Desenvolvimento, implementação e testes de um sistema de comunicação sem fio heterogêneo para acesso à serviços: aplicações na telemedicina e domótica

Nos últimos de 20 anos, economia e tecnologia evoluíram em muitas direções e em novas áreas. Muitas dessas evoluções criaram oportunidades que estão sendo consideradas na concepção de futuras redes de comunicação. Estas novas possibilidades estão relacionadas à, sobretudo, utilização da internet para o acesso à serviços e englobam: mobilidade; tecnologias de baixo custo; crescimento e empregos (pela Internet participa-se de cada processo de negócios e produção); serviços; educação (oportunidade para as pessoas crescerem e se desenvolverem); entretenimento (mundos virtuais para o lazer, compras e jogos); volume de tráfego maior (texto, voz, imagens, vídeo). Como uma consequência, a Internet se tornou, semelhante a eletricidade ou água, um bem público. Com quase 2 bilhões de usuários (aproximadamente 28% da população mundial), a Internet está se tornando, cada vez mais, uma infraestrutura difusivo oferecendo em qualquer lugar, a qualquer momento conectividade e serviços. Este mundo da Internet atual é o resultado de sucessivas alterações que aconteceram desde o seu surgimento e que tornaram a infraestrutura de comunicação de importância crítica. Em termos de tecnologias de comunicação, os sistemas móveis sem fio têm um lugar especial devido a sua difusão excepcional na última década e que, junto com a Internet, tem permitido o aparecimento de dispositivos inteligentes, a introdução de novos serviços inovadores e exigindo, para tanto, um ambiente que suporte a inovação e criatividade. Porém, os vários padrões de redes para suporte, principalmente, ao acesso de última milha são desvantagens na perspectiva do usuário, pois este tem de se habilitar nessas redes (contratar os serviços) e, não raro, ter terminais específicos para o acesso. A idéia de um padrão único para estas redes não obteve resultados satisfatórios e uma solução aponta para a integração dessas redes para prover acesso único e transparente ao usuário. Esse trabalho, portanto, apresenta uma solução embarcada para integrar padrões de comunicações sem fio heterogênea do tipo IEEE 802.15.4 ZigBee, IEEE 802.20 GSM/GPRS e IEEE 802.2 Wi-Fi. Essa heterogeneidade de tecnologias sem fio permite a um usuário em movimento, através de seu terminal local ou remoto, acessar aplicativos e serviços de forma transparente. A avaliação de desempenho da solução foi realizada utilizando-se dois tipos de serviços: domótica e telemedicina. Os resultados indicaram que a solução proposta consegue integrar e prover os serviços com segurança e confiabilidade.

Investigação de estratégias de controle digital para regulação de velocidade e emulação da dinâmica de turbinas hidráulicas, com implementação e testes experimentais em uma micromáquina de 10 KVA

Devido não ser comum o estudo de sistemas de potência em plantas reais como usinas hidrelétricas por causa dos riscos e custos que envolvem sua operação, dá-se preferência pela realização computacional de modelos matemáticos desse tipo de planta na resolução de problemas, desenvolvimento de novas tecnologias e formação de recursos humanos. No entanto, modelos realizados computacionalmente não proveem a experiência, visual, auditiva e tátil que um modelo físico real pode oferecer. Portanto, neste trabalho, apresenta-se a descrição e a modelagem de um sistema de geração em escala reduzida de 10kVA, que é um sistema físico real, composto por um motor CC, um gerador síncrono e transformadores, chamado também de sistema micromáquina, o qual faz parte da infraestrutura do Laboratório de Engenharia Elétrica da UFPA. Para este sistema, por intermédio deste trabalho de mestrado e do trabalho de mestrado de Moraes (2011), foram desenvolvido subsistemas eletrônicos e computacionais de acionamento, automação e controle para operá-lo de forma segura resultando em uma excelente plataforma didática para dar suporte às pesquisas em dinâmica e controle de sistemas de potência, bem como o desenvolvimento de trabalhos acadêmicos e de ensino. Nesse mesmo contexto, é apresentada uma proposta de técnica de emulação de turbina hidráulica, tendo como base o controle de potência aplicado ao motor CC do sistema micromáquina. Tal técnica foi desenvolvida principalmente com o propósito de dar suporte ao estudo e desenvolvimento de técnicas de regulação de velocidade de turbinas hidráulicas. Consequentemente, também é apresenta uma proposta de um regulador de velocidade digital para turbinas hidráulicas baseado na estrutura canônica RST de controle digital, cujos parâmetros são projetados por duas técnicas de projeto estudadas neste trabalho: o método de alocação polinomial de polos e o projeto de compensadores por atraso de fase pelo método de resposta em frequência para sistemas discretos. Logo para comprovar a eficácia das ferramentas de hardware, software e teóricas desenvolvidas neste trabalho, resultados de experimentos realizados no sistema micromáquina são apresentados e analisados.

