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.

Desenvolvimento de uma metodologia analítica para determinação de aminas biogénicas em tunídeos

A presença de aminas biogénicas em alimentos é um ponto crítico da segurança alimentar dada a sua implicação em fenómenos de intoxicações alimentares. Com a realização deste trabalho pretendeu-se contribuir para um melhor esclarecimento desta temática, actuando-se a dois níveis: numa primeira fase procedeu-se ao desenvolvimento e validação de uma nova metodologia analítica para a determinação simultânea de quatro aminas biogénicas (histamina, cadaverina, tiramina e triptamina) presentes no pescado; numa segunda fase procedeu-se à quantificação dos teores das aminas biogénicas em amostras de tunídeos. O desenvolvimento da metodologia quantitativa baseou-se na utilização da técnica de cromatografia líquida acoplada à espectrometria de massa em tandem (LC-MS/MS), tendo a preparação dos extractos para análise envolvido a extracção das aminas biogénicas do músculo de tunídeos com ácido clorídrico e a purificação dos extractos obtidos por SPE. Como qualquer outro método cromatográfico, a metodologia de LC-MS/MS desenvolvida exigiu a optimização de vários parâmetros como: a concentração do padrão interno, a metodologia de extracção em fase sólida (SPE), composição e fluxo da fase móvel, volume de injecção, determinação dos tempos de retenção, condições de ionização e condições de fragmentação. A validação metodologia foi realizada através da avaliação de alguns parâmetros analíticos, tal como o ajuste do modelo de calibração, precisão (repetibilidade e precisão intermédia), limite de quantificação, limite de detecção e percentagem de recuperação. De modo a potenciar a sensibilidade e selectividade permitida pelo equipamento analítico e com o objectivo de efectuar a quantificação dos compostos em análise, a aquisição de dados foi realizada em modo MRM. Uma vez que se utilizou um padrão interno (heptilamina), a proporcionalidade da intensidade do sinal das aminas biogénicas em relação a uma determinada concentração foi dada em termos de áreas relativas, que corresponde à razão da intensidade do sinal da amina biogénica/intensidade do sinal do padrão interno (analito/P.I.). A metodologia analítica desenvolvida foi aplicada à determinação dos teores de aminas biogénicas nas amostras de músculo de tunídeos recolhidas, com uma regularidade semanal, em diferentes estabelecimentos comerciais no decorrer da época intensiva da sua captura (de Abril a Setembro de 2009). Os teores de aminas biogénicas encontrados, entre 2,63 mg/kg (triptamina) e 132,78 mg/kg (tiramina), não ultrapassaram os limites impostos pela Comunidade Europeia para os teores de histamina e para os teores de aminas totais; sendo que, em cerca de 87% das 59 amostras analisadas não foram encontrados teores quantificáveis para as quatro aminas biogénicas.

Aplicação de uma linha de produtos de software (LPS) no contexto de uma PME

Uma linha de produtos de software (LPS), é um conjunto de produtos que partilham funcionalidades comuns, desenvolvidos de forma sistemática a partir de um conjunto de elementos de software base da LPS. As abordagens de desenvolvimento baseado em LPS revolucionaram a forma como as organizações realizam a engenharia de software. A obtenção de economias de escala, na concepção e distribuição de novos produtos, pela reutilização dos elementos de software base da LPS e instanciação dos variantes respectivos, é um dos principais benefícios na adopção desta abordagem. Numa LPS, a arquitectura de software de referência vai para além da dicotomia desenho/ codificação da arquitectura de software tradicional. A sua documentação, inclui a representação da arquitectura de software da LPS e respectivos pontos de variabilidade, bem como a descrição do processo para instanciação dos produtos. Numa pequena e média empresa (PME), os recursos humanos, técnicos e financeiros são escassos. A viabilidade da implementação de uma LPS adequa-se num contexto de redução de custos operacionais e eficiência do processo de produção dos produtos de software. O objectivo deste trabalho é o desenvolvimento e aplicação de uma metodologia para a gestão e implementação de uma LPS, adequada à realidade de uma PME. As principais contribuições do trabalho incluem: a) uma metodologia para a implementação e gestão de uma LPS adequada a uma PME, que prevê a definição da arquitectura de software da LPS com base num conjunto de produtos já existentes, b) a representação da arquitectura de software de uma LPS, suportado por modelos UML, estendidos através de um perfil UML, baseado em 3+1 perspectivas: dos requisitos, da implementação e dos componentes de execução, sendo que a vista (+1)ou “vista produtos” é uma instanciação das restantes três vistas no contexto particular da LPS ou de um produto, num determinado momento no tempo. A metodologia proposta foi aplicada à solução ARQUO™, uma solução real e em produção em diversas organizações.

