Intelligent potentiostat for identification of heavy metals in situ

This article presents a low-cost portable electrochemical instrument capable of on-site identification of heavy metals. The instrument acquires metal-specific voltage and current signals by the application of differential pulse anodic stripping voltammetry. This technique enhances the analytical current and rejects the background current, resulting in a higher signal-to-noise ratio for a better detection limit. The identification of heavy metals is based on an intelligent machine-based method using a multilayer perceptron neural network consisting of three layers of neurons. The neural network is implemented using a 16 bit microcontroller. The system is developed for use in the field in order to avoid expensive and time-consuming procedures and can be used in a variety of situations to help environmental assessment and control. 

Handling Sequential Observations in Intelligent Surveillance

Demand for intelligent surveillance in public transport systems is growing due to the increased threats of terrorist attack, vandalism and litigation. The aim of intelligent surveillance is in-time reaction to information received from various monitoring devices, especially CCTV systems. However, video analytic algorithms can only provide static assertions, whilst in reality, many related events happen in sequence and hence should be modeled sequentially. Moreover, analytic algorithms are error-prone, hence how to correct the sequential analytic results based on new evidence (external information or later sensing discovery) becomes an interesting issue. In this paper, we introduce a high-level sequential observation modeling framework which can support revision and update on new evidence. This framework adapts the situation calculus to deal with uncertainty from analytic results. The output of the framework can serve as a foundation for event composition. We demonstrate the significance and usefulness of our framework with a case study of a bus surveillance project.

DEVELOPING AN INTELLIGENT DIGITAL MOCK UP TO INTEGRATE DESIGN AND MANUFACTURING DISCIPLINES

This paper presents an approach to develop an intelligent digital mock-up (DMU) through integration of design and manufacturing disciplines to enable a better understanding of assembly related issues during design evolution. The intelligent DMU will contain tolerance information related to manufacturing capabilities so it can be used as a source for assembly simulations of realistic models to support the manufacturing decision making process within the design domain related to tolerance build ups. A literature review of the contributing research areas is presented, from which identification of the need for an intelligent DMU has been developed. The proposed methodology including the applications of cellular modelling and potential features of the intelligent DMU are presented and explained. Finally a conclusion examines the work to date and the future work to achieve an intelligent DMU.

SWORD: an intelligent vibratory wearable device to improve rehabilitation in stroke patients

Anualmente ocorrem cerca de 16 milhões AVCs em todo o mundo. Cerca de metade dos sobreviventes irá apresentar défice motor que necessitará de reabilitação na janela dos 3 aos 6 meses depois do AVC. Nos países desenvolvidos, é estimado que os custos com AVCs representem cerca de 0.27% do Produto Interno Bruto de cada País. Esta situação implica um enorme peso social e financeiro. Paradoxalmente a esta situação, é aceite na comunidade médica a necessidade de serviços de reabilitação motora mais intensivos e centrados no doente. Na revisão do estado da arte, demonstra-se o arquétipo que relaciona metodologias terapêuticas mais intensivas com uma mais proficiente reabilitação motora do doente. Revelam-se também as falhas nas soluções tecnológicas existentes que apresentam uma elevada complexidade e custo associado de aquisição e manutenção. Desta forma, a pergunta que suporta o trabalho de doutoramento seguido inquire a possibilidade de criar um novo dispositivo de simples utilização e de baixo custo, capaz de apoiar uma recuperação motora mais eficiente de um doente após AVC, aliando intensidade com determinação da correcção dos movimentos realizados relativamente aos prescritos. Propondo o uso do estímulo vibratório como uma ferramenta proprioceptiva de intervenção terapêutica a usar no novo dispositivo, demonstra-se a tolerabilidade a este tipo de estímulos através do teste duma primeira versão do sistema apenas com a componente de estimulação num primeiro grupo de 5 doentes. Esta fase validará o subsequente desenvolvimento do sistema SWORD. Projectando o sistema SWORD como uma ferramenta complementar que integra as componentes de avaliação motora e intervenção proprioceptiva por estimulação, é descrito o desenvolvimento da componente de quantificação de movimento que o integra. São apresentadas as diversas soluções estudadas e o algoritmo que representa a implementação final baseada na fusão sensorial das medidas provenientes de três sensores: acelerómetro, giroscópio e magnetómetro. O teste ao sistema SWORD, quando comparado com o método de reabilitação tradicional, mostrou um ganho considerável de intensidade e qualidade na execução motora para 4 dos 5 doentes testados num segundo grupo experimental. É mostrada a versatilidade do sistema SWORD através do desenvolvimento do módulo de Tele-Reabilitação que complementa a componente de quantificação de movimento com uma interface gráfica de feedback e uma ferramenta de análise remota da evolução motora do doente. Finalmente, a partir da componente de quantificação de movimento, foi ainda desenvolvida uma versão para avaliação motora automatizada, implementada a partir da escala WMFT, que visa retirar o factor subjectivo da avaliação humana presente nas escalas de avaliação motora usadas em Neurologia. Esta versão do sistema foi testada num terceiro grupo experimental de cinco doentes.

