Uma plataforma aberta e de baixo custo de robô móvel para propósito geral

Pesquisas na robótica móvel tem sido impulsionadas pelos avanços tecnológicos. Existem frentes de pesquisas que abordam diferentes aspectos e desafios da robótica móvel, dentre os quais é possível citar tópicos como locomoção, navegação e arquitetura de controle. Esse crescimento em pesquisas acarreta uma maior necessidade por plataformas de robôs que possam ser destinadas à pesquisa e também para fins educacionais. Este trabalho propõe uma alternativa de plataforma de robô móvel de baixo custo, de arquitetura de hardware, software e controle aberta, destinada a atividades de propósitos gerais. A plataforma almeja a facilitação e flexibilização do processo de desenvolvimento de estudos e aplicações robóticas por meio de uma interface de comunicação simplificada e pela abstração da heterogeneidade dos dispositivos periféricos de hardware, sendo assim, capaz de oferecer maior liberdade em relação às linguagens de programação, paradigmas de controle e tecnologias de controle.

Estudos de técnicas de reinicialização em métodos level-set e suas aplicações em escoamentos bifásicos

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Desenvolvimento de dispositivo movimentador automatizado de amostras com vista à aplicação em medidas de radioosótopos que possuem curto tempo de meia-vida

Medidas de espectroscopia gama de alta resolução têm diversas aplicações. Aplicações envolvendo medidas de radioisótopos de meia-vida curta podem apresentar problemas de baixa precisão nas contagens quando a fonte radioativa está distante do detector e de perda de acurácia por efeitos de tempo morto e empilhamento de pulsos em situação de altas taxas de contagens. Um modo de minimizar esses problemas é alterando a posição da fonte radioativa durante o processo de medição, aproximando-a do detector conforme sua atividade diminui e assim maximizando o número de contagens medidas. Neste trabalho, foi desenvolvido o Movimentador de Amostras Radioativas Automatizado (MARA), um aparato de baixo custo, feito com materiais de baixo número atômico e leve, projetado e construído para auxiliar nas medidas de espectroscopia gama, capaz de controlar a distância entre a fonte e o detector, permitindo inclusive que ocorra alteração dessa distância durante o processo de medição. Por ser automatizado ele otimiza o tempo do operador, que tem total liberdade para criar suas rotinas de medidas no dispositivo, além de evitar que o mesmo tome uma parcela da dose radioativa. Foi também feita uma interface que permite controle do MARA e a programação do sistema de aquisição de dados. Foram realizados testes para otimização da operação do sistema MARA e foi verificada a segurança de operação do MARA, não apresentando nenhuma falha durante seus testes. Foi aplicado o teste de repetitividade, por meio de medições com uma fonte calibrada de 60Co, e verificou-se que o sistema de movimentação de prateleiras automatizado reproduziu os resultados do sistema estático com confiabilidade de 95%.

Vídeo-Mapa: uma interface de geovisualização multimídia aplicada a transportes e meio ambiente.

A presente tese propõe uma metodologia de vídeo-mapeamento móvel georreferenciado a partir do desenvolvimento de protótipos que utilizam uma Interface de Geovisualização Multimídia para sincronizar o registro (em vídeo) de um local ou evento de interesse com a rota percorrida pelo veículo de inspeção (sobre mapa ou imagem), através da coleta de dados por sensores móveis: câmera digital, microfone, receptor GNSS e bússola digital. A interface permite a integração desses sensores com os atuais serviços de mapas digitais disponíveis na web. Sistemas como esse melhoram significativamente as análises temporais, a gestão e a tomada de decisão. A interface proposta e desenvolvida no presente trabalho é útil para muitas aplicações como ferramenta de monitoramento e inventário. Esta interface pode ser entendida como o componente visual de um sistema de mapeamento móvel ou como um sistema cartográfico alternativo ou complementar, para aplicações em que a precisão geométrica do receptor GNSS, na modalidade de navegação, é suficiente e sua acessibilidade, um fator competitivo. As aplicações desenvolvidas no presente trabalho foram duas: um sistema de monitoramento e inventário de placas de sinalização viária e um sistema de monitoramento de cheias/secas e inventário de propriedades na borda de reservatórios de hidroelétricas, ambos em pleno funcionamento.

Metodologia para execução de aplicações paralelas baseadas no modelo BSP com tarefas heterogêneas.