Monitorização ambiental em espaços florestais com rede de sensores sem fios

O objectivo deste projecto é desenvolver um sistema de monitorização florestal recorrendo às Redes de Sensores sem Fios. Para a monitorização florestal foi desenvolvido um protótipo cuja função é obter periodicamente os valores de temperatura, humidade, luminosidade, tensão nas baterias e a indicação do nível de sinal de rádio frequência recebido (RSSI- Received Signal Strength Indicator). O equipamento referido foi instalado num ambiente exterior, com características semelhantes à de interesse de modo a permitir avaliar os efeitos do ambiente no desempenho da rede. O funcionamento das Redes de Sensores sem Fios, baseadas no protocolo ZigBee, foi estudado e depois aplicado para transmitir os valores obtidos. Os dados referidos percorrem a rede ZigBee até alcançar a estação base, que tem como função processar, manipular, armazenar numa base de dados e disponibilizar os dados em tempo real através de uma página de Internet. Como os dados são armazenados é sempre possível efectuar uma consulta à base de dados para realização de estudos e estatísticas. Tendo em conta a capacidade limitada dos sistemas de armazenamento de energia utilizados em ambientes exteriores, foi desenvolvido um algoritmo que permite comutar os dispositivos na rede ZigBee de router para end-device e vice-versa, de modo a diminuir o consumo de energia e aumentar o tempo de vida da rede. Este algoritmo foi testado numa situação em que os nós sensores estão colocados em linha, existindo um único salto entre os mesmos.

Sistema de instrumentação de baixo custo compatível com o LabVIEW

A procura de soluções de baixo custo é hoje em dia, uma exigência quando se fala em aquisição de equipamentos para empresas e instituições. Essa procura torna-se ainda mais premente quando as soluções disponíveis comercialmente são demasiado caras e não traduzem por completo os objectivos para as quais se destinam. Com o trabalho desenvolvido nesta tese de Mestrado pretendeu-se criar uma versão low cost de um sistema de medição de deformações em estruturas, para ser utilizado pelo laboratório de Engenharia Civil da Universidade da Madeira. Fazendo uso da filosofia low cost utilizada para o desenvolvimento do sistema de medição, utilizou-se um Arduíno Duemilanove como plataforma de interface com o LabVIEW, em detrimento das dispendiosas placas de aquisição de dados. De forma a tornar o sistema de medição funcionalmente mais completo, e aproveitando-se a interface criada, bem como os deflectómetros digitais pertencentes à instituição, criou-se um sistema de medição personalizado que consegue medir simultaneamente os dados de três extensómetros e os valores medidos por dois deflectómetros. Foram efectuados diversos testes no equipamento desenvolvido, permitindo não só a calibração do mesmo, mas também um estudo das suas capacidades e limitações. Por fim, e de forma a demonstrar a versatilidade da interface criada, procedeu-se a um teste final onde foi possível verificar-se que era possível obter-se uma taxa de amostragem de cerca de 408,3Hz, caso o sistema fosse utilizado para a aquisição de um só valor de tensão analógico.

Uma casa na Freguesia de Santo António: projecto Espaço Galeria – restaurante e /ou Outros Serviços

O presente trabalho insere-se no âmbito do Mestrado em Arte e Património, no Contemporâneo e Actual. Pretende-se com este estudo caso valorizar uma antiga casa, dos finais do século XIX, que até muito recentemente serviu de residência de família. Hoje, cremos ser necessário repensar a actualidade, colocando a hipótese da valorização destas habitações e a sua preservação. Reflectir a sua reutilização, apostando noutras iniciativas multidisciplinares, onde as áreas da cultura e do lazer possam coexistir, e permitir, assim, a sua sustentabilidade. Deste modo, pretendemos elaborar um projecto, um espaço inovador, alternativo; criar um espaço Galeria – Livraria – Restaurante e/ou outros serviços contribuindo assim para o desenvolvimento local – Freguesia de Santo António – mas também para toda a Madeira. Ao investir nas áreas da cultura e do lazer, ambicionamos atrair o público e possibilitar que os visitantes possam usufruir de eventos e encontros significativos, bem como a oportunidade de um maior convívio social e cultural, proporcionando a interacção e as aprendizagens informais. Na primeira parte, tratamos de alguns aspectos relacionados com a sociedade actual e a cultura. Também fazemos um breve estudo sobre a evolução do Espaço Galeria em Portugal e apresentamos alguns espaços da actualidade, quer em Portugal Continental quer na Madeira. A segunda parte, refere-se ao local de implementação do espaço – dinamização de espaços e actividades culturais na Freguesia de Santo António; criação e apresentação do espaço – estudo caso: Reabilitação - a primeira ideia/ Ante Projecto.