Prazer-sofrimento e saúde no trabalho com automação: estudo com operadores em empresas japonesas no Pólo Industrial de Manaus

A atual configuração do mundo do trabalho caracteriza-se pela complexidade e intensificação dos riscos à saúde do trabalhador. A presente tese aborda trabalho e saúde a partir do referencial da psicodinâmica de Dejours, privilegiando a categoria prazer-sofrimento, no contexto do trabalho com automação no Pólo Industrial de Manaus - PIM. Visando situar os aspectos macroeconômicos, apresenta-se a condição sócio-econômica dos operadores e o contexto da reestruturação produtiva do PIM, que se caracterizou por intensificação da automação. O objetivo dessa pesquisa foi analisar a organização de trabalho com automação e seus desdobramentos sobre a saúde dos operadores e das operadoras de máquina de inserção automática, focalizando o prazer-sofrimento e seus reflexos sobre o processo de saúde-adoecimento. Elegeu-se a abordagem qualitativa, em consonância com a fundamentação teórico-metodológica de Dejours. A pesquisa empírica foi realizada na área de inserção automática das duas empresas de origem japonesa, de grande porte, do segmento eletroeletrônico do PIM. Participaram como sujeitos 21 operadores de máquinas (dez de uma e onze de outra empresa). A principal fonte de dados foi a fala dos sujeitos, que responderam a uma entrevista individual semi-estruturada. Para a análise de dados foi realizada uma articulação da sistemática da Grounded Theory à base psicodinâmica, como opção de técnica qualitatativa adequada a entrevistas individuais. A preocupação com a “qualidade” se destacou como categoria central, mostrando-se presente em todas as esferas da organização de trabalho e modulando a vivência de prazer-sofrimento: dentre as principais fontes de prazer, realizar o trabalho com perfeição foi reiteradamente mencionado; em contrapartida, o medo de errar é uma das principais fontes de sofrimento, causa permanente de tensão, agravante do risco de adoecimento. O prazer provém da identificação com a tarefa de operar máquinas, de alta tecnologia, sem cometer erros; aprender mais e dominar a “tecnologia de ponta” é uma fonte de mobilização subjetiva. O sofrimento decorre da sobrecarga de trabalho, mal remunerado, sob intensa pressão por “qualidade”. Para suportar o sofrimento, os trabalhadores constroem estratégias coletivas de defesa: usam gracejos direcionados aos colegas que cometem erros, interpretados como recurso para reduzir o sofrimento originário do medo de falhar. Utilizam ainda grande diversidade de estratégias individuais de defesa, reflexo do individualismo. O reconhecimento, considerado na psicodinâmica como via privilegiada para a ressignificação do sofrimento, é pouco presente: menos de metade dos operadores se considera devidamente reconhecido por seu trabalho; mencionam os baixos salários como evidência da falta de reconhecimento. Em uma das empresas também falta o reconhecimento simbólico, agravando o sofrimento. O predomínio do sofrimento sobre o prazer no trabalho conduz a um desequilíbrio que resulta no uso exacerbado de defesas: manifestam-se as patologias sociais do trabalho, dentre as quais foi identificada a patologia da sobrecarga, relacionada à carga excessiva de trabalho que é importa aos operadores e às operadoras, pois à aquisição de máquinas corresponde a redução de pessoas. O sofrimento no trabalho, no PIM, está sendo intensificado com a automação, inserida no contexto de super-exploração do trabalho, integrante da organização flexível do capital.