A computação paralela permite uma série de vantagens para a execução de aplicações de grande porte, sendo que o uso efetivo dos recursos computacionais paralelos é um aspecto relevante da computação de alto desempenho. Este trabalho apresenta uma metodologia que provê a execução, de forma automatizada, de aplicações paralelas baseadas no modelo BSP com tarefas heterogêneas. É considerado no modelo adotado, que o tempo de computação de cada tarefa secundária não possui uma alta variância entre uma iteração e outra. A metodologia é denominada de ASE e é composta por três etapas: Aquisição (Acquisition), Escalonamento (Scheduling) e Execução (Execution). Na etapa de Aquisição, os tempos de processamento das tarefas são obtidos; na etapa de Escalonamento a metodologia busca encontrar a distribuição de tarefas que maximize a velocidade de execução da aplicação paralela, mas minimizando o uso de recursos, por meio de um algoritmo desenvolvido neste trabalho; e por fim a etapa de Execução executa a aplicação paralela com a distribuição definida na etapa anterior. Ferramentas que são aplicadas na metodologia foram implementadas. Um conjunto de testes aplicando a metodologia foi realizado e os resultados apresentados mostram que os objetivos da proposta foram alcançados.

As linguagens de programação para artes : metodologias de ensino-aprendizagem adaptadas

Atualmente, as linguagens de programação são usadas por pessoas com formação em domínios cada vez mais diversos e distintos do habitual, tendo já chegado ao domínio das artes. A linguagem Processing, que tem um cariz visual e que possibilita o desenvolvimento de aplicações/performances com elementos visuais e sonoros, foi mesmo projetada para ser usada por artistas. Contudo, a preparação prévia e a sensibilidade do público-alvo desta linguagem, enquanto aprendizes, é bastante distinta da preparação dos alunos comuns de linguagem de programação. Por esse motivo, é aqui proposto um conjunto de metodologias de ensino/aprendizagem adaptadas, no sentido de criar entusiasmo na aprendizagem e atingir um êxito efetivo.

Aplicações baseadas em geolocalizações para gestão de instalações desportivas: exemplo de utilização da API da GOOGLE Maps no concelho de Guimarães

O contexto tecnológico em que vivemos é uma realidade. E a tendência é para ser assim também no futuro. Cada vez mais. É o caso das representações de locais e entidades em mapas digitais na web. Na visão de Crocker (2014), esta tendência é ainda mais acentuada, no âmbito das aplicações móveis, como mostram as mais diversas location-based applications. No setor do desporto e da respetiva gestão nem sempre foi fácil desenvolver aplicações, recorrendo a este tipo de representações espaciais. A tecnologia não era fácil e o know-how não era adequadamente qualificado. Mas, as empresas fornecedoras de tecnologia geoespacial simplificaram o desenvolvimento de aplicações web nesta área, através da utilização de application programming interfaces (API). Como refere Svennerberg (2010), estas API’s servem de interface entre um serviço proporcionado por uma empresa, caso da Google Maps (2013) e uma aplicação web ou móvel que utiliza esses serviços. Foi com este objetivo que desenvolvemos uma aplicação web, utilizando as metodologias próprias neste domínio, como a framework de Zachman (2009), tal como foi originalmente adaptada por Whitten e Bentley (2005), onde um dos módulos é precisamente a representação de espaços desportivos, recorrendo à utilização dos serviços da Google Maps. Para além disso, toda a aplicação é suportada numa abordagem Model-View-Control (MVC). Para conseguir representar as instalações desportivas num mapa, criámos uma base de dados MySQL, com dados de longitude e latitude, de cada instalação desportiva. Através de JavaScript criou-se o mapa propriamente dito, indicando o tipo (mapa de estradas, satélite ou street view) e as respetivas opções (nível de zoom, alinhamento, controlo de interface e posicionamente, entre muitas outras opções). O passo seguinte consistiu em passar os dados para o frontend da aplicação web. Para isso, recorreu-se à integração do PHP com as livrarias externas de código JavaSrcipt, criadas especificamente para o efeito (caso da MarkerManager). A implementação destas funcionalidades permite georeferenciar todos os tipos e géneros de espaços desportivos de um concelho, região ou País. Obteve-se ainda know-how, background e massa crítica, para o desenvolvimento de novas funcionalidades. A sua utilização em dispositivos móveis é outra das possibilidades atualmente já em desenvolvimento.

