Petri net based development of globally-asynchronous locally-synchronous distributed embedded systems

Dissertação para obtenção do Grau de Doutor em Engenharia Electrotécnica e de Computadores

Exposição profissional ao chumbo : análise da indução de efeitos genotóxicos

RESUMO - A exposição contínua a substâncias químicas tem consequências para a saúde humana, algumas das quais não estão ainda totalmente estabelecidas. A toxicologia ocupacional é uma área interdisciplinar que envolve conhecimentos de higiene e de medicina ocupacional, de epidemiologia e de toxicologia e que tem por principal objectivo prevenir a ocorrência de efeitos adversos decorrentes do ambiente ocupacional sendo um dos seus principais papéis fornecer o máximo de dados que possam contribuir para o conhecimento dos potenciais efeitos na saúde. O chumbo é um tóxico de características cumulativas que provoca na saúde efeitos principalmente sistémicos, ou seja, o efeito tóxico manifesta-se em locais afastados do contacto inicial que resultam essencialmente de exposições crónicas, resultantes de períodos de exposição mais ou menos longos ao metal (entre meses e anos). Pode interagir com diferentes órgãos e tecidos, ligando-se a moléculas e constituintes celulares. Uma vez que não possui qualquer função fisiológica, a presença do chumbo no organismo humano resulta numa série de efeitos prejudiciais que afectam diversos órgãos e sistemas. A toxicidade do chumbo manifesta-se em diversos órgãos e tecidos, nomeadamente no sistema hematopoiético, no sistema nervoso, no rim, no aparelho reprodutor, no sistema cardiovascular, no sistema endócrino e no sistema imunitário. Da interferência do chumbo com o funcionamento de alguns sistemas biológicos resultam um conjunto de alterações fundamentais ao nível dos processos de transporte através das membranas, da integridade estrutural e funcional das enzimas e de várias vias metabólicas, em especial da fosforilação oxidativa e da síntese do heme sendo os primeiros efeitos bioquímicos do chumbo detectados a partir de valores de plumbémia inferiores a 10 μg/dL. As medidas de higiene e segurança actualmente em vigor nos países desenvolvidos asseguram que os casos de intoxicação grave são cada vez menos frequentes. No entanto, o risco de exposição a nível ocupacional existe em todas as actividades que envolvem materiais que o contenham como as explorações mineiras, as fundições primária e secundária, a produção de baterias de chumbo ácido, a produção de vidro com pigmentos de chumbo, as soldaduras de reparação automóvel e a instrução de tiro. Desde 2006 o chumbo é considerado pela International Agency for Research on Cancer (IARC) uma substância carcinogénica do grupo 2A (provável carcinogénio para o ser humano). Considera-se, assim, que o chumbo tem, inequivocamente, capacidade de induzir cancro em animais experimentais mas que, embora haja fortes indícios de que os mecanismos que medeiam a carcinogénese desses compostos ocorrem no ser humano, os dados disponíveis ainda não podem assegurar essa relação. Com este estudo pretendeu-se contribuir para o conhecimento da toxicidade do chumbo através do estudo da exposição ao chumbo e da influência da susceptibilidade individual (em industrias sem co-exposição significativa a outros agentes conhecidos ou suspeitos de serem carcinogénicos). Pretendeu-se estudar o caso através de uma abordagem múltipla que permitisse relacionar diferentes tipos de marcadores biológicos uma vez que a monitorização biológica integra todas as possíveis vias de entrada no organismo (para além da via respiratória), eventuais exposições fora do contexto estritamente profissional assim como uma série de factores intrínsecos individuais (relacionados com modos de via, de natureza fisiológica e comportamentais). Sendo a co-exposição a outros compostos com propriedades genotóxicas e carcinogénicas uma questão difícil de tornear quando se quer avaliar o potencial genotóxico do chumbo em populações expostas, ocupacional ou ambientalmente este estudo tem a vantagem de ter sido efectuado em populações sem co-exposição conhecida a outras substâncias deste tipo, permitindo concluir sobre os efeitos resultantes apenas da exposição a chumbo na população humana, contribuindo para explicar algumas das aparentes inconsistências e contradições entre diferentes estudos sobre este tema. Os indicadores de exposição usados foram: indicadores de dose interna (doseamento de chumbo e de PPZ no sangue), indicadores de efeitos adversos no heme e genotóxicos (actividade da ALAD, teste do cometa e mutação em TCR) e indicadores de susceptibilidade (polimorfismos genéticos de ALAD e VDR) através de uma abordagem estatística de comparação directa de sub-grupos previamente definidos na população e da aplicação de um modelo de regressão múltipla. Este estudo revelou que os níveis de plumbémia na população portuguesa baixaram significativamente nos últimos 10 anos, tanto na população ocupacionalmente exposta como na população em geral e que a presença do genótipo B-B (do gene VDR) é preditiva das variações de plumbémia, quando comparada com o genótipo mais frequente na população, B-b; ao contrário, o genótipo b-b não aparenta ter influência em nenhum dos marcadores estudados. No que diz respeito a efeitos genotóxicos concluiu-se que estes não se manifestaram na população estudada, levando a concluir que nos níveis de exposição estudados, o chumbo não tem capacidade de induzir este tipo de efeitos per si levando ao reforço da hipótese, já levantada por outros autores, de que o mecanismo de genotoxicidade do chumbo seja essencialmente de promoção de processos de genotoxicidade desencadeados por outros agentes. A realização de estudos de efeitos genotóxicos e de stress oxidativo desenhados de forma a comparar grupos de trabalhadores expostos apenas a chumbo com grupos de trabalhadores com o mesmo nível de exposição a chumbo, mas com co-exposição a outros agentes reconhecidamente carcinogénicos poderá ajudar a aumentar o conhecimento deste efeito do chumbo na saúde humana.

