Analog VLSI-based, neuromorphic sensorimotor systems: modeling the primate oculomotor system

Using neuromorphic analog VLSI techniques for modeling large neural systems has several advantages over software techniques. By designing massively-parallel analog circuit arrays which are ubiquitous in neural systems, analog VLSI models are extremely fast, particularly when local interactions are important in the computation. While analog VLSI circuits are not as flexible as software methods, the constraints posed by this approach are often very similar to the constraints faced by biological systems. As a result, these constraints can offer many insights into the solutions found by evolution. This dissertation describes a hardware modeling effort to mimic the primate oculomotor system which requires both fast sensory processing and fast motor control. A one-dimensional hardware model of the primate eye has been built which simulates the physical dynamics of the biological system. It is driven by analog VLSI circuits mimicking brainstem and cortical circuits that control eye movements. In this framework, a visually-triggered saccadic system is demonstrated which generates averaging saccades. In addition, an auditory localization system, based on the neural circuits of the barn owl, is used to trigger saccades to acoustic targets in parallel with visual targets. Two different types of learning are also demonstrated on the saccadic system using floating-gate technology allowing the non-volatile storage of analog parameters directly on the chip. Finally, a model of visual attention is used to select and track moving targets against textured backgrounds, driving both saccadic and smooth pursuit eye movements to maintain the image of the target in the center of the field of view. This system represents one of the few efforts in this field to integrate both neuromorphic sensory processing and motor control in a closed-loop fashion.

Modified formula of Malus' law for Glan-Taylor polarizing prisms

A simple three-axis model has been developed, which has been successfully applied to the analysis of the light transmittance in spatial incident angle and the simulation of modified formula of Malus' law for Glan-Taylor prisms. Our results indicate that the fluctuations on the cosine squared curve are due to specific misalignments between the axis of the optical system, the optical axis of the prism and the mechanical axis (rotation axis) of prism, which results in the fact that different initial relative location of the to-be-measured-prism in the testing system corresponds to different shape of Malus' law curve. Methods to get absolutely smooth curve are proposed. This analysis is available for other kinds of Glan-type prisms. (C) 2004 Elsevier B.V. All rights reserved.

Solar System Small-Body Demographics with the Palomar Transient Factory Survey

Observational studies of our solar system's small-body populations (asteroids and comets) offer insight into the history of our planetary system, as these minor planets represent the left-over building blocks from its formation. The Palomar Transient Factory (PTF) survey began in 2009 as the latest wide-field sky-survey program to be conducted on the 1.2-meter Samuel Oschin telescope at Palomar Observatory. Though its main science program has been the discovery of high-energy extragalactic sources (such as supernovae), during its first five years PTF has collected nearly five million observations of over half a million unique solar system small bodies. This thesis begins to analyze this vast data set to address key population-level science topics, including: the detection rates of rare main-belt comets and small near-Earth asteroids, the spin and shape properties of asteroids as inferred from their lightcurves, the applicability of this visible light data to the interpretation of ultraviolet asteroid observations, and a comparison of the physical properties of main-belt and Jovian Trojan asteroids. Future sky-surveys would benefit from application of the analytical techniques presented herein, which include novel modeling methods and unique applications of machine-learning classification. The PTF asteroid small-body data produced in the course of this thesis work should remain a fertile source of solar system science and discovery for years to come.

Addressing students' difficulties with Faraday's law: A guided problem solving approach

In traditional teaching, the fundamental concepts of electromagnetic induction are usually quickly analyzed, spending most of the time solving problems in a more or less rote manner. However, physics education research has shown that the fundamental concepts of the electromagnetic induction theory are barely understood by students. This article proposes an interactive teaching sequence introducing the topic of electromagnetic induction. The sequence has been designed based on contributions from physics education research. Particular attention is paid to the relationship between experimental findings (macroscopic level) and theoretical interpretation (microscopic level). An example of the activities that have been designed will also be presented, describing the implementation context and the corresponding findings. Since implementing the sequence, a considerable number of students have a more satisfactory grasp of the electromagnetic induction explicative model. However, difficulties are manifested in aspects that require a multilevel explanation, referring to deep structures where the system description is better defined.