ROVIM T2D: Um robô autónomo de vigilância de instalações militares

Os avanços técnológicos da última década permitiram um crescimento nas aplicações militares de veículos autónomos. Com o objetivo de explorar o seu potêncial na vigilância de instalações militares, a Academia Militar encomendou o desenvolvimento e construção de um protótipo funcional de um veículo autónomo. Nesta dissertação os sistemas de tração, travagem e direção desse protótipo são abordados. A literatura atual foca-se em aplicações comerciais de veículos rodoviários, onde a autonomia é o principal problema. No entanto, equipas não profissionais lidam antes disso com dificuldades em capturar uma visão clara do projecto e fracos procedimentos de segurança. Uma moto-quatro com um módulo de baterias elétricas e atuadores embarcados para os sistemas da tração, travagem e direção, assim como os mecanismos de controlo e interface, é aqui proposta e avaliada, numa abordagem focada na flexibilidade de desenho e na segurança dos utilizadores. As limitações da solução proposta são identificadas e são propostas correções.

ArchWiSeN: uma estratégia baseada em modelos para desenvolvimento de aplicações para redes de sensores e atuadores sem fio

Wireless Sensor and Actuator Networks (WSAN) are a key component in Ubiquitous Computing Systems and have many applications in different knowledge domains. Programming for such networks is very hard and requires developers to know the available sensor platforms specificities, increasing the learning curve for developing WSAN applications. In this work, an MDA (Model-Driven Architecture) approach for WSAN applications development called ArchWiSeN is proposed. The goal of such approach is to facilitate the development task by providing: (i) A WSAN domain-specific language, (ii) a methodology for WSAN application development; and (iii) an MDA infrastructure composed of several software artifacts (PIM, PSMs and transformations). ArchWiSeN allows the direct contribution of domain experts in the WSAN application development without the need of specialized knowledge on WSAN platforms and, at the same time, allows network experts to manage the application requirements without the need for specific knowledge of the application domain. Furthermore, this approach also aims to enable developers to express and validate functional and non-functional requirements of the application, incorporate services offered by WSAN middleware platforms and promote reuse of the developed software artifacts. In this sense, this Thesis proposes an approach that includes all WSAN development stages for current and emerging scenarios through the proposed MDA infrastructure. An evaluation of the proposal was performed by: (i) a proof of concept encompassing three different scenarios performed with the usage of the MDA infrastructure to describe the WSAN development process using the application engineering process, (ii) a controlled experiment to assess the use of the proposed approach compared to traditional method of WSAN application development, (iii) the analysis of ArchWiSeN support of middleware services to ensure that WSAN applications using such services can achieve their requirements ; and (iv) systematic analysis of ArchWiSeN in terms of desired characteristics for MDA tool when compared with other existing MDA tools for WSAN.

AdaptMCloud: uma estratégia para adaptação dinâmica de aplicações Multi-Cloud

Multi-Cloud Applications are composed of services offered by multiple cloud platforms where the user/developer has full knowledge of the use of such platforms. The use of multiple cloud platforms avoids the following problems: (i) vendor lock-in, which is dependency on the application of a certain cloud platform, which is prejudicial in the case of degradation or failure of platform services, or even price increasing on service usage; (ii) degradation or failure of the application due to fluctuations in quality of service (QoS) provided by some cloud platform, or even due to a failure of any service. In multi-cloud scenario is possible to change a service in failure or with QoS problems for an equivalent of another cloud platform. So that an application can adopt the perspective multi-cloud is necessary to create mechanisms that are able to select which cloud services/platforms should be used in accordance with the requirements determined by the programmer/user. In this context, the major challenges in terms of development of such applications include questions such as: (i) the choice of which underlying services and cloud computing platforms should be used based on the defined user requirements in terms of functionality and quality (ii) the need to continually monitor the dynamic information (such as response time, availability, price, availability), related to cloud services, in addition to the wide variety of services, and (iii) the need to adapt the application if QoS violations affect user defined requirements. This PhD thesis proposes an approach for dynamic adaptation of multi-cloud applications to be applied when a service is unavailable or when the requirements set by the user/developer point out that other available multi-cloud configuration meets more efficiently. Thus, this work proposes a strategy composed of two phases. The first phase consists of the application modeling, exploring the similarities representation capacity and variability proposals in the context of the paradigm of Software Product Lines (SPL). In this phase it is used an extended feature model to specify the cloud service configuration to be used by the application (similarities) and the different possible providers for each service (variability). Furthermore, the non-functional requirements associated with cloud services are specified by properties in this model by describing dynamic information about these services. The second phase consists of an autonomic process based on MAPE-K control loop, which is responsible for selecting, optimally, a multicloud configuration that meets the established requirements, and perform the adaptation. The adaptation strategy proposed is independent of the used programming technique for performing the adaptation. In this work we implement the adaptation strategy using various programming techniques such as aspect-oriented programming, context-oriented programming and components and services oriented programming. Based on the proposed steps, we tried to assess the following: (i) the process of modeling and the specification of non-functional requirements can ensure effective monitoring of user satisfaction; (ii) if the optimal selection process presents significant gains compared to sequential approach; and (iii) which techniques have the best trade-off when compared efforts to development/modularity and performance.

