Valutazione sperimentale di approcci di TinyML per problemi di classificazione: un caso di studio con Arduino Nano 33 BLE

Il TinyMachineLearning (TinyML) è un campo di ricerca nato recentemente che si inserisce nel contesto dell’Internet delle cose (IoT). Mentre l’idea tradizionale dell’IoT era che i dati venissero inviati da un dispositivo locale a delle infrastrutture cloud per l’elaborazione, il paradigma TinyML d’altra parte, propone di integrare meccanismi basati sul Machine Learning direttamente all’interno di piccoli oggetti alimentati da microcontrollori (MCU ). Ciò apre la strada allo sviluppo di nuove applicazioni e servizi che non richiedono quindi l’onnipresente supporto di elaborazione dal cloud, che, come comporta nella maggior parte dei casi, consumi elevati di energia e rischi legati alla sicurezza dei dati e alla privacy. In questo lavoro sono stati svolti diversi esperimenti cercando di identificare le sfide e le opportunità correlate al TinyML. Nello specifico, vengono valutate e analizzate le prestazioni di alcuni algoritmi di ML integrati in una scheda Arduino Nano 33 BLE Sense, attraverso un framework TinyML. Queste valutazioni sono state effettuate conducendo cinque diversi macro esperimenti, ovvero riconoscimento di Colori, di Frequenze, di Vibrazioni, di Parole chiave e di Gesti. In ogni esperimento, oltre a valutare le metriche relative alla bontà dei classificatori, sono stati analizzati l’occupazione di memoria e il tasso di inferenza (tempo di predizione). I dati utilizzati per addestrare i classificatori sono stati raccolti direttamente con i sensori di Arduino Nano. I risultati mostrano che il TinyML può essere assolutamente utilizzato per discriminare correttamente tra diverse gamme di suoni, colori, modelli di vibrazioni, parole chiave e gesti aprendo la strada allo sviluppo di nuove promettenti applicazioni sostenibili.

Avaliação térmica de placas de argamassa de cimento e casca de arroz aquecidas por resistência elétrica

An alternative proposal for floor heating system by means of electric resistance for both chick and piggy installation is presented in this work. Several formulations of rice husk and cement mortar boards were used. An electronic device controlled all board temperature. This system presented a good efficiency design. The conventional cement mortar mixed with rice husk showed a better performance.

Efeitos de diferentes estratégias de controle no ambiente de armazenamento de grãos em regiões tropicais e subtropicais

Neste trabalho, estratégias de controle para aeração de grãos baseadas em temporizador, termostato e termostato combinado com umidostatos foram comparadas ao controlador AERO. Apesar de simples, as três primeiras estratégias são amplamente empregadas, resultando em controles confiáveis e em grande aceitação por parte dos produtores. O AERO foi desenvolvido na Universidade Federal de Viçosa com o objetivo de difundir e facilitar a utilização de estratégias mais sofisticadas pelos produtores. Este controlador atua com base em dados medidos em tempo real e na simulação do processo de aeração. Os resultados mostraram que os tempos requeridos para aeração, além dos níveis de deterioração, das temperaturas e dos teores finais de água dos grãos foram parecidos para as quatro estratégias analisadas quando se considerou as melhores configurações para as três estratégias simples. Entretanto, o AERO apresentou um controle mais eficiente, resfriando a massa de grãos mais rapidamente e minimizando as oscilações de temperatura e de teor de água dos grãos durante o processo de aeração. Outra vantagem do AERO é sua capacidade de ajustar automaticamente as suas condições de controle de acordo com as condições climáticas da região onde o sistema está implantado.

Incremento no desenvolvimento do porta-enxerto de pessegueiro 'Okinawa', promovido por fungos micorrízicos arbusculares autóctones