Development of principle culture medium formulations for Saccharomyces cerevisiae

Saccharomyces cerevisiae as well as other microorganisms are frequently used in industry with the purpose of obtain different kind of products that can be applied in several areas (research investigation, pharmaceutical compounds, etc.). In order to obtain high yields for the desired product, it is necessary to make an adequate medium supplementation during the growth of the microorganisms. The higher yields are typically reached by using complex media, however the exact formulation of these media is not known. Moreover, it is difficult to control the exact composition of complex media, leading to batch-to-batch variations. So, to overcome this problem, some industries choose to use defined media, with a defined and known chemical composition. However these kind of media, many times, do not reach the same high yields that are obtained by using complex media. In order to obtain similar yield with defined media the addition of many different compounds has to be tested experimentally. Therefore, the industries use a set of empirical methods with which it is tried to formulate defined media that can reach the same high yields as complex media. In this thesis, a defined medium for Saccharomyces cerevisiae was developed using a rational design approach. In this approach a given metabolic network of Saccharomyces cerevisiae is divided into a several unique and not further decomposable sub networks of metabolic reactions that work coherently in steady state, so called elementary flux modes. The EFMtool algorithm was used in order to calculate the EFM’s for two Saccharomyces cerevisiae metabolic networks (amino acids supplemented metabolic network; amino acids non-supplemented metabolic network). For the supplemented metabolic network 1352172 EFM’s were calculated and then divided into: 1306854 EFM’s producing biomass, and 18582 EFM’s exclusively producing CO2 (cellular respiration). For the non-supplemented network 635 EFM’s were calculated and then divided into: 215 EFM’s producing biomass; 420 EFM’s producing exclusively CO2. The EFM’s of each group were normalized by the respective glucose consumption value. After that, the EFMs’ of the supplemented network were grouped again into: 30 clusters for the 1306854 EFMs producing biomass and, 20 clusters for the 18582 EFM’s producing CO2. For the non-supplemented metabolic network the respective EFM’s of each metabolic function were grouped into 10 clusters. After the clustering step, the concentrations of the other medium compounds were calculated by considering a reasonable glucose amount and by accounting for the proportionality between the compounds concentrations and the glucose ratios. The approach adopted/developed in this thesis may allow a faster and more economical way for media development.