Estudo e desenvolvimento de algoritmos criptográficos para redes de sensores sem fio, utilizando técnicas de programação genética

Cryptography is the main form to obtain security in any network. Even in networks with great energy consumption restrictions, processing and memory limitations, as the Wireless Sensors Networks (WSN), this is no different. Aiming to improve the cryptography performance, security and the lifetime of these networks, we propose a new cryptographic algorithm developed through the Genetic Programming (GP) techniques. For the development of the cryptographic algorithm’s fitness criteria, established by the genetic GP, nine new cryptographic algorithms were tested: AES, Blowfish, DES, RC6, Skipjack, Twofish, T-DES, XTEA and XXTEA. Starting from these tests, fitness functions was build taking into account the execution time, occupied memory space, maximum deviation, irregular deviation and correlation coefficient. After obtaining the genetic GP, the CRYSEED and CRYSEED2 was created, algorithms for the 8-bits devices, optimized for WSNs, i.e., with low complexity, few memory consumption and good security for sensing and instrumentation applications.

Estudo e desenvolvimento de algoritmos criptográficos para redes de sensores sem fio, utilizando técnicas de programação genética

Cryptography is the main form to obtain security in any network. Even in networks with great energy consumption restrictions, processing and memory limitations, as the Wireless Sensors Networks (WSN), this is no different. Aiming to improve the cryptography performance, security and the lifetime of these networks, we propose a new cryptographic algorithm developed through the Genetic Programming (GP) techniques. For the development of the cryptographic algorithm’s fitness criteria, established by the genetic GP, nine new cryptographic algorithms were tested: AES, Blowfish, DES, RC6, Skipjack, Twofish, T-DES, XTEA and XXTEA. Starting from these tests, fitness functions was build taking into account the execution time, occupied memory space, maximum deviation, irregular deviation and correlation coefficient. After obtaining the genetic GP, the CRYSEED and CRYSEED2 was created, algorithms for the 8-bits devices, optimized for WSNs, i.e., with low complexity, few memory consumption and good security for sensing and instrumentation applications.

Uma estratégia para otimizar a geração de arranjos em subestações virtuais de energia elétrica

The Virtual Reality techniques applied in Electricity Environments provide a new supervisory control paradigm. The fact of existing a virtual environment (VE), geometrically similar to a real substation, reduces the difference of mental models built by field operators compared with those built by system center operation improving the communication. Beside this, those systems can be used as visualization interfaces for electricity system simulators, training systems for professors and undergraduate students, field operators and maintenance professionals. However, the development process of these systems is quite complex, combining several activities such as implementation, 3D modeling, virtual sceneries construction, usability assessment and management project techniques. In this context, this work present a GUI strategy to build field arrangements based on scene graphs, to reduce time in Virtual Electricity Substations Arrangement development. Through this, mistakes during the VE building can be avoided making this process more reliable. As an concept proof, all toolkits developed in this work were applied in the virtualization of the substations from a Brazilian power concessionary named CEMIG.