Fungos micorrízicos arbusculares (FMA) são organismos comuns da rizosfera, que se associam às raízes das plantas, incrementando a absorção nutricional e estimulando o seu crescimento. Objetivou-se avaliar a influência de três espécies de FMA (Gigaspora margarita, Glomus clarum e Glomus etunicatum), isolados de pomares de pessegueiros, no crescimento vegetativo, absorção de nutrientes e acúmulo de substâncias de reserva, de plantas do porta-enxerto de pessegueiro cv. Okinawa (Prunus persica (L.) Batsch). O delineamento experimental utilizado foi o de blocos casualizados, com quatro repetições por tratamento e 15 plantas por parcela. As plantas que foram inoculadas com G. etunicatum apresentaram maior altura, diâmetro de caule, área foliar, biomassa fresca e seca da parte aérea, total de nutrientes absorvidos e substâncias de reserva acumuladas, enquanto as inoculadas com G. clarum apresentaram crescimento intermediário, superior às inoculadas com G. margarita, que apresentaram resultados semelhantes às plantas não inoculadas. O desempenho foi relacionado com as taxas de colonização das raízes que, nas plantas inoculadas com G. etunicatum e G. clarum, foram de 93 e 91%, respectivamente, enquanto, nas com G. margarita foi somente de 37%.

Sistema de medição dos deslocamentos da rótula para disgnóstico

Existem várias patologias associadas à luxação da rótula, causadas pelo seu movimento anormal. Geralmente congénita, esta condição provoca dor, dano à cartilagem, artrite e por vezes necessita de cirurgia. As medições do movimento são feitas com recurso a equipamentos de alto custo, ou através do método clínico, que apenas os médicos mais experientes usam com fiabilidade, sendo sempre subjectivo. Actualmente não existe qualquer sistema comercial para a medição não invasiva de baixo custo dos movimentos da rótula. De modo a responder a esta necessidade, este trabalho tem como objectivo o desenvolvimento de um sistema de baixo custo para medição digital do deslocamento da rótula em diferentes ângulos entre o fémur e a tíbia. Como conceito de partida foi idealizado utilizar um sensor de movimento em seis dimensões, fixo de uma forma não invasiva sobre a rótula. O dispositivo tem como requisitos iniciais ser reutilizável e de baixo custo. Criou-se um Design Brief para identificar o contexto e necessidades específicas para este trabalho e traçar objectivos utilizando metodologias de desenvolvimento de produto. Foram desenvolvidos conceitos para um dispositivo de suporte do sensor de movimento 6D, dos quais alguns foram seleccionados para prototipagem e teste, explorando vários processos de manufactura na perseguição dos objectivos propostos. Foram estabelecidas métricas para monitorização contínua da evolução dos conceitos e selecção do conceito final, que foi sujeito a uma série de testes de validação. A validação do sensor e do dispositivo foi feita com testes de usabilidade, com a aferição por um robot programável e com medições in vivo em 20 joelhos sem patologia. Apesar da alta precisão do sensor, não foi possível obter medições que possam reproduzir com fiabilidade o movimento da rótula nos sujeitos observados. A pele foi o factor que mais influenciou as medições, provocando o deslocamento do dispositivo em relação à rótula e desta forma alterou significativamente os resultados. Assim, recomenda-se a continuação da investigação com o intuito de melhor quantificar o movimento da rótula e fornecer informação para melhorar a fiabilidade da utilização de dispositivos de medição em seis dimensões.

Inovação tecnológica: a privatização após o uso das "moedas podres"

Após uma análise dos modelos econômicos de privatização e dos instrumentos financeiros inovadores, apresentamos os aspectos relevantes das Ações Preferenciais Resgatáveis (APR) brasileiras, como uma forma de obter recursos junto ao mercado de capitais e suas características mais importantes. Tendo o exemplo da bem-sucedida nacionalização da subsidiária da Massey Perkins, sugerimos a utilização de APRs na privatização brasileira, como uma maneira de captar recursos de longo prazo para o novo acionista controlador e obter melhores preços para as ações a serem vendidas pelo Governo sem ter que esperar um mercado bursátil em alta depois do uso das "moedas podres".

Resolução de equações booleanas: aplicação a um problema de decisão empresarial qualitativa

Este trabalho é uma atualização do artigo publicado pelo autor na RAE em 1974 e tem por finalidade: a) definir o Problema da Decisão Qualitativa (PDQ); b) mostrar como certos tipos de problemas lógicos podem ser formulados como PDQs; c) apresentar um método de resolução do PDQ, o qual utiliza resolução de equações booleanas; d) apresentar um processo original de resolução destas equações, o Algoritmo RQ, facilmente programável em computadores. Os resultados apresentados são produto de trabalhos desenvolvidos no antigo Departamento de Engenharia de Eletricidade da EPUSP, os quais deram origem a diversas publicações, entre elas 1, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11,20,23, 24, 25, 28,29 (veja bibliografia no final do artigo). Partes deste artigo são adaptações de trechos de livro do mesmo autor(11), onde se encontram os fundamentos teóricos, aplicações, sugestões para novos desenvolvimentos e listagens para microcomputador do SDB/3, um sistema de auxílio à tomada de decisões que resolve o PDQ.