A (im) possibilidade de ressocialização: representações sociais da ressocialização por meio do estudo da população carcerária masculina no Estado do Rio de Janeiro

A presente dissertação tem por objetivo identificar as representações sociais da ressocialização, por meio da escola, de prisioneiros masculinos de presídios situados no Rio de Janeiro. A legislação brasileira tem, entre seus princípios organizadores, o conceito de ressocialização de prisioneiros, ao estabelecer limites de duração da pena e impedir a pena de morte. Entretanto, ao analisarmos as condições carcerárias existentes neste ideário de ressocialização, verificamos que este ideário não possui e nem produz eficácia. A oferta de educação, para presidiários, ocorreu no Brasil a partir de 1967 e atualmente está em vigor a Lei n 12.433, de 29 de junho de 2011, que estabelece uma correlação entre a educação formal e a remição de pena. A dissertação trata de um breve histórico da educação no sistema penal brasileiro, considerando seus limites e potencialidades. O referencial teórico utilizado foi o da Teoria das Representações Sociais como apresentada por Serge Moscovici (1978) em sua pesquisa original sobre as representações sociais da psicanálise. O referencial teórico adotado permitiu a identificação desta espécie de pensamento social em um grupo de presidiários que frequenta a escola no presídio, priorizando a relação entre escola e ressocialização. Foram entrevistados 80 sujeitos do sexo masculino, em presídios da capital do estado do Rio de Janeiro, com a devida autorização do presídio, da Secretaria de Estado da Educação e com o rigor no cumprimento das normas éticas estabelecidas para pesquisa com humanos, especialmente a garantia de anonimato. A representação de comportamento no presídio resume-se ao conceito de enquadramento, que significa uma série de atitudes e de pensamento que permitem a sobrevivência no interior do presídio. A escola foi compreendida, pelos sujeitos, como instituição também determinada pelo enquadramento. Mesmo a escola tendo sido bem avaliada e apresentando perspectivas de futuro para a ressocialização, os sujeitos consideraram que a família é o principal agente de ressocialização à frente da escola. Consideramos que, para os presidiários, a escola pode representar possibilidades de ressocialização, entretanto deve aprimorar suas atividades para o mundo do trabalho e para a constituição de redes sociais de afinidade, com a família lato sensu dos prisioneiros, para que sua eficácia seja real e potente.

Direito à saúde, integralidade e participação: um estudo sobre as entre sociedade e Ministério Público na experiência de Porto Alegre

Em 1988, a Assembleia Constituinte, no rastro do processo de redemocratização do país, finalmente apontava para a transformação das políticas sociais no Brasil, cujo resultado foi lavrado na Carta Magna. A partir desse momento, os brasileiros obtiveram o direito de cidadania como estatuto fundamental de nacionalidade, e o direito à saúde como princípio de cidadania. Neste sentido, o setor saúde foi pioneiro nas práticas das políticas sociais no Brasil. A adoção de seus princípios doutrinários e operacionais por lei destacando-se aqui a integralidade significou a afirmação do direito à saúde como caminho de supressão da estrutura fragmentada de organização dos serviços de saúde no Brasil. Integralidade emerge como eixo de organização da defesa do direito à saúde, a partir das propostas de mudanças das práticas no cotidiano dos serviços. O objetivo deste estudo foi analisar as relações existentes entre os usuários do Sistema Único de Saúde (SUS), a partir dos Conselhos de Saúde, e o Ministério Público (MP) desenvolvida no município de Porto Alegre, no estado do Rio Grande do Sul, no que concerne à utilização de dispositivos institucionais e jurídico legais no cumprimento do direito à saúde. O foco deste estudo esteve voltado para a experiência desenvolvida entre os anos de 2000 e 2004, no município de Porto Alegre. Historicamente, os Conselhos de Saúde naquele estado têm desempenhado papel de destaque na formulação e acompanhamento das políticas públicas de saúde. O avanço desses conselhos permitiu-lhes desenvolver novas estratégias na luta pela garantia do direito à saúde, e o MP vem sendo importante parceiro nessa disputa. Nesse cenário, pudemos observar a utilização, cada vez mais freqüente, do princípio da integralidade como recurso legal na discussão encaminhada pelos usuários junto ao MP, no intuito de garantir o direito à saúde. O princípio da integralidade tem sido utilizado como proposta de transformação da própria lógica da gestão de oferta de serviços. O MP tem propiciado uma interlocução cada vez maior entre a gestão dos serviços e os conselhos de saúde, a fim de encontrar melhores saídas para os principais problemas de saúde do município. Esse espaço de diálogo criado pelo MP constitui avanço substancial na compreensão das formas de solução de conflitos, fundando um novo campo de práticas de aprimoramento do Estado democrático. A atuação conjunta do MP com os Conselhos de Saúde tem levado a instituir novas formas e mecanismos de negociação e pactuação entre as diferentes esferas dos poderes públicos e sua relação com a sociedade, no que diz respeito à institucionalização de uma gramática civil de direito à saúde.