Interoperabilidade e otimização da gestão de redes com a framework NSDL

As redes de computadores cresceram nas últimas décadas em diversidade e complexidade,sempre procurando manter um nível elevado de qualidade na comunicação. Atualmente existe uma variedade de ferramentas para a gest~ao de redes que cobrem de forma completa ou parcial as diferentes etapas do ciclo de vida dessas redes. Dadas a dimensão e heterogeneidade dessas redes, o seu desenvolvimento e operação são tarefas que envolvem um número crescente de ferramentas, o que induz a uma maior complexidade. Além do mais, a maior parte das ferramentas existentes s~ao independentes e incompatíveis, tornando a tarefa dos arquitetos e dos gestores de redes mais difícil. Dessa forma, é identificada a necessidade de uma abstraãoo ou abordagem genérica que permita a interoperabilidade entre diferentes ferramentas/ambientes de rede de forma a facilitar e otimizar a sua gestão. O trabalho apresentado nesta tese introduz a proposta e a implementação de uma framework para a integração de diferentes ferramentas heterogéneas de rede dando suporte Da criação de um ambiente de gestão que cubra o ciclo de vida de uma rede de comunica ção. A interoperabilidade proporcionada pela framework é implementada através da proposta de uma nova linguagem para a descrição de redes e de todos os seus componentes, incluindo a informação da topologia e dos contextos onde a rede pode existir. As demais contribuições desta tese estão relacionadas com (i) a implementação de algumas ferramentas de gestão para dar suporte há construção de cenários de rede utilizando a linguagem proposta, e (ii) a modelação de vários cenários de rede com tecnologias diferentes, incluindo aspetos de Qualidade de Serviço, para a validação da utilização da framework proposta para proporcionar a interoperabilidade entre diferentes ferramentas de gestão de redes. A linguagem proposta para a descrição de redes preocupou-se com a descrição dos cenários de rede dando suporte das diferentes fases da existência dessa rede, desde o seu projeto até a sua operação, manutenção e atualização. Uma vantagem desta abordagem de permitir a coexistência de diversas informações de utilização da rede numa única descrição, mantendo cada uma independente das restantes, o que promove a compatibilidade e a reutilização das informações de forma direta entre as ferramentas, ultrapassando assim a principal limitação detetada nas linguagens e ferramentas existentes e reforçando as possibilidades de interoperabilidade.

Criação de uma estação de testes para um micro-helicóptero autónomo

Os UAV (Unmaned Air Vehicles) têm sido cada vez mais utilizados em vários ramos, como a geologia, a segurança pública, a robótica e na obtenção de imagens. Visto existir grande interesse no uso do equipamento, foi comprado um quadcopter com o objetivo poder tornálo o mais autónomo possível. Esta tese contém informações dos elementos utilizados nesse Arducopter e ainda a informação dos sensores que podem ser adaptados ao mesmo. Explica também como está estruturado todo o código e como o UAV pode ser configurado antes do voo. São também apresentados todos os resultados obtidos dos primeiros voos e as evoluções e alterações após cada teste.

Sistema de gestão de rondas: aplicação android para empresas de segurança privada

Este é um relatório submetido como requisito parcial, para obtenção de grau de mestre em Engenharia Informática pela universidade da Madeira, em parceria com o Miti (Madeira Interactive Technologies Institute) e teve como base, o desenvolvimento de uma aplicação para equipamentos móveis com sistema operativo android. O objetivo principal foi, criar uma aplicação alternativa aos atuais sistemas existentes, para gestão e controlo de inspeções de segurança, efetuadas por funcionários de empresas de segurança privada (vigilantes) a instalações de clientes, atividade denominada por rondas. O principal problema encontrado e para o qual pretendia ser encontrada uma solução, não foi a falta de um sistema deste tipo, pois existem vários no mercado, mas sim, o elevado custo de aquisição dos atuais sistemas, aliado ao facto das suas limitações em termos de funcionalidades disponibilizadas tendo em conta esse elevado custo, e ainda a utilização de um equipamento dedicado e limitado exclusivamente a essa função. Conseguiu ser encontrada uma alternativa viável, versátil e prática, que para além de ser mais users friendly (termo utilizado para aplicações desenvolvidas tendo como foco o seu utilizador), disponibiliza aos seus utilizadores uma variedade de novas funcionalidades. Trata-se de uma alternativa muito mais económica mas igualmente eficaz, cumprindo assim o seu objetivo principal. Dadas as restrições temporais para o desenvolvimento deste projeto, são dadas no final deste documento, algumas ideias para uma possível evolução deste sistema, no sentido de o tornar ainda mais inovador.