Patient classification for intelligent wheelchair adaptation

A importância e preocupação dedicadas à autonomia e independência das pessoas idosas e dos pacientes que sofrem de algum tipo de deficiência tem vindo a aumentar significativamente ao longo das últimas décadas. As cadeiras de rodas inteligentes (CRI) são tecnologias que podem ajudar este tipo de população a aumentar a sua autonomia, sendo atualmente uma área de investigação bastante ativa. Contudo, a adaptação das CRIs a pacientes específicos e a realização de experiências com utilizadores reais são assuntos de estudo ainda muito pouco aprofundados. A cadeira de rodas inteligente, desenvolvida no âmbito do Projeto IntellWheels, é controlada a alto nível utilizando uma interface multimodal flexível, recorrendo a comandos de voz, expressões faciais, movimentos de cabeça e através de joystick. Este trabalho teve como finalidade a adaptação automática da CRI atendendo às características dos potenciais utilizadores. Foi desenvolvida uma metodologia capaz de criar um modelo do utilizador. A investigação foi baseada num sistema de recolha de dados que permite obter e armazenar dados de voz, expressões faciais, movimentos de cabeça e do corpo dos pacientes. A utilização da CRI pode ser efetuada em diferentes situações em ambiente real e simulado e um jogo sério foi desenvolvido permitindo especificar um conjunto de tarefas a ser realizado pelos utilizadores. Os dados foram analisados recorrendo a métodos de extração de conhecimento, de modo a obter o modelo dos utilizadores. Usando os resultados obtidos pelo sistema de classificação, foi criada uma metodologia que permite selecionar a melhor interface e linguagem de comando da cadeira para cada utilizador. A avaliação para validação da abordagem foi realizada no âmbito do Projeto FCT/RIPD/ADA/109636/2009 - "IntellWheels - Intelligent Wheelchair with Flexible Multimodal Interface". As experiências envolveram um vasto conjunto de indivíduos que sofrem de diversos níveis de deficiência, em estreita colaboração com a Escola Superior de Tecnologia de Saúde do Porto e a Associação do Porto de Paralisia Cerebral. Os dados recolhidos através das experiências de navegação na CRI foram acompanhados por questionários preenchidos pelos utilizadores. Estes dados foram analisados estatisticamente, a fim de provar a eficácia e usabilidade na adequação da interface da CRI ao utilizador. Os resultados mostraram, em ambiente simulado, um valor de usabilidade do sistema de 67, baseado na opinião de uma amostra de pacientes que apresentam os graus IV e V (os mais severos) de Paralisia Cerebral. Foi também demonstrado estatisticamente que a interface atribuída automaticamente pela ferramenta tem uma avaliação superior à sugerida pelos técnicos de Terapia Ocupacional, mostrando a possibilidade de atribuir automaticamente uma linguagem de comando adaptada a cada utilizador. Experiências realizadas com distintos modos de controlo revelaram a preferência dos utilizadores por um controlo compartilhado com um nível de ajuda associado ao nível de constrangimento do paciente. Em conclusão, este trabalho demonstra que é possível adaptar automaticamente uma CRI ao utilizador com claros benefícios a nível de usabilidade e segurança.

Intelligent predictive control for thermal comfort and energy savings in public buildings

This talk addresses the problem of controlling a heating ventilating and air conditioning system with the purpose of achieving a desired thermal comfort level and energy savings. The formulation uses the thermal comfort, assessed using the predicted mean vote (PMV) index, as a restriction and minimises the energy spent to comply with it. This results in the maintenance of thermal comfort and on the minimisation of energy, which in most operating conditions are conflicting goals requiring some sort of optimisation method to find appropriate solutions over time. In this work a discrete model based predictive control methodology is applied to the problem. It consists of three major components: the predictive models, implemented by radial basis function neural networks identifed by means of a multi-objective genetic algorithm [1]; the cost function that will be optimised to minimise energy consumption and provide adequate thermal comfort; and finally the optimisation method, in this case a discrete branch and bound approach. Each component will be described, with a special emphasis on a fast and accurate computation of the PMV indices [2]. Experimental results obtained within different rooms in a building of the University of Algarve will be presented, both in summer [3] and winter [4] conditions, demonstrating the feasibility and performance of the approach. Energy savings resulting from the application of the method are estimated to be greater than 50%.

Special section on intelligent control systems and signal processing

The IFAC International Conference on Intelligent Control Systems and Signal Processing (ICONS 2003) was organized under the auspices of the recently founded IFAC Technical Committee on Cognition and Control, and it was the first IFAC event specifically devoted to this theme. Recognizing the importance of soft-computing techniques for fields covered by other IFAC Technical Committees, ICONS 2003 was a multi-track Conference, co-sponsored by four additional Technical Committees: Computers for Control, Optimal Control, Control in Agriculture, and Modelling, Identification and Signal Processing. The Portuguese Society for Automatic Control (APCA) hosted ICONS 2003, which was held at the University of Algarve, Faro, Portugal.