Inadimplemento salarial qualificado

O presente trabalho tem por objetivo a análise do tema salário, sua fundamentalidade na ordem jurídica e as repercussões do inadimplemento salarial. No primeiro capítulo foram buscados fundamentos para a conceituação do salário como direito fundamental. No segundo capítulo, o trabalho analisou aspectos relacionados às obrigações civis, comparando as obrigações civis com as trabalhistas naquilo que se mostra essencial ao estudo das repercussões do inadimplemento salarial. No terceiro capítulo, definiu-se o que se entende por inadimplemento salarial qualificado com a demonstração da importância do tema, que se mostra bastante presente no cotidiano do operador do Direito do Trabalho. No quarto e último capítulo foi oferecida uma resposta possível da ordem jurídica ao inadimplemento salarial qualificado à luz do direito vigente, bem como foram oferecidas algumas propostas de avanços em relação ao que hoje se tem para o enfrentamento do inadimplemento salarial qualificado.

Seguridade social internacional

Esta tese parte da demonstração da existência de um conceito genérico de seguridade social incorporado ao ordenamento jurídico internacional - a ser interpretado conforme sua função socioeconômica e construção histórica no direito comparado o qual garante direitos subjetivos a medidas protetivas. Passa a averiguar então o desenvolvimento de um padrão ou receituário rudimentar previsto naquele ordenamento para implementação progressiva de sistemas de seguridade social com contornos protetivos cada vez mais precisos e abrangentes, inclusive no tocante ao tratamento do problema das migrações. Detecta então as insuficiências desse aparato normativo para oferecer atualmente uma cobertura efetiva à maioria da população mundial e aponta estratégias jurídicas internacionalizadas empregadas para fomentar ao menos a expansão imediata de uma cobertura mínima em seguridade social às populações mais vulneráveis do globo. Enfoca, por fim, a cooperação financeira internacional como solução viável para suprir as carências emergenciais das populações dos países em situação de maior déficit de cobertura em seguridade social, notadamente quanto a prestações de saúde. Expõe, em seu conjunto, caminhos para estruturação de sistemas de seguridade social harmônicos, coordenados e eficazes em prol da segurança econômica de todos.

Vocational education for the development of knowledge system in fisheries sector

The paper aims to give the concept and functional approach of knowledge system with reference to the fisheries sector. The background and strategies to develop knowledge workers by translating the concept of knowledge system are presented. The job opportunities given in the paper strengthen the need of the development of knowledge workers through vocational education and training. The Vocational Education Programme in the backdrop can be effective both in the formal system of education through different models suggested and through the non-formal system. The modular courses varying from 50 hours and 2-3 weeks to 6 months or one year can be introduced in the formal system as pre-vocational modules (50-h duration) in IX-X classes in vocational institutions, and the non-governmental organizations/Krishi Vigyan Kendras/Indian Council of Agricultural Research may offer occupation-based modules (2-3 weeks to 6 months). The strategic approach for the development of knowledge system highlighting various issues is also suggested.

Specifying a hydraulic regenerative braking system for an articulated urban delivery vehicle

Previous research has shown that hydraulic systems offer potentially the lightest and smallest regenerative braking technology for heavy goods vehicles. This paper takes the most practical embodiment of a hydraulic system for an articulated urban delivery vehicle and investigates the best specification for the various components, based on a simulated stop-start cycle. The potential energy saving is quantified. © 2011 IEEE.

