The handbook of engineering self-aware and self-expressive systems

When faced with the task of designing and implementing a new self-aware and self-expressive computing system, researchers and practitioners need a set of guidelines on how to use the concepts and foundations developed in the Engineering Proprioception in Computing Systems (EPiCS) project. This report provides such guidelines on how to design self-aware and self-expressive computing systems in a principled way. We have documented different categories of self-awareness and self-expression level using architectural patterns. We have also documented common architectural primitives, their possible candidate techniques and attributes for architecting self-aware and self-expressive systems. Drawing on the knowledge obtained from the previous investigations, we proposed a pattern driven methodology for engineering self-aware and self-expressive systems to assist in utilising the patterns and primitives during design. The methodology contains detailed guidance to make decisions with respect to the possible design alternatives, providing a systematic way to build self-aware and self-expressive systems. Then, we qualitatively and quantitatively evaluated the methodology using two case studies. The results reveal that our pattern driven methodology covers the main aspects of engineering self-aware and self-expressive systems, and that the resulted systems perform significantly better than the non-self-aware systems.

Exploring coordination-driven self-assembly with autonomous chemical robots

The work presented herein focused on the automation of coordination-driven self assembly, exploring methods that allow syntheses to be followed more closely while forming new ligands, as part of the fundamental study of the digitization of chemical synthesis and discovery. Whilst the control and understanding of the principle of pre-organization and self-sorting under non-equilibrium conditions remains a key goal, a clear gap has been identified in the absence of approaches that can permit fast screening and real-time observation of the reaction process under different conditions. A firm emphasis was thus placed on the realization of an autonomous chemical robot, which can not only monitor and manipulate coordination chemistry in real-time, but can also allow the exploration of a large chemical parameter space defined by the ligand building blocks and the metal to coordinate. The self-assembly of imine ligands with copper and nickel cations has been studied in a multi-step approach using a self-built flow system capable of automatically controlling the liquid-handling and collecting data in real-time using a benchtop MS and NMR spectrometer. This study led to the identification of a transient Cu(I) species in situ which allows for the formation of dimeric and trimeric carbonato bridged Cu(II) assemblies. Furthermore, new Ni(II) complexes and more remarkably also a new binuclear Cu(I) complex, which usually requires long and laborious inert conditions, could be isolated. The study was then expanded to the autonomous optimization of the ligand synthesis by enabling feedback control on the chemical system via benchtop NMR. The synthesis of new polydentate ligands has emerged as a result of the study aiming to enhance the complexity of the chemical system to accelerate the discovery of new complexes. This type of ligand consists of 1-pyridinyl-4-imino-1,2,3-triazole units, which can coordinate with different metal salts. The studies to test for the CuAAC synthesis via microwave lead to the discovery of four new Cu complexes, one of them being a coordination polymer obtained from a solvent dependent crystallization technique. With the goal of easier integration into an automated system, copper tubing has been exploited as the chemical reactor for the synthesis of this ligand, as it efficiently enhances the rate of the triazole formation and consequently promotes the formation of the full ligand in high yields within two hours. Lastly, the digitization of coordination-driven self-assembly has been realized for the first time using an in-house autonomous chemical robot, herein named the ‘Finder’. The chemical parameter space to explore was defined by the selection of six variables, which consist of the ligand precursors necessary to form complex ligands (aldehydes, alkineamines and azides), of the metal salt solutions and of other reaction parameters – duration, temperature and reagent volumes. The platform was assembled using rounded bottom flasks, flow syringe pumps, copper tubing, as an active reactor, and in-line analytics – a pH meter probe, a UV-vis flow cell and a benchtop MS. The control over the system was then obtained with an algorithm capable of autonomously focusing the experiments on the most reactive region (by avoiding areas of low interest) of the chemical parameter space to explore. This study led to interesting observations, such as metal exchange phenomena, and also to the autonomous discovery of self assembled structures in solution and solid state – such as 1-pyridinyl-4-imino-1,2,3-triazole based Fe complexes and two helicates based on the same ligand coordination motif.