Botnet cluster identification

Botnets are a group of computers infected with a specific sub-set of a malware family and controlled by one individual, called botmaster. This kind of networks are used not only, but also for virtual extorsion, spam campaigns and identity theft. They implement different types of evasion techniques that make it harder for one to group and detect botnet traffic. This thesis introduces one methodology, called CONDENSER, that outputs clusters through a self-organizing map and that identify domain names generated by an unknown pseudo-random seed that is known by the botnet herder(s). Aditionally DNS Crawler is proposed, this system saves historic DNS data for fast-flux and double fastflux detection, and is used to identify live C&Cs IPs used by real botnets. A program, called CHEWER, was developed to automate the calculation of the SVM parameters and features that better perform against the available domain names associated with DGAs. CONDENSER and DNS Crawler were developed with scalability in mind so the detection of fast-flux and double fast-flux networks become faster. We used a SVM for the DGA classififer, selecting a total of 11 attributes and achieving a Precision of 77,9% and a F-Measure of 83,2%. The feature selection method identified the 3 most significant attributes of the total set of attributes. For clustering, a Self-Organizing Map was used on a total of 81 attributes. The conclusions of this thesis were accepted in Botconf through a submited article. Botconf is known conferênce for research, mitigation and discovery of botnets tailled for the industry, where is presented current work and research. This conference is known for having security and anti-virus companies, law enforcement agencies and researchers.

Wealth Management in Africa: The Cape Verde Opportunity

This work project consists of a comprehensive study of the possibility of opening a Wealth Management (WM) firm located in Cape Verde (CV), and was made at the request of NovoBanco’s Research Sectorial team. WM is a growing industry that consists in the set of financial services provided to wealthy clients. After taking into account the expected industry growth of the Sub-Saharan region, the preferences of the African wealthy, the current industry structure, and the advantages and disadvantages of locating a WM business in CV, it is concluded that a business opportunity exists. The reasons for thus, along with relevant recommendations, including which services a new business should offer and whom to target specifically, are presented in the final section.

EDP inovcity pilot study proposal: A set-top box interface

In this work I propose an additional test to be implemented in EDP’s residential electricity use feedback trials, under InovCity’s project scope. The proposed product to be tested consists of an interface between the smart meter and the television, through a set-top box. I provide a theoretical framework of the importance of feedback, an analysis of results from past studies involving smart metering, and a detailed description of my proposal. The results of a self-developed questionnaire related to the proposal and segmentation issues are also analyzed. Finally, general conclusions are drawn and potential future improvements and challenges are presented.

Fostering e-participation sustainability through a BPM-driven semantic model

According to a recent Eurobarometer survey (2014), 68% of Europeans tend not to trust national governments. As the increasing alienation of citizens from politics endangers democracy and welfare, governments, practitioners and researchers look for innovative means to engage citizens in policy matters. One of the measures intended to overcome the so-called democratic deficit is the promotion of civic participation. Digital media proliferation offers a set of novel characteristics related to interactivity, ubiquitous connectivity, social networking and inclusiveness that enable new forms of societal-wide collaboration with a potential impact on leveraging participative democracy. Following this trend, e-Participation is an emerging research area that consists in the use of Information and Communication Technologies to mediate and transform the relations among citizens and governments towards increasing citizens’ participation in public decision-making. However, despite the widespread efforts to implement e-Participation through research programs, new technologies and projects, exhaustive studies on the achieved outcomes reveal that it has not yet been successfully incorporated in institutional politics. Given the problems underlying e-Participation implementation, the present research suggested that, rather than project-oriented efforts, the cornerstone for successfully implementing e-Participation in public institutions as a sustainable added-value activity is a systematic organisational planning, embodying the principles of open-governance and open-engagement. It further suggested that BPM, as a management discipline, can act as a catalyst to enable the desired transformations towards value creation throughout the policy-making cycle, including political, organisational and, ultimately, citizen value. Following these findings, the primary objective of this research was to provide an instrumental model to foster e-Participation sustainability across Government and Public Administration towards a participatory, inclusive, collaborative and deliberative democracy. The developed artefact, consisting in an e-Participation Organisational Semantic Model (ePOSM) underpinned by a BPM-steered approach, introduces this vision. This approach to e-Participation was modelled through a semi-formal lightweight ontology stack structured in four sub-ontologies, namely e-Participation Strategy, Organisational Units, Functions and Roles. The ePOSM facilitates e-Participation sustainability by: (1) Promoting a common and cross-functional understanding of the concepts underlying e-Participation implementation and of their articulation that bridges the gap between technical and non-technical users; (2) Providing an organisational model which allows a centralised and consistent roll-out of strategy-driven e-Participation initiatives, supported by operational units dedicated to the execution of transformation projects and participatory processes; (3) Providing a standardised organisational structure, goals, functions and roles related to e-Participation processes that enhances process-level interoperability among government agencies; (4) Providing a representation usable in software development for business processes’ automation, which allows advanced querying using a reasoner or inference engine to retrieve concrete and specific information about the e-Participation processes in place. An evaluation of the achieved outcomes, as well a comparative analysis with existent models, suggested that this innovative approach tackling the organisational planning dimension can constitute a stepping stone to harness e-Participation value.