A Concepção Arquitectónica Como Processo: o exemplo de Christopher Alexander

Começam a surgir indícios de que se procura uma substituição da capacidade criativa humana pela programação de processos passíveis de uma automatização informática. Utilizamos o exemplo da obra de Christopher Alexander e advogamos que a concepção arquitectónica proposta por aquele arquitecto é, desde o início, a construção de uma linguagem de estrutura formal funcionalista, por isso programável e algorítmica, cuja discriminação varia da, função focada sobre a concepção do objecto (produção-exigências) para a função focada sobre o sujeito (fruiçãonecessidades). A estrutura de processamento daquele sistema tem origem, no conceito de “resolução de problema” ( problem solving ) e tem como objectivo, a efectiva programação daquilo que hoje é o trabalho criativo humano. Comprova-o o facto de o sistema da “pattern language” ter uma utilização cada vez maior nas investigações informáticas, desde a própria estrutura de programas evolutivos, até aos “object oriented design” ligados à investigação da Inteligência Artificial, passando pelo conceito de “Patterns”, como uma disciplina de engenharia informática para a resolução de problemas 1 . Verificámos na nossa investigação que, paradoxalmente, o mesmo sistema que procura uma libertação democrática da arquitectura – segundo o princípio, “arquitectura de todos para todos” – parece ser, no actual contexto histórico ocidental, um dos sistemas capazes de limitar a Arquitectura, através de um processamento algorítmico de concepção que visa a manipulação de modelos formais preestabelecidos – não obrigatoriamente estáticos – numa “performance” funcional.

Governança corporativa em empresas estatais: avanços, propostas e limitações

Apesar do amplo processo de desestatização ocorrido internacionalmente nas décadas de 1980 e 1990, as empresas estatais permanecem desempenhando significativo papel na implementação de políticas públicas e na oferta de bens e serviços à sociedade. Entretanto, sua natureza institucional e estrutura de controle tornam complexas as definições de seus objetivos operacionais, a avaliação de seu desempenho, e a própria gestão executiva das empresas, já que sua atuação está sujeita tanto às necessidades de seu controlador imediato, o governo; quanto aos interesses difusos de seu controlador indireto, a sociedade, além das expectativas de retorno financeiro dos sócios privados nas sociedades de economia mista. No momento que a Organização para a Cooperação e Desenvolvimento Econômico (OCDE) propõe diretrizes para a governança corporativa de empresas estatais, que estabelecem referências para o relacionamento entre Estado, conselheiros, gestores, investidores e outras partes interessadas, este artigo avalia essas diretrizes quanto à adequação das propostas ao contexto das estatais brasileiras e sua possibilidade de implementação.

Metodologia para a selecção de funções de maquinagem em sistemas CAD/CAM, para operações de fresagem multi-eixos

O presente trabalho aborda a construção de protótipos utilizando um centro de maquinagem CNC multi-eixos. É feita também uma abordagem ao novo formato que se encontra em desenvolvimento para a transferência de dados entre os softwares de CAD/CAM e os controladores CNC. Este novo formato de dados conhecido por STEP-NC tem como objectivo principal a comunicação directa entre os controladores CNC e os softwares de CAD/CAM, o que actualmente não é possível, uma vez que existe a necessidade de recorrer sempre a um pós-processador de dados para converter as trajectórias de maquinagem criadas pelos softwares de CAD/CAM em linguagem ISO específica para cada controlador CNC. A inovação introduzida com a elaboração deste trabalho consiste na obtenção de protótipos num centro de maquinagem CNC utilizando um único aperto do bruto de maquinagem. Para isso recorreu-se à fixação do bruto de maquinagem directamente à bucha do eixo rotativo (4º Eixo), permitindo assim que este rode quando existe a necessidade de maquinar uma outra face do protótipo, evitando desta forma a criação de novas fixações e a presença de um operador junto da máquina. A utilização deste novo método permite-nos ainda uma grande aproximação entre os centros de maquinagem CNC e as máquinas de prototipagem rápida (por adição de camadas) dado que em ambas se podem obter protótipos sem a intervenção do operador durante a totalidade da sua construção. Os testes práticos foram realizados no Instituto Superior de Engenharia de Lisboa (ISEL), e a peça utilizada como protótipo para a realização dos ensaios foi facultada por uma empresa especializada na construção de componentes aeronáuticos (LAUAK Portuguesa).