Sodium hypochlorite effects on dentin bond strength and acid-base resistant zone formation by adhesive systems

Aim: To evaluate the effects of 10% NaOCl gel application on the dentin bond strengths and morphology of resin-dentin interfaces formed by three adhesives. Methods: Two etch-and-rinse adhesives (One-Step Plus, Bisco Inc. and Clearfil Photo Bond, Kuraray Noritake Dental) and one self-etch adhesive (Clearfil SE Bond, Kuraray Noritake Dental) were applied on dentin according to the manufacturers’ instructions or after the treatment with 10% NaOCl (ED-Gel, Kuraray Noritake Dental) for 60 s. For interfacial analysis, specimens were subjected to acid-base challenge and observed by SEM to identify the formation of the acid-base resistant zone (ABRZ). For microtensile bond strength, the same groups were investigated and the restored teeth were thermocycled (5,000 cycles) or not before testing. Bond strength data were subjected to two-way ANOVA and Tukey’s test (p<0.05). Results: NaOCl application affected the bond strengths for One-Step Plus and Clearfil Photo Bond. Thermocycling reduced the bond strengths for Clearfil Photo Bond and Clearfil SE Bond when used after NaOCl application and One-Step Plus when used as recommended by manufacturer. ABRZ was observed adjacent to the hybrid layer for self-etch primer. The etch-and-rinse systems showed external lesions after acid-base challenge and no ABRZ formation when applied according to manufacturer’s instructions. Conclusions: 10% NaOCl changed the morphology of the bonding interfaces and its use with etch-&-rinse adhesives reduced the dentin bond strength. Formation of ABRZ was material-dependent and the interface morphologies were different among the tested materials.

Improved detection and tracking of objects in surveillance video

Surveillance networks are typically monitored by a few people, viewing several monitors displaying the camera feeds. It is then very difficult for a human operator to effectively detect events as they happen. Recently, computer vision research has begun to address ways to automatically process some of this data, to assist human operators. Object tracking, event recognition, crowd analysis and human identification at a distance are being pursued as a means to aid human operators and improve the security of areas such as transport hubs. The task of object tracking is key to the effective use of more advanced technologies. To recognize an event people and objects must be tracked. Tracking also enhances the performance of tasks such as crowd analysis or human identification. Before an object can be tracked, it must be detected. Motion segmentation techniques, widely employed in tracking systems, produce a binary image in which objects can be located. However, these techniques are prone to errors caused by shadows and lighting changes. Detection routines often fail, either due to erroneous motion caused by noise and lighting effects, or due to the detection routines being unable to split occluded regions into their component objects. Particle filters can be used as a self contained tracking system, and make it unnecessary for the task of detection to be carried out separately except for an initial (often manual) detection to initialise the filter. Particle filters use one or more extracted features to evaluate the likelihood of an object existing at a given point each frame. Such systems however do not easily allow for multiple objects to be tracked robustly, and do not explicitly maintain the identity of tracked objects. This dissertation investigates improvements to the performance of object tracking algorithms through improved motion segmentation and the use of a particle filter. A novel hybrid motion segmentation / optical flow algorithm, capable of simultaneously extracting multiple layers of foreground and optical flow in surveillance video frames is proposed. The algorithm is shown to perform well in the presence of adverse lighting conditions, and the optical flow is capable of extracting a moving object. The proposed algorithm is integrated within a tracking system and evaluated using the ETISEO (Evaluation du Traitement et de lInterpretation de Sequences vidEO - Evaluation for video understanding) database, and significant improvement in detection and tracking performance is demonstrated when compared to a baseline system. A Scalable Condensation Filter (SCF), a particle filter designed to work within an existing tracking system, is also developed. The creation and deletion of modes and maintenance of identity is handled by the underlying tracking system; and the tracking system is able to benefit from the improved performance in uncertain conditions arising from occlusion and noise provided by a particle filter. The system is evaluated using the ETISEO database. The dissertation then investigates fusion schemes for multi-spectral tracking systems. Four fusion schemes for combining a thermal and visual colour modality are evaluated using the OTCBVS (Object Tracking and Classification in and Beyond the Visible Spectrum) database. It is shown that a middle fusion scheme yields the best results and demonstrates a significant improvement in performance when compared to a system using either mode individually. Findings from the thesis contribute to improve the performance of semi-automated video processing and therefore improve security in areas under surveillance.