Reestruturação produtiva, inovações tecnológicas nos bancos nas décadas de 1980 e 1990: mudanças no perfil do trabalhador bancário em Belém

Este trabalho tem como objetivo demonstrar que a reestruturação produtiva bancária no Brasil, nas décadas de 1980 e 1990, com foco para a realidade em Belém, é resultado de um conjunto de eventos econômicos, sociais e políticos em nível internacional com sérias repercussões no mundo do trabalho. O trabalho percorre tentando compreender os impactos da reestruturação produtiva nos bancos com ênfase para a questão do emprego, envolvendo a automação e a lógica flexível na relação dos direitos; a mudança de perfil dos trabalhadores bancários por conta das transformações do modelo de produção em nível geral no mundo do trabalho. Estas mudanças vieram acompanhadas de um desenvolvimento rigoroso de organização do trabalho, que consistiu em um processo complexo de mudanças no sistema produtivo com a introdução de novas tecnologias para aumentar a produtividade e diminuir a intervenção humana na produção e serviços, ocorridos nas últimas décadas no contexto da crise estrutural do capitalismo. O foco específico tenta responder como transformações interferiram no trabalho bancário, mudando o perfil dos trabalhadores, diminuindo, deste modo, a intervenção dos bancários nas tarefas, o que redundou em desemprego, precarização do trabalho e novas qualificações, como a polivalência funcional, novas competências para os bancários se enquadrarem às exigências do mercado e trabalho.

Um estudo de novos paradigmas na realização de projetos de instalação elétrica residencial (automação)

Through awareness of new trends of consumption of the population with regard to housing, comfort, entertainment, security and sustainability, it was crafted a work that set out to study and develop the concept of home automation and how it will revolutionize the electrical installation projects and energy savings. A pre-wiring project, taking into account, basically, the installed load, is presented as a basis for comparison. The protocols for communication between intelligent devices in an automation environment, used in the work, are the X-10, LonWorks and UPnP. The home network is studied and divided into subsystems, for a better understanding, which are the lighting, audio, video and multimedia system, security, air conditioning and central vacuum system, and the idea of integrated design and system integrator is introduced, showing the change necessity in the design philosophy of electrical installations. The main means of energy savings in an automated home, such as dimerization, master off and smart meters are presented and, finally, it was concluded that there is a need to structure electrical installation projects more comprehensive with regard to home automation, in order to become more efficient and useful to users

Controle de Acesso utilizando Arduino, banco de dados MySQL e LabVIEW

The search for more reliable security systems and information management of these systems is leading to a growing progress in new technologies investments that allow the implementation of equipment with a high level of reliability, but also have an agile and practical operation. This led people to turn increasingly looking for home automation systems, enterprise and industry for the automation and integration of their systems. The identification by radio frequency is very widespread today for ensuring both agility in handling records data, the reliability of their identification systems, which are increasingly advanced and less susceptible to fraud. Attached to this technology, the use of the database is always very important for the storage of information collected, the area where the MySQL platform is widely used. Using the open source Arduino platform for programming and manipulation of RFID module and LabVIEW software for the union of all these technologies and to develop a user-friendly interface, you can create a highly reliable access control and agility places a high turnover of people. This project aims to prove the advantages of using all these technologies working together, thus improving a flawed system effectively safety, cheaper and quicker