Controlo robusto de manobras em aviónica

Com este trabalho pretende-se estudar a dinâmica e o controlo robusto de manobras em aviónica. Para isso são estudados diferentes modelos lineares que aproximam o modelo global da aeronave durante manobras como a descolagem, aterragem e o voo planeado. O objectivo inicial é resolver o problema da estabilização (estabilizar o avião ao longo da trajectória de voo usando controlo robusto linear por realimentação de estado) tendo consideração restrições operacionais nas varáveis de estado e accionamentos. Numa segunda fase combinar os resultados obtidos em cada uma das manobras para projectar um piloto automático capaz de garantir bom desempenho em voo planeado para diferentes sequências de manobras (ex. aproximação à pista mais manobra de aterragem) usando o conceito de estabilização simultânea, ou seja por outras palavras pretende-se aplicar apenas um controlador a várias manobras e para isso deve ser realizada uma maquete seguindo todos os passos para se obter um menor erro e uma melhor estabilização por parte do avião quer nas condições de voo estáveis, quer nas variadas deflecções aplicadas em todos os níveis do avião. Aplicam-se as técnicas estudadas a modelos de caças como o F-14 e principalmente o F-16.

Técnicas preditivas aplicadas a controlo de processos

A necessidade que as indústrias têm, hoje em dia, de lidar com processos cada vez mais complexos, onde a quantidade de variáveis a controlar e restrições processuais a impor aumentou exponencialmente nas últimas décadas. Uma maior competitividade e eficiência, lado-a-lado com a redução de custos, proporcionou à comunidade científica e industrial explorar mais profundamente o controlo de processos, com vista à construção de técnicas avançadas para fazer face a estas exigências. O controlo preditivo baseado em modelos - MPC- engloba diversas classes de controladores que utilizam algoritmos de predição/previsão e modelos matemáticos representativos do sistema, que juntamente com restrições processuais permitem operar junto de referências e tornar o controlo mais eficiente e seguro. O sucesso do MPC nos sistemas lineares com restrições deve-se, sobretudo, ao facto de reduzir o problema de optimização a um problema de programação quadrática, de fácil implementação e resolução. Além do mais, trata-se de um tipo de controlo bastante flexível e, ao mesmo tempo, mais robusto que o controlo clássico ou convencional, já que pode lidar com processos multivariáveis sem precisar de alterações significativas na sua construção. Neste trabalho aplicam-se técnicas de controlo preditivo a processos não lineares multivariáveis. Estuda-se, ainda, o desempenho desta classe de controladores comparando-a com técnicas de controlo convencional. Nomeadamente, estuda-se um sistema de três tanques em que o caudal é manipulado através de válvulas com característica não linear. O processo é modelado através de princípios de conservação e é validado por um conjunto real de ensaios que permitiu, ainda, obter experimentalmente a característica das válvulas. O modelo validado permitiu desenvolver um controlador preditivo multivariável para controlar os níveis da instalação. Demonstra-se que os controladores preditivos apresentam grandes vantagens em relação ao controlo clássico com malhas independentes.

Controlo de um gerador hidroeléctrico utilizado na recuperação de energia numa conduta de abastecimento de água