Micro-measurement and monitoring system for ageing underground infrastructure (Underground M3)

Advances in the development of computer vision, miniature Micro-Electro-Mechanical Systems (MEMS) and Wireless Sensor Network (WSN) offer intriguing possibilities that can radically alter the paradigms underlying existing methods of condition assessment and monitoring of ageing civil engineering infrastructure. This paper describes some of the outcomes of the European Science Foundation project "Micro-Measurement and Monitoring System for Ageing Underground Infrastructures (Underground M3)". The main aim of the project was to develop a system that uses a tiered approach to monitor the degree and rate of tunnel deterioration. The system comprises of (1) Tier 1: Micro-detection using advances in computer vision and (2) Tier 2: Micro-monitoring and communication using advances in MEMS and WSN. These potentially low-cost technologies will be able to reduce costs associated with end-of-life structures, which is essential to the viability of rehabilitation, repair and reuse. The paper describes the actual deployment and testing of these innovative monitoring tools in tunnels of London Underground, Prague Metro and Barcelona Metro. © 2012 Taylor & Francis Group.

A general mass law for broadband energy harvesting

It is well known that the power absorbed by a linear oscillator when excited by white noise base acceleration depends only on the mass of the oscillator and the spectral density of the base motion. This places an upper bound on the energy that can be harvested from a linear oscillator under broadband excitation, regardless of the stiffness of the system or the damping factor. It is shown here that the same result applies to any multi-degree-of-freedom nonlinear system that is subjected to white noise base acceleration: for a given spectral density of base motion the total power absorbed is proportional to the total mass of the system. The only restriction to this result is that the internal forces are assumed to be a function of the instantaneous value of the state vector. The result is derived analytically by several different approaches, and numerical results are presented for an example two-degree-of-freedom-system with various combinations of linear and nonlinear damping and stiffness. © 2013 The Author.

Power law behavior of the isotope yield distributions in the multifragmentation regime of heavy ion reactions

Isotope yield distributions in the multifragmentation regime were studied with high-quality isotope identification, focusing on the intermediate mass fragments (IMFs) produced in semiviolent collisions. The yields were analyzed within the framework of a modified Fisher model. Using the ratio of the mass-dependent symmetry energy coefficient relative to the temperature, a(sym)/T, extracted in previous work and that of the pairing term, a(p)/T, extracted from this work, and assuming that both reflect secondary decay processes, the experimentally observed isotope yields were corrected for these effects. For a given I = N - Z value, the corrected yields of isotopes relative to the yield of C-12 show a power law distribution Y (N, Z)/Y(C-12) similar to A(-tau) in the mass range 1 <= A <= 30, and the distributions are almost identical for the different reactions studied. The observed power law distributions change systematically when I of the isotopes changes and the extracted tau value decreases from 3.9 to 1.0 as I increases from -1 to 3. These observations are well reproduced by a simple deexcitation model, with which the power law distribution of the primary isotopes is determined to be tau(prim) = 2.4 +/- 0.2, suggesting that the disassembling system at the time of the fragment formation is indeed at, or very near, the critical point.

Exploring the Origin of Power Law Distribution in Single-Molecule Conformation Dynamics: Energy Landscape Perspectives

We explored the origin of power law distribution observed in single-molecule conformational dynamics experiments. By establishing a kinetic master equation approach to study statistically the microscopic state dynamics, we show that the underlying landscape with exponentially distributed density of states leads to power law distribution of kinetics. The exponential density of states emerges when the system becomes glassy and landscape becomes rough with significant trapping.

A Note of Zipf's Law, Natural Languages, and Noncoding DNA Regions

In Phys. Rev. Letters (73:2), Mantegna et al. conclude on the basis of Zipf rank frequency data that noncoding DNA sequence regions are more like natural languages than coding regions. We argue on the contrary that an empirical fit to Zipf"s "law" cannot be used as a criterion for similarity to natural languages. Although DNA is a presumably "organized system of signs" in Mandelbrot"s (1961) sense, and observation of statistical featurs of the sort presented in the Mantegna et al. paper does not shed light on the similarity between DNA's "gramar" and natural language grammars, just as the observation of exact Zipf-like behavior cannot distinguish between the underlying processes of tossing an M-sided die or a finite-state branching process.