Betão com agregados reciclados: estado da arte e análise à gestão e utilização na Região Autónoma da Madeira

Nas últimas décadas temos assistido a um crescimento da produção de resíduos de construção e demolição. Surge então a necessidade de fazer uma gestão consciente destes resíduos reintroduzindo-os quando possível, no ciclo de vida de novas construções, provocando uma redução quer das zonas de aterro quer da abertura de novas zonas de extração de inertes as quais, provocam um elevado impacto ambiental afetando a biodiversidade existente nessas zonas. Com esta intenção, o presente trabalho centra-se na temática do betão com agregados reciclados e pretende contribuir para o seu conhecimento, analisando as características quer dos agregados reciclados quer do betão com eles confecionado, seguindo normas e diretrizes recomendadas por diferentes especificações um pouco por todo o mundo. Ainda no mesmo contexto o estudo pretende conhecer o destino (eliminação, aterro, valorização, etc.) dado aos RCD procedentes de betão na Região Autónoma da Madeira. A análise da bibliografia existente demonstra perdas nas características destes betões reciclados quando comparados com betões convencionais, isto sem dúvida devido principalmente à quantidade de pasta de cimento aderido presente na composição do agregado reciclado, a qual afeta direta e indiretamente a maioria das propriedades quer do agregado reciclado quer do betão com eles confecionado. Foi recolhida informação que permite caracterizar o sector da construção civil, fazendo o diagnóstico do estado atual da gestão dos resíduos de construção e demolição que é feita pelas empresas de construção sediadas na RAM, mais concretamente a gestão dos resíduos de betão e a reutilização e reciclagem dos mesmos.

Caracterização, simulação (à escala) e modelação do escoamento em canais artificiais: aplicação a caso de estudo

Os escoamentos no interior de zonas urbanas, apresentam grande heterogeneidade, pelo que a sua caracterização, requer uma formulação que incorpore explicitamente essa variabilidade espacial. A caracterização, simulação (à escala) e modelação do escoamento em canais artificiais e a aplicação a um caso de estudo, no Laboratório de Hidráulica da UMa, representa o cerne desta dissertação. Os objetivos principais desta dissertação são: a caracterização e desenvolvimento de ferramentas de simulação do comportamento do escoamento em canais artificiais, no caso de uma variação súbita dos caudais afluentes, mecanismos de prevenção de cheia; o desenvolvimento de um modelo de simulação hidrodinâmico, considerando os escoamentos variáveis em superfície livre no caso de situações de cheia, na simulação entre as condições variáveis das afluências, das condições hidromorfológicas do canal e da instalação e operação dos sistemas e regulação dos escoamentos; e ainda a análise da viabilidade da simulação (modelo) na gestão e prevenção de cheias em canais artificiais. Numa primeira instância, procede-se à recolha de toda a informação bibliográfica disponível. Com recurso aos modelos digitais do terreno e ao programa ArcGis, é efetuada toda uma exaustiva caracterização da bacia hidrográfica, relativa ao caso de estudo (canal artificial), a partir da qual foi possível obter os dados inerentes às características geométricas, características de relevo e características de drenagem. Segue-se a análise da precipitação com recurso a folhas de cálculo e dados fornecidos pelas instituições pertinentes, de forma a obter valores de precipitação média diária e anual para aplicação de fórmulas, tanto para calcular valores de tempo de concentração, bem como caudais. O próximo passo é selecionar os troços relevantes do canal em estudo e com recurso ao equipamento disponível no Laboratório de Hidráulica da UMa, à folha de cálculo programada e ao programa HEC-RAS procede-se à simulação/modelação/análise desses troços, comparando o resultado/comportamento simulado, com o expectável e entre os vários métodos. Por fim, são expostas as conclusões, bem como algumas considerações finais e uma listagem de objetivos a manter ou alcançar nos próximos anos, onde se incluem, ações prioritárias e recomendações visando, não só melhorar o processo de caracterização do escoamento em canais artificiais, bem como simplificar a prevenção e gestão de cheias.