Production and characterization of electrospun composite fibers: confinement of thermosensitive microgels

Materials engineering focuses on the assembly of materials´ properties to design new products with the best performance. By using sub-micrometer size materials in the production of composites, it is possible to obtain objects with properties that none of their compounds show individually. Once three-dimensional materials can be easily customized to obtain desired properties, much interest has been paid to nanostructured poly-mers in order to build biocompatible devices. Over the past years, the thermosensitive microgels have become more common in the framework of bio-materials with potential applicability in therapy and/or diagnostics. In addition, high aspect ratio biopolymers fibers have been produced using the cost-effective method called electrospinning. Taking advantage of both microgels and electrospun fibers, surfaces with enhanced functionalities can be obtained and, therefore employed in a wide range of applications. This dissertation reports on the confinement of stimuli-responsive microgels through the colloidal electro-spinning process. The process mainly depends on the composition, properties and patterning of the precur-sor materials within the polymer jet. Microgels as well as the electrospun non-woven mats were investigated to correlate the starting materials with the final morphology of the composite fibers. PNIPAAm and PNIPAAm/Chitosan thermosensitive microgels with different compositions were obtained via surfactant free emulsion polymerization (SFEP) and characterized in terms of chemical structure, morphology, thermal sta-bility, swelling properties and thermosensitivity. Finally, the colloidal electrospinning method was carried out from spinning solutions composed of the stable microgel dispersions (up to a concentration of about 35 wt. % microgels) and a polymer solution of PEO/water/ethanol mixture acting as fiber template solution. The confinement of microgels was confirmed by Scanning Electron Microscopy (SEM). The electrospinning process was statistically analysed providing the optimum set of parameters aimed to minimize the fiber diameter, which give rise to electrospun nanofibers of PNIPAAm microgels/PEO with a mean fiber diameter of 63 ± 25 nm.

How aspiring filmmakers cope with unexpected events on set

Making the transition between plans and unexpected occurrences is something organizations are used to doing every day. However, not much is known about how actors cope with unanticipated events and how they accommodate them within predefined schedules. In this study, we draw on an inductive analysis of aspiring filmmakers’ film sets to elaborate on how they plan their shooting activities every day, only to adjust them when unforeseen complications arise. We discover that film crews anchor their expectations for the day based on a planned shooting schedule, yet they incorporate a built-in assumption that it will inevitably be disrupted. We argue that they resort to triage processes and “troubleshooting protocols” that help decipher incoming problems. Familiar problems are solved by making use of experience obtained from past situations, whereas unprecedented problems are solved through a tacit protocol used as a tool to quickly devise an appropriate game plan. This study contributes to the literature on sense-making and provides valuable information about the unexplored world of filmmaking.

Regret associated with past and future messes under a maximizing mind-set

Promotions can make you happy if you get the “best” deal or miserable if you miss it. Previous research on this topic has shown that people favor products associated with a past miss to products associated with a future miss, and people in a maximizing mind-set, i.e. people who search for the best in different domains, feel more regret in a consumption domain. This research confirms that consumers prefer purchasing a product associated with a past miss (Experiments 1 and 2) and that regret levels are higher when participants come across the future miss, under the maximizing mind-set (Experiment 2). These studies add to the notion that information on regret might prompt people to make decisions towards a more optimistic outcome.