Evolution of Langmuir waves in a plasma contaminated by variable-charge impurities

The propagation of Langmuir waves in nonisothermal plasmas contaminated by fine dust particles with variable charge is investigated for a self-consistent closed system. Dust charge relaxation, ionization, recombination, and collisional dissipation are taken into account. It is shown that the otherwise unstable coupling of the Langmuir and dust-charge relaxation modes becomes stable and the Langmuir waves are frequency down-shifted.

Influencing customers through customers: Simulation of herd behavior in supermarkets

This work proposes a supermarket optimization simulation model called Swarm-Moves is based on self organized complex system studies to identify parameters and their values that can influence customers to buy more on impulse in a given period of time. In the proposed model, customers are assumed to have trolleys equipped with technology like RFID that can aid the passing of products' information directly from the store to them in real-time and vice-versa. Therefore, they can get the information about other customers purchase patterns and constantly informing the store of their own shopping behavior. This can be easily achieved because the trolleys "know" what products they contain at any point. The Swarm-Moves simulation is the virtual supermarket providing the visual display to run and test the proposed model. The simulation is also flexible to incorporate any given model of customers' behavior tailored to particular supermarket, settings, events or promotions. The results, although preliminary, are promising to use RFID technology for marketing products in supermarkets and provide several dimensions to look for influencing customers via feedback, real-time marketing, target advertisement and on-demand promotions. ©2009 IEEE.

Interpretation of lunar topography : impact cratering and surface roughness

This work seeks to understand past and present surface conditions on the Moon using two different but complementary approaches: topographic analysis using high-resolution elevation data from recent spacecraft missions and forward modeling of the dominant agent of lunar surface modification, impact cratering. The first investigation focuses on global surface roughness of the Moon, using a variety of statistical parameters to explore slopes at different scales and their relation to competing geological processes. We find that highlands topography behaves as a nearly self-similar fractal system on scales of order 100 meters, and there is a distinct change in this behavior above and below approximately 1 km. Chapter 2 focuses this analysis on two localized regions: the lunar south pole, including Shackleton crater, and the large mare-filled basins on the nearside of the Moon. In particular, we find that differential slope, a statistical measure of roughness related to the curvature of a topographic profile, is extremely useful in distinguishing between geologic units. Chapter 3 introduces a numerical model that simulates a cratered terrain by emplacing features of characteristic shape geometrically, allowing for tracking of both the topography and surviving rim fragments over time. The power spectral density of cratered terrains is estimated numerically from model results and benchmarked against a 1-dimensional analytic model. The power spectral slope is observed to vary predictably with the size-frequency distribution of craters, as well as the crater shape. The final chapter employs the rim-tracking feature of the cratered terrain model to analyze the evolving size-frequency distribution of craters under different criteria for identifying "visible" craters from surviving rim fragments. A geometric bias exists that systematically over counts large or small craters, depending on the rim fraction required to count a given feature as either visible or erased.

Efeito do selamento dentinário imediato na resistência de união de restaurações cerâmicas

