A take on complexity: bio-molecules and human metabolism interaction modelling for health and nutrition with machine learning

The advent of omic data production has opened many new perspectives in the quest for modelling complexity in biophysical systems. With the capability of characterizing a complex organism through the patterns of its molecular states, observed at different levels through various omics, a new paradigm of investigation is arising. In this thesis, we investigate the links between perturbations of the human organism, described as the ensemble of crosstalk of its molecular states, and health. Machine learning plays a key role within this picture, both in omic data analysis and model building. We propose and discuss different frameworks developed by the author using machine learning for data reduction, integration, projection on latent features, pattern analysis, classification and clustering of omic data, with a focus on 1H NMR metabolomic spectral data. The aim is to link different levels of omic observations of molecular states, from nanoscale to macroscale, to study perturbations such as diseases and diet interpreted as changes in molecular patterns. The first part of this work focuses on the fingerprinting of diseases, linking cellular and systemic metabolomics with genomic to asses and predict the downstream of perturbations all the way down to the enzymatic network. The second part is a set of frameworks and models, developed with 1H NMR metabolomic at its core, to study the exposure of the human organism to diet and food intake in its full complexity, from epidemiological data analysis to molecular characterization of food structure.

Dynamic Human Robot Interaction Framework Using Deep Learning and Robot Operating System (ROS): a practical approach

Trying to explain to a robot what to do is a difficult undertaking, and only specific types of people have been able to do so far, such as programmers or operators who have learned how to use controllers to communicate with a robot. My internship's goal was to create and develop a framework that would make that easier. The system uses deep learning techniques to recognize a set of hand gestures, both static and dynamic. Then, based on the gesture, it sends a command to a robot. To be as generic as feasible, the communication is implemented using Robot Operating System (ROS). Furthermore, users can add new recognizable gestures and link them to new robot actions; a finite state automaton enforces the users' input verification and correct action sequence. Finally, the users can create and utilize a macro to describe a sequence of actions performable by a robot.

Building a Open Source Framework for Virtual Medical Training

This paper presents a framework to build medical training applications by using virtual reality and a tool that helps the class instantiation of this framework. The main purpose is to make easier the building of virtual reality applications in the medical training area, considering systems to simulate biopsy exams and make available deformation, collision detection, and stereoscopy functionalities. The instantiation of the classes allows quick implementation of the tools for such a purpose, thus reducing errors and offering low cost due to the use of open source tools. Using the instantiation tool, the process of building applications is fast and easy. Therefore, computer programmers can obtain an initial application and adapt it to their needs. This tool allows the user to include, delete, and edit parameters in the functionalities chosen as well as storing these parameters for future use. In order to verify the efficiency of the framework, some case studies are presented.

Acoplamentos: um estudo sobre a intera????o entre humanos e computadores

Este estudo investiga a intera????o dos humanos com os computadores pessoais. A partir dos inc??modos produzidos por esses encontros, na primeira parte estuda-se a produ????o da m??quina ???amig??vel??? ??? que insinua compara????es com a mente humana ??? e seus fortes efeitos nas transforma????es culturais do final do s??culo XX. Na segunda parte do trabalho, a partir de entrevistas de trabalhadores falando sobre sua aprendizagem b??sica do uso de computadores pessoais, faz-se uma an??lise das principais concep????es sobre a rela????o homem-t??cnica que est??o influenciando a intera????o humano-computador. Com isso fica evidenciado o papel do computador na crise do sujeito moderno, e afirma-se a necessidade de se pensar a subjetividade para al??m da cl??ssica divis??o sujeito-objeto, homem m??quina, natureza-artif??cio... o que aponta para a id??ia de acoplamentos flex??veis entre humanos e computadores e pede por uma no????o de aprendizagem que acolha a cria????o de problemas como seu aspecto mais rico.

Estudo preliminar para a avaliação da acessibilidade de um sítio Web

O avanço e difusão da tecnologia, em particular da Internet, obrigaram à disponibilização de informação com qualidade e facilmente acessível. Tais exigências vêm confirmar a relevância do papel da interface como elemento principal na interacção do utilizador com os sistemas de informação. É, por isso, fundamental que a interface seja fácil de usar e que vá ao encontro das expectativas e necessidades de todos os utilizadores. O desenvolvimento de interfaces que satisfaçam utilizadores com necessidades distintas, independentemente das suas capacidades motoras e perceptivas, culturais e sociais não é uma tarefa que possa se considerada simples [1]. De acordo com vários especialistas em Interacção Homem-Computador, [1], [2] e [3] as interfaces devem ser construídas respeitando os princípios de desenho centrado no utilizador, visando um elevado grau de usabilidade e em conformidade com directrizes de acessibilidade básicas. Este trabalho apresenta uma metodologia para avaliação da acessibilidade de um sítio Web, baseado num documento disponibilizado pela Web Accessibility Initiative, WAI, [4], a ser aplicada à secretaria on-line de uma escola do ensino superior.

A user-centered interface for scheduling problem definition

In this paper we present a user-centered interface for a scheduling system. The purpose of this interface is to provide graphical and interactive ways of defining a scheduling problem. To create such user interface an evaluation-centered user interaction development method was adopted: the star life cycle. The created prototype comprises the Task Module and the Scheduling Problem Module. The first one allows users to define a sequence of operations, i.e., a task. The second one enables a scheduling problem definition, which consists in a set of tasks. Both modules are equipped with a set of real time validations to assure the correct definition of the necessary data input for the scheduling module of the system. The usability evaluation allowed us to measure the ease of interaction and observe the different forms of interaction provided by each participant, namely the reactions to the real time validation mechanism.