O presente trabalho pretende contribuir para a melhoria da eficiência dos sistemas de transporte e distribuição de água, possível de conseguir através da recuperação de energia potencial que, em certas situações, existe em excesso em condutas gravíticas. Sendo uma questão já abordada em diversos estudos, as poupanças de energia a que poderá conduzir, justificam a análise de todas as oportunidades, em especial no nosso País, cuja dependência energética do exterior é bem conhecida. Todavia, a implementação de soluções que recorrem à instalação de turbinas em condutas de abastecimento de água, causam naturalmente alguma apreensão às respectivas entidades gestoras, uma vez que pode pôr em causa a integridade das condutas e, em consequência, o abastecimento de água. Neste contexto, o estudo de modelos de controlo específicos para os referidos equipamentos poderá ser um contributo para a implementação mais alargada das soluções de melhoria da eficiência de sistemas de abastecimento de água, através da instalação de geradores hidroeléctricos, que terão a dupla função de controlo de caudal e produção de energia. O estudo e simulação dos modelos de controlo contidos neste trabalho permite concluir que é possível garantir a segurança das condutas e produzir energia eléctrica com turbinas nelas instaladas. Interessa assim aprofundar este tipo de estudos de forma a conseguir modelos de controlo que, com as premissas indicadas, possibilitem a optimização da produção de energia.

Automação e controlo de um sistema de armazenamento de bicicletas

A crescente procura da bicicleta como meio de transporte alternativo torna relevante a criação e desenvolvimento de infra-estruturas de apoio, tais como ciclovias e parques para bicicletas. Os sistemas tradicionais de parqueamento de bicicletas com recurso a correntes e cadeados não fornecem segurança nem comodidade. No entanto, começam a surgir, em várias cidades do mundo, parque automáticos onde é possível guardar uma bicicleta em segurança, protegendo-a quer das intempéries quer de actos de vandalismo. Este trabalho apresenta uma proposta para um parque automático de armazenamento de bicicletas, com recurso a caixas individualizadas que garantem a sua segurança, e também de outros bens que podem ser guardados junto da mesma, como por exemplo um capacete ou uma mochila. O sistema proposto no âmbito deste trabalho é um complemento às alternativas existentes. As vantagens apresentadas pelo sistema proposto são: a sua construção modular e personalizada; e a possibilidade de instalação num terreno plano, sem recurso a obras de construção civil. O objectivo foi criar um projecto de automação e controlo de um protótipo, com base na proposta apresentada. O projecto de automação e controlo engloba a escolha dos sensores e dos actuadores. Para o dimensionamento dos motores foi necessário recorrer a um cálculo simplificado da estrutura do robô manipulador. Foi feita a escolha dos sensores, actuadores e do controlador com base nos requisitos funcionais. A programação foi desenvolvida numa linguagem normalizada. O modelo desenvolvido poderá servir de base para um projecto multidisciplinar entre vários departamentos do Instituto e dessa cooperação poderá surgir um novo projecto optimizado para produção e de menor custo.

Controlo de tráfego

O crescente número de automóveis nas ruas das grandes cidades, assim como o crescente número de transportes urbanos para atender o crescimento das populações, veio fazer com que as cidades cada vez mais fiquem mais congestionadas e mais propícias para acidentes envolvendo viaturas e peões. Devido a isso, foram criados sistemas de controlo de tráfego capazes de melhorar o tráfego urbano nas cidades, sem deixar de lado as preocupações com os peões e nem com as emissões de poluentes para o ar. Baseado nesse cenário, este trabalho tem como objetivo abordar as possíveis soluções existentes no mercado para melhorar o fluxo das viaturas, principalmente dos transportes colectivos, com prioridades para viaturas de emergências e autocarros, assim como, as passagens de peões, e sistemas de mobilidade urbana. Desempenho do transporte público pode ser melhorado através de um melhor controlo e gerenciamento de tráfego em geral. Nos testes realizados em campo: foi medida a velocidade de viagem do autocarro no cruzamento fixo (Praça de Espanha), e correlacionando-os com intervalos do ciclo dos semáforos para este cruzamento. A flexibilidade do controlador actuando, com o auxílio de detectores de veículos, sendo capaz de variar os intervalos dentro do ciclo, bem como o volume de carros e de prestações em velocidade de viagem do autocarro. Resultados mostram que, durante o período em estudo, os benefícios de velocidade da viagem do autocarro, seria possível, através de um verdadeiro controlo de tempo feedback de cooperação entre as áreas urbanas de controlo de tráfego (Gertrude) e do sistema de localização de veículos de transportes públicos (SAEIP). Ao longo prazo, sugerimos a implantação de um sistema integrado. Fazendo com que o volume no carro seja reduzido. Este efeito leva também, a um aumento da velocidade comercial do autocarro urbano, da mesma forma como foi proposto em nossa experiência.