Sistema de gestão de rega com uma rede de sensores sem fios

Este projeto descreve a criação de um sistema de gestão de rega aplicado à agricultura, baseado numa rede de sensores sem fios (RSSF), e apresenta a implementação de um sistema para captação de energia, nomeadamente, um gerador hídrico segundo os modelos de pás do tipo hélice, para além da utilização de painéis solares. O sistema de gestão de rega consiste num protótipo de monitorização que permite o controlo dos atuadores (válvulas), de modo a ligar e desligar os canais de rega conectados a um reservatório de água, com base na informação monitorizada pelos nós sensores do solo. Assim, o sistema desenvolvido otimiza a quantidade de água aplicada ao cultivo, oferecendo as condições ideais para o correto desenvolvimento dos mesmos. Inicialmente realizou-se um estudo sobre os tipos de sensores utilizados no setor agricultura. Posteriormente verificou-se o funcionamento das RSSF, baseado no protocolo ZigBee, de modo a compreender o envio dos dados dos nós sensores para a estação base. A otimização do consumo energético das RSSF foi outro dos desafios tidos em consideração neste projeto, uma vez que, atualmente, a alimentação dos nós sensores em ambientes exteriores, na sua maioria, é realizada por baterias, o que limita o nível de longevidade do sistema. Desta forma, foi necessário desenvolver um sistema que possibilite a captação da energia gerada pelo meio envolvente (ex. energia hídrica, e solar), capaz de prolongar a longevidade dos nós sensores a nível energético. O sistema desenvolvido contém uma estação meteorológica alimentada por um painel solar fotovoltaico, dois nós sensores de monitorização dos parâmetros do solo, também alimentados por painéis solares fotovoltaicos, um nó atuador alimentado por um gerador hídrico e uma aplicação web para a visualização dos dados em tempo real. O protótipo referido foi instalado em ambiente exterior, com características semelhantes às de interesse, de modo a ter em consideração os efeitos do ambiente no sistema, nomeadamente, a proteção do equipamento em situações de ocorrência de intempéries.

Avaliação económica de soluções de fachadas ventiladas para edifícios de habitação

A indústria da construção tem um papel de destaque na vida quotidiana do ser humano e por sua vez uma grande importância no desenvolvimento da atividade económica do país. A construção de novos edifícios e infraestruturas deve contribuir para uma melhoria do desempenho, durabilidade e proporcionar qualidade de vida dos seus cidadãos. O reconhecimento da importância das fachadas para o comportamento dos edifícios tem conduzido a uma crescente atenção à temática da durabilidade do ponto de vista económico, assistindo-se cada vez a uma maior necessidade da sua integração na fase da elaboração do projeto. O recurso a metodologias económicas para a previsão dos custos de vida útil das tecnologias de construção no sentido de avaliar, o seu desempenho nos edifícios, tem permitido selecionar alternativas ao nível da implementação de soluções com menor custo de manutenção e maior probabilidade de reutilização e reciclagem numa fase de desconstrução. A presente dissertação pretende contribuir para a identificação e seleção de soluções construtivas e materiais para a execução de fachadas ventiladas em paredes exteriores de edifícios, que sejam o mais compatíveis possível com os objetivos económicos nas diversas fases do ciclo de vida de um edifício. Sendo apresentadas soluções que minimizam o custo económico de investimento, manutenção e desconstrução, e que por sua vez, aumentam a qualidade de vida dos utilizadores através do melhor desempenho que essas soluções construtivas apresentam a nível funcional, arquitetónico, saúde, bemestar, conforto e responsabilidade social. Foram analisadas diversas tecnologias construtivas para fachadas-ventilada, tendo sido avaliado o seu impacte económico ao longo do ciclo de vida a que um edifício esta sujeito. O melhor cenário para fachada ventilada foi estudado, tendo em conta o desempenho económico. Espera-se assim que este trabalho contribua de forma positiva para a seleção das soluções construtivas mais económicas para a execução de fachadas ventiladas por parte dos projetistas que tenham como objetivo proporcionar as condições de conforto adequadas aos ocupantes dos edifícios, minimizando os custos económicos no decorrer do ciclo de vida do edifício.