O objetivo deste trabalho foi avaliar o efeito do selamento dentinário imediato na cimentação definitiva de restaurações cerâmicas (Empress2Ivoclar Vivadent), levando em consideração a influência de diferentes métodos de remoção dos restos de cimento provisório da superfície dentinária previamente selada. Para isso foram utilizados 72 molares, hígidos, conseguidos no banco de dentes da Universidade do Estado do Rio de Janeiro. Os dentes foram divididos em nove grupos, os três primeiros serviram como grupo controle, onde não houve contaminação com nenhum cimento provisório, sendo eles: G1, onde o selamento e a cimentação definitiva foram feitas 15 dias após a confecção dos preparos cavitários; G2, onde o selamento dentinário foi feito imediatamente após o preparo e a cimentação definitiva após 15 dias; G3, onde o preparo, selamento e cimentação definitiva foram feitos no mesmo momento. Os próximos grupos foram os do selamento tardio, onde o sistema adesivo foi aplicado somente no momento da cimentação. Nestes grupos, após o preparo foram cimentadas restaurações provisórias com um cimento livre de eugenol (Temp BondNE) e após 15 dias as restaurações provisórias foram removidas e os restos de cimento limpos com diferentes métodos: G4: remoção com instrumento manual; G5: remoção com jato de bicarbonato; G6: remoção com pontas de ultra-som; após esta limpeza o sistema adesivo foi aplicado e as restaurações cerâmicas cimentadas. Por último foram os grupos do selamento dentinário imediato, onde o sistema adesivo foi aplicado imediatamente após a confecção dos preparos cavitários e em seguida foi feita a cimentação das restaurações provisórias. Após 15 dias as restaurações provisórias foram removidas, os restos de cimento foram limpos com os diferentes métodos: G7: remoção com instrumento manual; G8: remoção com jato de bicarbonato; G9: remoção com pontas de ultra-som. Após a limpeza as restaurações cerâmicas foram cimentadas. Para todos os grupos o sistema adesivo utilizado foi o Optibond FL Kerr e o cimento resinoso foi o Rely X ARC3M/ESPE. Vinte e quatro horas após as cimentações cerâmicas os corpos de prova foram submetidos ao ensaio mecânico de push out em uma máquina de ensaios universais EMIC DL. Os valores de resistência de união foram obtidos em KgF, convertidos em MPa e analisados estatisticamente. O teste de ANOVA mostrou que houve diferença estatisticamente significante entre os grupos (p≤0,05) e em seguida o t-teste mostrou que a técnica do selamento imediato resultou nos melhores valores de resistência de união. Por último, o teste de comparações múltiplas Student-Newman-Keuls (Teste SNK) mostrou que o método de limpeza dos restos de cimento provisório da superfície dentinária apresenta influência na resistência de união das restaurações cerâmicas. Com base nos resultados pôde-se concluir que a técnica do selamento imediato promoveu maior resistência adesiva para as restaurações cerâmicas e quanto ao método de limpeza, o melhor resultado, independente da técnica adesiva utilizada, foi a remoção com as pontas de ultrasson.

Retenção em canais amplos de núcleos confeccionados por diferentes técnicas com pinos fibro resinosos

O propósito desse trabalho foi verificar a retenção de pinos fibro resinosos cimentados em canais radiculares alargados simulando raízes extensamente comprometidas, fabricados por duas técnicas usadas para diminuir sua desadaptação; comparando-as ao pino fixado somente com cimento. Foram utilizados vinte e quatro raízes de dentes humanos unirradiculares, padronizadas com 15.0 mm de comprimento e 5.0 0.3 mm de diâmetro. As raízes foram incluídas em resina acrílica e divididas em grupos de acordo com a técnica usada: grupo I - pino DC White Post no2 cimentado com sistema adesivo quimicamente ativado e com cimento resinoso dual; grupo II mesmo pino reanatomizado com resina composta para copiar a anatomia do canal radicular, cimentado da mesma forma; e grupo III mesmo pino associado a três pinos acessórios, cimentados do mesmo modo. O canal radicular teve seu diâmetro padronizado pela broca no2 para o pino DC em uma profundidade de 12.0 mm e alargado com uma broca tronco cônica em uma profundidade de 10.0 mm. As oito raízes de cada grupo foram seccionadas transversalmente em três discos de 3.0 mm, a partir da cervical para a execução de um ensaio de extrusão, descartando-se os últimos 2.0 mm, que serviram somente para centralizar o pino. Os valores de retenção foram registrados e tratados estatisticamente por ANOVA e pelo teste SNK (p<0.05). Diferenças significativas foram observadas entre três porções radiculares investigadas em todos os grupos, com os valores de retenção diminuindo da cervical para apical. A retenção na porção apical do grupo com pinos customizado com resina foi estatisticamente maior que na mesma região dos demais grupos. Nenhuma diferença foi encontrada entre o grupo com pinos acessórios e o grupo somente com pino e cimento nessa parte da raiz. Nenhuma diferença foi observada comparando as porções cervical e média dos diferentes grupos. Os tipos de falha após o teste de extrusão foram observados em microscópio eletrônico de varredura com aumento de 200, 600 e 1000 vezes. Elas ocorreram exclusivamente entre o pino e o cimento ou a resina composta. A camada de adesão (camada híbrida) foi mais facilmente observada nas porções cervical e média de todos os grupos. Isso sugere que a retenção nas porções apicais da raiz é predominantemente friccional. Uma vez que pinos acessórios somente alcançam até a porção média do canal radicular, a retenção do pino não é aumentada com essa técnica.