Safety high accuracy Context-Aware Matrix (CAM) making based on X.509 proxy certificate

Human Computer Interaction (HCl) is to interaction between computers and each person. And context-aware (CA) is very important one of HCI composition. In particular, if there are sequential or continuous tasks between users and devices, among users, and among devices etc, it is important to decide the next action using right CA. And to take perfect decision we have to get together all CA into a structure. We define that structure is Context-Aware Matrix (CAM) in this article. However to make exact decision is too hard for some problems like low accuracy, overhead and bad context by attacker etc. Many researcher has been studying to solve these problems. Moreover, still it has weak point HCI using in safety. In this Article, we propose CAM making include best selecting Server in each area. As a result, moving users could be taken the best way.

Realidade aumentada aplicada ao processo de ensino/aprendizagem. Estudo de caso.

Nas últimas décadas temos assistido a um avanço tecnológico a todos os níveis mas com particular incidência ao nível do hardware e dos dispositivos móveis. Estes tornaram-­‐se cada vez mais leves e mais baratos, e transferiram-­‐se do escritório para o carro, para os equipamentos e para os utensílios. A quantidade de informação (digital) disponível no meio envolvente aumentou de forma exponencial exigindo uma resposta tecnológica com o intuito de melhorar/facilitar o seu acesso e assimilação. É aqui que surge o conceito de Realidade Aumentada a funcionar como uma ponte de ligação entre o real e o digital convidando a novos modelos de interacção com o utilizador. A sua incorporação visa essencialmente tornar os sistemas mais usáveis diminuindo a carga cognitiva inerente à sua utilização. Este trabalho apresenta um estudo de caso, propondo um modelo para a construção de um Objecto de Aprendizagem com recurso a Realidade Aumentada especificamente para a área da saúde. O problema identificado nesta dissertação procura investigar se a integração de técnicas de Realidade Aumentada combinadas com técnicas multimédia e outros materiais convencionais podem contribuir para uma maior motivação e percepção cooperando para a construção de conhecimento.

Towards the detection of deception in interactive multimedia environments

A classical application of biosignal analysis has been the psychophysiological detection of deception, also known as the polygraph test, which is currently a part of standard practices of law enforcement agencies and several other institutions worldwide. Although its validity is far from gathering consensus, the underlying psychophysiological principles are still an interesting add-on for more informal applications. In this paper we present an experimental off-the-person hardware setup, propose a set of feature extraction criteria and provide a comparison of two classification approaches, targeting the detection of deception in the context of a role-playing interactive multimedia environment. Our work is primarily targeted at recreational use in the context of a science exhibition, where the main goal is to present basic concepts related with knowledge discovery, biosignal analysis and psychophysiology in an educational way, using techniques that are simple enough to be understood by children of different ages. Nonetheless, this setting will also allow us to build a significant data corpus, annotated with ground-truth information, and collected with non-intrusive sensors, enabling more advanced research on the topic. Experimental results have shown interesting findings and provided useful guidelines for future work. Pattern Recognition

Projecto de avaliação de interfaces – PAI

Para obtenção do grau de Doutor pela Universidade de Vigo com menção internacional Departamento de Informática

SketchyDynamics apoio à produção de sistemas baseados em interfaces caligráficas para a simulação da dinâmica de corpos rígidos

Mestrado em Engenharia Informática - Área de Especialização em Sistemas Gráficos e Multimédia

Avaliação da Usabilidade de um Projeto de eHealth, enquadrado na visão europeia de Health Technology Assessment (HTA)

Trabalho de projeto apresentado à Escola Superior de Comunicação Social como parte dos requisitos para obtenção de grau de mestre em Audiovisual e Multimédia.

Utilização do Kinect no apoio ao ensino/ aprendizagem dos fundamentos da Matemática

A interação humano-computador passou a desempenhar um papel fundamental no mundo atual. Esta forma de comunicar continua a evoluir, introduzindo novas formas de interação, como por exemplo, a interação natural. Este estilo de interação começou por estar presente na área de jogos. No entanto, atualmente está a ser explorada noutras áreas. Esta dissertação tem como propósito investigar a utilidade das interfaces naturais encontradas em consolas de jogos e conjugar com a área educativa, nomeadamente, o ensino e a aprendizagem dos fundamentos de Matemática. O desenvolvimento deste projeto baseou-se no estudo dos conteúdos programáticos de Matemática referentes ao 1º ciclo do ensino básico, de várias aplicações já existentes que estão relacionadas com o tema abordado e de alguns dispositivos de interação natural. De forma a avaliar a ideia proposta, foi desenvolvido um protótipo, designado Matemática Interativa, no sentido de permitir ao utilizador enriquecer a aprendizagem e também o interesse pela disciplina. São descritas, de uma forma mais aprofundada, as funcionalidades do dispositivo escolhido, o Kinect, de modo a tirar proveito das suas potencialidades e desenvolver um motor de reconhecimento de gestos e respetiva avaliação. Por fim, é feita uma discussão dos resultados de uma avaliação de usabilidade com o objetivo de validar a aplicação Matemática Interativa. Os resultados desta avaliação sugerem que a aplicação foi bem-sucedida e revelam ainda capacidades de melhoria.

A Real Time Vision System for Autonomous Systems: Characterization during a Middle Size Match

in RoboCup 2007: Robot Soccer World Cup XI