Dinâmica do sub-bosque e do estado arbóreo de floresta tropical primária fragmentada na Amazônia Oriental1

Objetivou-se neste trabalho avaliar a dinâmica florestal, sobretudo da regeneração natural, em um fragmento de floresta tropical primária, entre 1998 c 1999, em Peixe-Boi (PA). Foram demarcadas três parcelas permanentes (1 ha cada) onde todos os indivíduos com DAP ≥ 10 cm foram registrados; os indivíduos com 10cm ≥ DAP ≥ 5cm foram amostrados em 6.000 m2, aqueles entre 5cm ≥ DAP ≥ 2cm em 2.400 m2 e com DAP ≤ 2cm em 240 m2. Foram estimados 143.000 indivíduos, desde plântulas até árvores pertencentes a 337 espécies e 76 famílias. Mimosaceae foi a família de maior riqueza (44 espécies); 14 famílias ocorreram com uma única espécie sendo que metade delas apresentaram também um único indivíduo. Independentemente da classe diamétrica verificou-se o egresso de 56 espécies versus o ingresso de 68, gerando um ganho líquido de 12 espécies. A dinâmica da composição e da abundância da regeneração natural foi muito intensa. Observou-se a saída de uma família face ao ingresso de outras 14, aumentando cm quase 30% o número de espécies. A maior mortalidade foi verificada em Bauhinia cf. rutilans e Mabea aff. speciosa (300 e 21 indivíduos). Rinorea negleta e Leçythis idatimon recrutaram 171 e 89 espécimes. A razão recrutamento/ mortalidade foi, em quaisquer das classes diamétricas, sempre superior a unidade. O estoque de mudas para se obter uma árvore, uma arvoreta e uma vara foi, respectivamente de 297, 160 e 48 mudas. O número de espécies e a abundância aumentaram no período, assim como a área basal e a biomassa.

Pseudoescorpiões (Arachnida) da vegetação de sub-bosque da floresta primária tropical de terra firme (Coari, Amazonas, Brasil)

Foi encontrada uma riqueza de 15 espécies de pseudoscorpiões, de 12 gêneros e 5 famílias (Chthoniidae, Geogarypidae, Olpiidae, Atemnidae e Chernetidae), habitando diferentes plantas da vegetação do sub-bosque, em floresta primária de terra firme, no alto rio Urucu, Coari, Amazonas, no período de 1991 a 1996. As plantas foram examinadas pelo método de "bateção". Apolpium aff. vastum foi à espécie mais freqüente e abundante sobre as plantas. Dentre os tipos de plantas avaliados, as maiores diversidades de espécies de pseudoscorpiões foram registradas nas pequenas palmeiras, tanto com fronde junto ao chão, como elevada acima do chão. A análise da composição das espécies que ocorreram sobre os diferentes tipos de plantas avaliadas foi realizada pelo "modo-Q", tendo como base a matriz de coeficientes de similaridade de "Jaccard", o que demonstrou maior similaridade entre a fauna das palmeiras e outras plantas que acumulam detritos acima do chão, entre as bromélias e entre aráceas de chão e outras plantas que acumulam detritos junto ao chão.

Aspectos florísticos, fitossociológicos e ecológicos de um sub-bosque de terra firme na Amazônia Central, Amazonas, Brasil

Os ecossistemas amazônicos caracterizam-se pela alta diversidade de espécies. Foram realizadas as análises florísticas e fitossociológicas de 0,05 ha de um sub-bosque na Amazônia Central (60º12'40" W e 2º35'45" S), adotando-se o critério de distribuição em classes de altura: C1 (altura < 0,5 m), C2 (0,5 < altura < 1,5 m), C3 (1,5 < altura < 3,0 m) e C4 (altura > 3 m e CAP < 0,3 m). Foram levantados 2.434 indivíduos, pertencentes a 67 famílias, 163 gêneros e 355 espécies. Fabaceae (27), Mimosaceae (22), Lauraceae (21), Caesalpiniaceae e Rubiaceae (18) constituem as cinco famílias mais ricas em espécies. Quanto ao número de indivíduos, as famílias Marantaceae (209), Chrysobalanaceae (198), Mimosaceae (191), Burseraceae (175), Annonaceae (172) e Arecaceae (137) foram as mais representativas. No que tange às categorias de altura, os dados mostraram maior número de indivíduos, diversidade e grau de similaridade florística entre as classes 1 e 2. Licania caudata Prance, Duguetia flagellaris Huber, Monotagma tuberosum Hagberg, Protium apiculatum Swart e Pariana cf. campestris Aubl. foram as espécies de maior participação nos parâmetros verticais da regeneração natural e posição sociológica. O padrão agregado de distribuição espacial foi o predominante para as 30 espécies de maior participação na estrutura vertical da fitocenose.