Recycling scrap automotive heat shield insulation material

Automotive heat shields are usually composed of two metal sheets enclosing an insulating material with a paper-like texture that contains refractory ceramic particles. This article discusses the results achieved by recycling the scrap automotive insulation that is discarded in landfills, using the same concept as paper recycling. For comparison with the original product, tests of thickness, bulk density, weight loss on ignition, tensile strength, compressibility, and recovery were performed on recycled materials produced in a so-called "manual" process (involving little automation and performed in adapted facilities) without pressing, and pressed once, twice, and four times. Materials recycled in a so-called "industrial" process (in a paper recycling plant) without pressing, and pressed once were also tested. The recycled materials can be considered approved with respect to the main requirement, thermal insulation, since they dissipated the under-hood temperature by more than 300 A degrees C (like the original product). Like the heat insulation tests, the thermogravimetric analysis suggested that the recycled materials showed higher stability than the original product. Thermogravimetric, microscopy, and energy dispersive spectroscopy analyses indicated that the structural and compositional characteristics of the original product were preserved after recycling.

O papel dos consumidores residencias no ambiente das redes inteligentes: medidores eletrônicos de energia

Pós-graduação em Engenharia Mecânica - FEG

Preventing chaotic motion in tapping-mode atomic force microscope

During the last 30 years the Atomic Force Microscopy became the most powerful tool for surface probing in atomic scale. The Tapping-Mode Atomic Force Microscope is used to generate high quality accurate images of the samples surface. However, in this mode of operation the microcantilever frequently presents chaotic motion due to the nonlinear characteristics of the tip-sample forces interactions, degrading the image quality. This kind of irregular motion must be avoided by the control system. In this work, the tip-sample interaction is modelled considering the Lennard-Jones potentials and the two-term Galerkin aproximation. Additionally, the State Dependent Ricatti Equation and Time-Delayed Feedback Control techniques are used in order to force the Tapping-Mode Atomic Force Microscope system motion to a periodic orbit, preventing the microcantilever chaotic motion

Desenvolvimento de um sistema de controle para avaliação de fontes de energias renováveis no bombeamento de água

The use of alternative energy systems in the current days is an urgent necessity due to the problems that the planet is facing as the heating and loss of ozone layer. The scarcity of conventional energy is another problem that must be solved for the future of humanity. It must be considered that the people are inhabiting places moved away not always with available energy. The application of technologies as automation and control can help us to solve this problem. Therefore, this work aimed at apply an equipment of industrial usage, the Programmable Logical Controller, PLC, in alternative energies systems, as eolic generation and fotovoltaic generation used for water pumping, aiming the automatic control and the efficiency in the places where it has simultaneous availability of these sources, based in criterion of priority that previously established itself between them. It was made a hydraulic and energetic evaluation of the energy system, eolic and fotovoltaic, used in the automatic control system of pumping, in the place of accomplishment of the experiment, according to previously established physical conditions. The results have shown that the control system using the PLC is practicable and has trustworthiness. The program developed can be adapted for the use with several power plants in a specific application place. The fotovoltaic system of pumping, using a polycrystalline of 70 Watts connected to a pump Shurflo 8000, showed to be efficient with significant flows in almost all the months. The eolic system of pumping, using an eolic generator of 400 Watts assembled in place of experiment, did not demonstrate energetic capacity for use in this specific type of application.

Is Competition Making a Comeback? Discovering Methods to Keep Female Adolescents Engaged in STEM: A Phenomenological Approach