Efeito do fator cavitário na resistência adesiva à dentina de um sistema restaurador à base de silorano

O objetivo deste estudo foi avaliar o efeito do fator C na resistência adesiva à dentina humana de um compósito à base de silorano, comparando-o com um compósito à base de metacrilato. Foram utilizados 40 molares humanos hígidos. Em metade da amostra foi realizado um preparo do tipo Classe I, com dimensões de 4x4 mm e 2 mm de profundidade, enquanto na outra metade foi realizado um preparo virtual (flat) com auxílio de uma matriz de teflon branco, com as mesmas dimensões da cavidade (4x4x2 mm), apoiada na superfície de dentina exposta. Cada grupo foi divido em dois, de acordo com o sistema restaurador: Sistema Adesivo P90 e resina Filtek P90; Adper Scotchbond Multiuso e resina Filtek Z350 XT (3M ESPE). Após a aplicação do sistema adesivo segundo as especificações do fabricante, as cavidades (real e virtual) foram preenchidas com as resinas (Z350 XT e P90) em dois incrementos. Foi realizada a fotoativação de cada incremento durante 25s. Após uma semana, as coroas foram seccionadas, obtendo-se espécimes constituídos de resina/dente na forma de um paralelepípedo (palitos). Estes palitos foram utilizados para o teste de microtração (Emic), onde a resistência adesiva na unidade MPa foi calculada. Os resultados foram avaliados estatisticamente pelo teste de análise de variância ANOVA One-Way (p = 0,05), e pelo teste de múltiplas comparações Student Newman Keuls. Foi observada uma diferença estatística entre a resina P90 (flat= 16,137,7 MPa e Cavidade= 16,759,0 MPa) e a Z350 XT (flat= 25,8211,6 MPa e Cavidade=24,4713,5 MPa), independentemente do tipo de cavidade restaurada. E não foi possível observar diferença estatística entre os tipos de cavidades (real ou virtual) restauradas com a mesma resina. Através dos testes realizados, foi possível concluir que: o fator C não afetou a resistência adesiva dos dois sistemas restauradores utilizados, e o tipo de sistema restaurador afeta a resistência adesiva, sendo que o sistema à base de silorano apresenta resultados inferiores ao de metacrilato.

An enactive and dynamical systems theory account of dyadic relationships

Many social relationships are a locus of struggle and suffering, either at the individual or interactional level. In this paper we explore why this is the case and suggest a modeling approach for dyadic interactions and the well-being of the participants. To this end we bring together an enactive approach to self with dynamical systems theory. Our basic assumption is that the quality of any social interaction or relationship fundamentally depends on the nature and constitution of the individuals engaged in these interactions. From an enactive perspective the self is conceived as an embodied and socially enacted autonomous system striving to maintain an identity. This striving involves a basic two-fold goal: the ability to exist as an individual in one's own right, while also being open to and affected by others. In terms of dynamical systems theory one can thus consider the individual self as a self-other organized system represented by a phase space spanned by the dimensions of distinction and participation, where attractors can be defined. Based on two everyday examples of dyadic relationship we propose a simple model of relationship dynamics, in which struggle or well-being in the dyad is analyzed in terms of movements of dyadic states that are in tension or in harmony with individually developed attractors. Our model predicts that relationships can be sustained when the dyad develops a new joint attractor toward which dyadic states tend to move, and well-being when this attractor is in balance with the individuals' attractors. We outline how this can inspire research on psychotherapy. The psychotherapy process itself provides a setting that supports clients to become aware how they fare with regards to the two-fold norm of distinction and participation and develop, through active engagement between client (or couple) and therapist, strategies to co-negotiate their self-organization.