Efeitos da exploração madeireira de baixo impacto sobre uma comunidade de aves de sub-bosque na Floresta Nacional do Tapajós, Pará, Brasil

Este estudo compara a resposta de uma comunidade aves à exploração madeireira de baixo impacto através da distribuição das espécies em floresta controle e manejada ao longo de cinco anos com amostragem pré e pós-exploração. O procedimento de ordenação mostrou que a similaridade da comunidade de aves após a exploração madeireira foi menor que a similaridade entre as amostras do período de pré-exploração. Além disso, a ordem das abundâncias das 43 espécies mais comuns foi alterada entre o período anterior à exploração e 3 a 4 anos após a exploração na floresta manejada. A exploração afetou as taxas de captura de 20 espécies, diretamente ou através de uma interação com o tempo. Os insetívoros terrícolas e os insetívoros que seguem bandos mistos foram as guildas mais afetadas pela exploração madeireira. Ambas as guildas mostraram declínio, correlacionado com o tempo, em suas abundâncias em floresta manejada. Insetívoros seguidores de formigas e insetívoros arborícolas não apresentaram diferenças entre a floresta manejada e controle, apesar de algumas espécies dessas guildas terem apresentado efeitos relacionados ao manejo florestal, diretamente ou através de uma interação entre o tempo e o manejo. Frugívoros também não apresentaram efeitos significativos relacionados ao manejo florestal. Nectarívoros aumentaram tanto na floresta explorada como na floresta controle. Efeitos temporais de aumento ou declínio observados em guildas e em 12 espécies ocorreram tanto na floresta controle como na floresta explorada. Este resultado sugere que mudanças temporais na área explorada podem estar relacionadas à sucessão enquanto que mudanças temporais na floresta controle podem estar relacionados à exploração com intensidade de 40m³/ha de parcelas adjacentes.

Uso de florestas secundárias por aves de sub-bosque em uma paisagem fragmentada na Amazônia central

Na Amazônia, as taxas de desmatamento crescem desde 1991 e as previsões não são otimistas quanto à desaceleração desse processo. A devastação da floresta é acompanhada de uma expansão de florestas secundárias (FS) que se estabelecem nas áreas abandonadas. A tendência é um aumento de florestas secundárias, resultando num mosaico de floresta contínua e fragmentos separados por uma matriz de FS. Nesse cenário, autores acreditam que a Amazônia pode passar por um processo massivo de extinção de espécies. Por outro lado, a previsão de um processo massivo de extinção pode ser equivocada, pois muitas espécies florestais poderiam sobreviver nas florestas secundárias. Para avaliar o valor das florestas secundárias para espécies florestais amostramos por oito meses com redes de neblina uma capoeira (FS) em regeneração e uma floresta primária (FP) de uma paisagem fragmentada. Algumas espécies não foram capturadas na capoeira e aparentemente evitam esse tipo de hábitat. No entanto, a maioria das espécies do grupo focal não apresentou diferença na sobrevivência aparente entre os ambientes, o que nos indica que estão habitando a capoeira e a floresta primária da mesma forma. Na realidade amazônica, onde grande parte da matriz é composta por floresta secundária, a matriz tem valor para conservação e deve ser analisada como um elemento dinâmico que não apenas permite a movimentação de indivíduos, mas também serve de hábitat para muitas espécies de floresta primária. Mas ressaltamos que é fundamental a preservação de áreas de floresta primária que servirão de fonte às florestas secundárias adjacentes.