The decreasing number of women who are graduating in the Science, Technology, Engineering and Mathematics (STEM) fields continues to be a major concern. Despite national support in the form of grants provided by National Science Foundation, National Center for Information and Technology and legislation passed such as the Deficit Reduction Act of 2005 that encourages women to enter the STEM fields, the number of women actually graduating in these fields is surprisingly low. This research study focuses on a robotics competition and its ability to engage female adolescents in STEM curricula. Data have been collected to help explain why young women are reticent to take technology or engineering type courses in high school and college. Factors that have been described include attitudes, parental support, social aspects, peer pressure, and lack of role models. Often these courses were thought to have masculine and “nerdy” overtones. The courses were usually majority male enrollments and appeared to be very competitive. With more female adolescents engaging in this type of competitive atmosphere, this study gathered information to discover what about the competition appealed to these young women. Focus groups were used to gather information from adolescent females who were participating in the First Lego League (FLL) and CEENBoT competitions. What enticed them to participate in a curriculum that data demonstrated many of their peers avoided? FLL and CEENBoT are robotics programs based on curricula that are taught in afterschool programs in non-formal environments. These programs culminate in a very large robotics competition. My research questions included: What are the factors that encouraged participants to participate in the robotics competition? What was the original enticement to the FLL and CEENBoT programs? What will make participants want to come back and what are the participants’ plans for the future? My research mirrored data of previous findings such as lack of role models, the need for parental support, social stigmatisms and peer pressure are still major factors that determine whether adolescent females seek out STEM activities. An interesting finding, which was an exception to previous findings, was these female adolescents enjoyed the challenge of the competition. The informal learning environments encouraged an atmosphere of social engagement and cooperative learning. Many volunteers that led the afterschool programs were women (role models) and a majority of parents showed support by accommodating an afterschool situation. The young women that were engaged in the competition noted it was a friendly competition, but they were all there to win. All who participated in the competition had a similar learning environment: competitive but cooperative. Further research is needed to determine if it is the learning environment that lures adolescent females to the program and entices them to continue in the STEM fields or if it is the competitive aspect of the culminating activity. Advisors: James King and Allen Steckelberg

Disposable polyester-toner electrophoresis microchips for DNA analysis

Microchip electrophoresis has become a powerful tool for DNA separation, offering all of the advantages typically associated with miniaturized techniques: high speed, high resolution, ease of automation, and great versatility for both routine and research applications. Various substrate materials have been used to produce microchips for DNA separations, including conventional (glass, silicon, and quartz) and alternative (polymers) platforms. In this study, we perform DNA separation in a simple and low-cost polyester-toner (PeT)-based electrophoresis microchip. PeT devices were fabricated by a direct-printing process using a 600 dpi-resolution laser printer. DNA separations were performed on PeT chip with channels filled with polymer solutions (0.5% m/v hydroxyethylcellulose or hydroxypropylcellulose) at electric fields ranging from 100 to 300Vcm(-1). Separation of DNA fragments between 100 and 1000 bp, with good correlation of the size of DNA fragments and mobility, was achieved in this system. Although the mobility increased with increasing electric field, separations showed the same profile regardless of the electric field. The system provided good separation efficiency (215 000 plates per m for the 500 bp fragment) and the separation was completed in 4 min for 1000 bp fragment ladder. The cost of a given chip is approximately $0.15 and it takes less than 10 minutes to prepare a single device.

Multivariate spectroscopic methods for the analysis of solutions

In this thesis some multivariate spectroscopic methods for the analysis of solutions are proposed. Spectroscopy and multivariate data analysis form a powerful combination for obtaining both quantitative and qualitative information and it is shown how spectroscopic techniques in combination with chemometric data evaluation can be used to obtain rapid, simple and efficient analytical methods. These spectroscopic methods consisting of spectroscopic analysis, a high level of automation and chemometric data evaluation can lead to analytical methods with a high analytical capacity, and for these methods, the term high-capacity analysis (HCA) is suggested. It is further shown how chemometric evaluation of the multivariate data in chromatographic analyses decreases the need for baseline separation. The thesis is based on six papers and the chemometric tools used are experimental design, principal component analysis (PCA), soft independent modelling of class analogy (SIMCA), partial least squares regression (PLS) and parallel factor analysis (PARAFAC). The analytical techniques utilised are scanning ultraviolet-visible (UV-Vis) spectroscopy, diode array detection (DAD) used in non-column chromatographic diode array UV spectroscopy, high-performance liquid chromatography with diode array detection (HPLC-DAD) and fluorescence spectroscopy. The methods proposed are exemplified in the analysis of pharmaceutical solutions and serum proteins. In Paper I a method is proposed for the determination of the content and identity of the active compound in pharmaceutical solutions by means of UV-Vis spectroscopy, orthogonal signal correction and multivariate calibration with PLS and SIMCA classification. Paper II proposes a new method for the rapid determination of pharmaceutical solutions by the use of non-column chromatographic diode array UV spectroscopy, i.e. a conventional HPLC-DAD system without any chromatographic column connected. In Paper III an investigation is made of the ability of a control sample, of known content and identity to diagnose and correct errors in multivariate predictions something that together with use of multivariate residuals can make it possible to use the same calibration model over time. In Paper IV a method is proposed for simultaneous determination of serum proteins with fluorescence spectroscopy and multivariate calibration. Paper V proposes a method for the determination of chromatographic peak purity by means of PCA of HPLC-DAD data. In Paper VI PARAFAC is applied for the decomposition of DAD data of some partially separated peaks into the pure chromatographic, spectral and concentration profiles.