Análise estática e dinâmica de lajes nervuradas de concreto armado.

Nesta dissertação desenvolve-se um estudo sobre o comportamento estrutural de lajes nervuradas de concreto armado, tendo em mente o emprego destas em sistemas estruturais na engenharia civil, de forma viável sob o ponto de vista técnico e econômico. No cenário atual, diversos tipos de sistemas estruturais têm sido desenvolvidos, dentre estes as lajes nervuradas de concreto armado com base no sistema Reduzcon. Essas lajes nervuradas têm como principais características o baixo consumo de material e o peso próprio bastante reduzido. Este sistema utiliza cubas cilíndricas invertidas metálicas denominadas BRC (Barrote Redutor de Concreto), que suportam o concreto da laje. Assim sendo, este trabalho de pesquisa apresenta um estudo acerca da resposta estática e dinâmica do sistema estrutural em questão, em relação aos deslocamentos translacionais verticais e tensões; e, bem como, da resposta dinâmica do sistema sob o ponto de vista de conforto humano. Ênfase especial é dada às atividades humanas rítmicas, com base no emprego de modelos de carregamento que representem as ações inerentes à ginástica aeróbica. A definição das ações dinâmicas atuantes sobre os modelos estruturais foi feita com base em resultados de testes experimentais que levam em conta os efeitos de multidão. A análise numérica fundamenta-se na modelagem computacional do sistema, através do Método dos Elementos Finitos (MEF), de forma a representar apropriadamente o comportamento estrutural das lajes Reduzcon. São empregadas técnicas usuais de discretização, por meio do programa ANSYS. As vigas de bordo, nervuras e a laje de concreto são simuladas por elementos finitos sólidos tridimensionais.

Autoconsumo fotovoltaico, um elemento de eficiência energética. Caso de estudo: ISEP

Mestrado em Energias Sustentáveis

Controlo e monitorização de um sistema de Auto-Pull

Esta dissertação descreve o estudo do controlo e da monitorização de um sistema de autopull, bem como o estudo da implementação de um destes sistemasnuma área de negócio. Inicialmente, de modo a percecionar as melhores opções a tomar para a realização deste projeto foram estudadas duas redes de comunicação locais, redes Ethernet e redes CAN, tendo-se optado pelas redes Ethernet, sendo as razões que determinaram esta escolha explanadas no desenvolvimento do relatório. Após ter sido selecionada a rede que foi utilizada, foram estudados os requisitos do sistema e procuradas no mercado soluções que os satisfaçam. Para a comunicação em tempo real foram utilizadas Web Sockets e para a utilização destas,foi necessário um servidor de Web Sockets, tendo a escolha recaídosobre onodejs. Posteriormente, foi elaborada uma interface gráfica que permitiu a criação de um sistema inteligente que auxilia os clientes do espaço a efetuarem pedidos bem como a chamarem os funcionários, não necessitando de passar os longos tempos de espera que normalmenteestão associados a estes espaços. Posto isto, foi realizado um website que deverá apresentar o espaço, os próximos eventos a realizar e outras informações importantes. Este sistema torna-se uma mais-valia para a divulgação da tecnologia implementada e para a divulgação dos espaços que eventualmente venham a adotar um sistema análogo. De seguida foi efetuado um plano de negócios, simulando um espaço físico que eventualmente implementasse esta tecnologia. Para tal, foi estudada a envolvente externa e interna em que este negócio estaria inserido, as políticas de marketing que deveriam ser seguidas e ainda um plano financeiro que descrevesse o investimento, as vendas esperadas e todos os restantes componentes económicos do projeto. Por último foram tecidas as principais conclusões inerentes ao projeto desenvolvido e analisadas as possibilidades de melhorias futuras.

Naissance de l'art performatif : étude sur les prémisses du moment romantique en Allemagne.

Thèse effectuée en cotutelle avec l'École des hautes études en sciences sociales, Paris. Pour
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