser executado num ambiente evolucionário, como é o caso do NS-3. A solução proposta permite a rápida criação de cenários de redes através de estruturas de dados XML para posterior tradução para C++ e então, execução no NS-3. A maior problemática associada a esta solução é a necessidade de actualização constante em estruturas de validação e de tradução de documentos XML, aquando da actualização da ferramenta NS-3, o que tem vindo a acontecer muito frequentemente devido à sua própria evolução.

Aplicações de instrumentação virtual em metrologia e qualidade

Com a evolução constante da tecnologia, também a ciência da medição, ou Metrologia, necessita de processos de medição mais exatos e fiáveis, por vezes automatizados, de modo a ser possível fornecer informações mais corretas sobre uma determinada grandeza física. Entre estas informações destaca-se a incerteza de medição, que permite ao utilizador ter uma estimativa sobre qual o valor final da grandeza física medida, que com processos de medição mais complexos, tornam a sua obtenção mais difícil, sendo necessário, por vezes, a utilização de métodos computacionais. Tendo isto em conta, com esta dissertação pretende-se abordar o problema da automatização de processos de medição, bem como da obtenção de incertezas de medição que reflitam a natureza da grandeza física medida através de métodos computacionais. De modo a automatizar um processo de medição, mais concretamente da calibração de manómetros, utilizou-se o LabView para criar um instrumento virtual que permitisse ao utilizador, de forma simples e intuitiva, realizar o procedimento de calibração. Também se realizou outro instrumento virtual, de modo a permitir a obtenção simultânea de dados provenientes de dois equipamentos diferentes. Relativamente às incertezas de medição, utilizou-se o Método de Monte Carlo, implementado em MATLAB e Excel, de modo a obter o valor destas para a calibração de manómetros, de uma câmara geradora de humidade relativa e de um higrómetro de ponto de orvalho, sendo que os dois últimos possuem um modelo matemático complexo, sendo a análise analítica mais complexa e morosa. Tendo em conta os resultados obtidos, é possível afirmar que a criação de instrumentação virtual permite a adaptação, de uma forma simples, de vários processos de medição, tornando-os mais eficientes para além de reduzirem o erro do operador. Por outro lado, também é possível observar que a utilização de métodos computacionais, neste caso o Método de Monte Carlo, para estudo de incertezas de medição é uma mais valia, comparativamente ao GUM, permitindo umaa análise rápida e fiável de modelos matemáticos complexos.

Aplicação da engenharia natural na estabilização de taludes

Na presente dissertação iremos demonstrar alternativas viáveis presentes na engenharia natural. Apesar da apresentação destas técnicas, não queremos defender as soluções da engenharia natural em detrimento da engenharia tradicional. Assim, vão ser descritas técnicas em ambas as áreas para uma melhor compreensão das duas técnicas, de forma a garantir uma maior otimização dos recursos e do local de construção. O objetivo é fornecer alternativas adicionais, e incentivar uma integração entre as duas técnicas. Os sistemas vivos presentes no local de construção podem ser ótimos materiais de construção. Assim a engenharia natural e a utilização de materiais vivos, para aliviar problemas ambientais, como deslizamentos em encostas e margens fluviais são uma resposta viável para estes problemas. As ocorrências de deslizamentos de terra são muito comuns tal como os processos naturais em montanhas tectonicamente ativas, como nos Himalaias. Os taludes são áreas geralmente acentuadas, expostos a fenómenos erosivos e por isso comum a ocorrência de movimentos de vertente. Esta abordagem de estabilização de taludes requer uma verdadeira parceria entre várias disciplinas, incluindo geotecnia, hidrologia, geologia, biologia, engenharia civil, arquitetura e paisagística. Esta dissertação, visa fazer um estudo da problemática ligada à instabilidade de taludes, dando exemplos de algumas soluções realizáveis na área da engenharia natural para o controlo e estabilização de taludes e encostas.