Development of screening assays to test novel integrin antagonists in allergic inflammation

Aim of the research: to develop a prototype of homogeneous high-throughput screening (HTS) for identification of novel integrin antagonists for the treatment of ocular allergy and to better understand the mechanisms of action of integrin-mediated levocabastine antiallergic action. Results: This thesis provides evidence that adopting scintillation proximity assay (SPA) levocabastine (IC50=406 mM), but not the first-generation antihistamine chlorpheniramine, displaces [125I]fibronectin (FN) binding to human a4b1 integrin. This result is supported by flow cytometry analysis, where levocabastine antagonizes the binding of a primary antibody to integrin a4 expressed in Jurkat E6.1 cells. Levocabastine, but not chlorpheniramine, binds to a4b1 integrin and prevents eosinophil adhesion to VCAM-1, FN or human umbilical vein endothelial cells (HUVEC) cultured in vitro. Similarly, levocabastine affects aLb2/ICAM-1-mediated adhesion of Jurkat E6.1 cells. Analyzing the supernatant of TNF-a-treated (24h) eosinophilic cells (EoL-1), we report that levocabastine reduces the TNF-a-induced release of the cytokines IL-12p40, IL-8 and VEGF. Finally, in a model of allergic conjunctivitis, levocastine eye drops (0.05%) reduced the clinical aspects of the early and late phase reactions and the conjunctival expression of a4b1 integrin by reducing infiltrated eosinophils. Conclusions: SPA is a highly efficient, amenable to automation and robust binding assay to screen novel integrin antagonists in a HTS setting. We propose that blockade of integrinmediated cell adhesion might be a target of the anti-allergic action of levocabastine and may play a role in preventing eosinophil adhesion and infiltration in allergic conjunctivitis.

Cooperative teleoperation systems

This thesis deals with the studies on the Cooperative Teleoperation Systems. The literature on cooperative teleoperation did not take into account control architectures composed of pairs of wave-based bilateral teleoperators operating in a shared environment. In this work The author two cooperative control schemes based on wave variables by considering two pairs of single-master/single-slave devices collaborating to carry out operations in a shared remote environment are proposed. Such architectures have been validated both with simulations and experimental tests. Ch. 2 introduces a description of the two control architectures proposed and presents some simulation results where the cooperative teleoperation systems evolve in free space and in contact with a stiff wall. In the Ch. 3 some experimental results which confirm the positive results of the control schemes are illustred. Such results have been achieved by using a prototype custom built at Laboratory of Automaiton and Robotics of University of Bologna, which is also illustrated in this chapter. In Ch. 4 the problem of defining proper tools and procedures for an analysis, and possibly a comparison, of the performances of cooperative teleoperation systems is addressed. In particular, a novel generalization of criteria adopted for classical (i.e. one master-one slave) teleoperators is presented and illustrated on the basis of the force-position and the position-position cooperative control schemes proposed in Ch. 2, both from a transparency and stability point of view, and by assuming a null time delay in the communication channel.