Aplicações de telemedicina usando WEBRTC

O uso das tecnologias de informação e comunicação em Portugal na área médica tem tido um grande aumento nas últimas décadas. Tal pode constatar-se a vários níveis, como sejam a implementação crescente e em larga escala de sistemas de informação em hospitais e centros de saúde, o desenvolvimento de aplicações para auxiliar a análise dos principais meios complementares de diagnóstico, a receita eletrónica e o registo de paciente eletrónico, apenas para citar alguns exemplos. A procura crescente de profissionais de saúde de várias especialidades tem tido um aumento considerável nos últimos anos. Por um lado, a população está cada vez mais envelhecida, por via do aumento da esperança média de vida. Por outro lado tem aumentado a preocupação com a saúde e o bem estar próprio dos cidadãos, levando-os a recorrer mais vezes e a mais especialidades do que no passado. O êxodo da população do interior do país para os grandes centros no litoral, complementado pelas políticas orçamentais restritivas na área da saúde, tem acentuado as diferenças de prestação de cuidados de saúde a toda a população do país, de forma equitativa e eficaz. Para tal tem ainda contribuído o emagrecimento dos orçamentos dos hospitais e a pressão para que estes cumpram as metas de produtividade definidas, com custos cada vez mais reduzidos. Um dos contributos das tecnologias de informação para mitigar o afastamento entre o paciente e os profissionais de saúde, consiste na implementação de soluções de consulta "à distância", com a utilização de vídeo e voz, através de aplicações de telemedicina. Ao nível da teleconsulta e da telemedicina têm existido alguns avanços significativos, sendo possível encontrar alguns casos de sucesso na utilização destes meios para facilitar o acesso generalizado de toda a população a cuidados médicos de saúde. Constata-se contudo que as aplicações usadas são geralmente proprietárias, carecem de instalação de software específico, muitas vezes proprietário e por vezes com custos para as entidades que disponibilizam o serviço. Por exemplo, a utilização de uma ligação por Skype para uma teleconsulta obriga a que a aplicação esteja instalada em ambos os computadores (médico e paciente). Nesta dissertação apresenta-se uma solução de telemedicina baseada na Application Programming Interface (API) Web Real-Time Comunication (WebRTC), que permite o envio de voz e imagem entre dois browsers usando os protocolos de comunicação na Web. Além do vídeo e da voz foram integrados na aplicação duas funcionalidades particularmente interessantes numa teleconsulta: envio bidirecional de ficheiros (por exemplo, ficheiro PDF com o resultado das últimas análise que o paciente realizou) e desenho num "quadro branco", permitindo ao paciente ou ao médico ilustrarem de forma livre algum aspeto associado à consulta em causa. A aplicação utiliza exclusivamente componentes de software opensource e apenas necessita que ambos os computadores tenham instalado um browser de acesso à Web que suporte a comunicação por WebRTC, como o Google Chrome ou o Firefox. Pretende-se desta forma facilitar o acesso aos serviços de telemedicina evitando a instalação e configuração de software específico, bem como reduzir os custos através de soluções opensource com licença General Public License (GPL) e isenta de custos. Foram realizados alguns testes de aceitação da solução, em ambiente hospitalar. Genericamente, pretendeu-se validar o funcionamento da API WebRTC, aferir sobre a aceitação das funcionalidades implementadas e identificar obstáculos técnicos à sua implementação na rede de um hospital ou centro de saúde. Embora tenham sido identificados alguns problemas na comunicação, resultantes maioritariamente do tipo de configurações da rede em que os computadores estavam instalados, os resultados globais obtidos são bastante promissores, dando-nos boas perspetivas quanto à sua implementação em ambiente de produção.

Desenvolvimento de Sistema de Aquisição e Análise de Dados para Aplicações de Traçadores Radioativos em Unidades Industriais

Desenvolveu-se no Instituto de Engenharia Nuclear um sistema de aquisição de dados para avaliação das condições operacionais de unidades industriais pelo estudo das curvas Distribuição do Tempo de Residência - RTD, composto de detectores cintiladores NaI (Tl) 3”x 3” conectados a analisadores monocanal cujos sinais são captados por uma interface acoplada a um microcomputador. Para a análise das informações coletadas desenvolveu-se o programa TRACER que efetua um tratamento matemático preliminar dos dados; apresenta na tela a curva RTD, e calcula valores como o tempo de residência médio e as funções resposta, tanto para estímulos instantâneos como para estímulos contínuos. As informações levantadas permitem a identificação de problemas como possíveis canalizações, fugas, zonas mortas e decréscimo na eficiência das unidades. Todo o conjunto é disposto em módulos compactos o que possibilita seu transporte e instalação em unidades industriais.