Pontes metálicas em ambiente marítimo

O principal objectivo deste trabalho é fornecer um panorama geral sobre a metodologia a adoptar na reabilitação de pontes metálicas, em particular no que toca à avaliação de danos e reparação, e focar a importância destas obras de arte enquanto legado histórico. Neste sentido, primeiro é apresentada a evolução histórica das pontes metálicas, no mundo e em Portugal, particularmente ao nível de materiais e soluções estruturais. Em seguida, é apresentada uma síntese sobre os principais processos de deterioração e as metodologias a aplicar na reabilitação de pontes metálicas, incluindo a avaliação do estado de conservação e a reparação e protecção dos elementos metálicos. O capítulo da avaliação contém uma abordagem geral à inspecção visual, assim como aos métodos de ensaio não destrutivos e destrutivos que podem ser aplicados na avaliação do estado de conservação. O capítulo da reparação descreve os vários métodos de reparação, aspectos críticos da sua aplicação e campo de aplicação. No último capítulo, sintetizam-se os aspectos mais relevantes na protecção de elementos metálicos, fornecendo informação sobre os sistemas mais utilizados e indicações a ter em conta na sua selecção.

FXBus: uma aplicação móvel para combater a ansiedade de perder o autocarro

Os utilizadores de transportes públicos enfrentam dificuldades no seu dia-a-dia quando usam o autocarro para deslocar-se. Essas dificuldades passam por atrasos pessoais, por enganos na consulta dos horários das carreiras, entre outros, resultando na perda do autocarro. Este trabalho consistiu no desenvolvimento de uma aplicação móvel para a plataforma Android, tendo como principal objectivo fornecer ao utilizador uma ferramenta leve, rápida e útil para utilizar quando se encontra em movimento. O público-alvo desta aplicação são os utilizadores de transportes públicos da empresa Horários do Funchal, que necessitam de realizar deslocações frequentes, e não têm acesso constante à internet, dentro e fora de casa. Realizou-se uma pesquisa, através de um inquérito divulgado nas redes sociais, aos utilizadores de transportes públicos e, posteriormente, utilizou-se essa pesquisa no processo de brainstorming para construir as ideias para as funcionalidades da aplicação. Também se pesquisaram por outras aplicações com objectivos semelhantes e compararam-se essas com a aplicação desta dissertação. Posteriormente, implementou-se o primeiro protótipo e realizaram-se mais testes com novos utilizadores, que usaram a aplicação no seu dia-a-dia. Após se terem corregido os erros encontrados pelos utilizadores na aplicação, lançou-se uma versão beta online no mercado da Google Play. Os resultados obtidos com esta aplicação comprovam não só que existe a necessidade de uma aplicação destas no mercado, mas também permitiram ainda recolher dados sobre melhoramentos que podem ser feitos na mesma. Ao desenvolver esta aplicação pôde-se compreender as necessidades e as limitações que são impostas pelo cliente, como também colocar em prática os conhecimentos adquiridos ao longo do curso.

O Mosteiro de Santa Clara do Funchal: formação, evolução e atualidade

A presente relatório de estágio pretende desenvolver uma articulada memória descritiva e justificativa, sobre o Mosteiro de Santa Clara no Funchal, a partir da compilação do material pesquisado, na expectativa de contribuir para a valorização e salvaguarda deste ainda existente espaço religioso, cultural e educativo. O levantamento de dados sobre o tema, na sequência da pesquisa elaborada no âmbito do referido estágio, confirmara a importância deste magistral património construído, intensificando o empenho pela investigação nas variadas componentes analíticas e consolidando o gosto pelo trabalho na área da recuperação arquitetónica. Com o objetivo de compilar e fornecer apoio documental referenciado e necessário à preservação deste conjunto edificado, dissequei o corpo deste relatório em cinco capítulos estruturantes. Assim as análises incidiram sobre os aspetos religiosos, históricos, tipológicos, construtivos e artísticos, desde a formação primitiva até à atualidade. Concluída a caracterização geral do conjunto, procedeu-se à identificação de todos os outros conventos (demolidos e existentes), reunindo-se as relações e influencias que contribuíram para a história da ordem dos Frades Menores e subsequente segunda ordem Franciscana ou ordem de Santa Clara, na Ilha da Madeira. No capítulo da conclusão e em função dos objetivos do Mestrado em Gestão Cultural, aparecem algumas sugestões interventivas, com o intuito de valorizar as diversas valências em prática, através da requalificação da herança arquitetónica e religiosa, promovendo a produção cultural, museológica e a investigação histórica. Entre outras ideias surge neste sentido, um roteiro informativo para os visitantes durante o percurso.