Self-healing Techniques for RF and mm-Wave Transmitters and Receivers

With continuing advances in CMOS technology, feature sizes of modern Silicon chip-sets have gone down drastically over the past decade. In addition to desktops and laptop processors, a vast majority of these chips are also being deployed in mobile communication devices like smart-phones and tablets, where multiple radio-frequency integrated circuits (RFICs) must be integrated into one device to cater to a wide variety of applications such as Wi-Fi, Bluetooth, NFC, wireless charging, etc. While a small feature size enables higher integration levels leading to billions of transistors co-existing on a single chip, it also makes these Silicon ICs more susceptible to variations. A part of these variations can be attributed to the manufacturing process itself, particularly due to the stringent dimensional tolerances associated with the lithographic steps in modern processes. Additionally, RF or millimeter-wave communication chip-sets are subject to another type of variation caused by dynamic changes in the operating environment. Another bottleneck in the development of high performance RF/mm-wave Silicon ICs is the lack of accurate analog/high-frequency models in nanometer CMOS processes. This can be primarily attributed to the fact that most cutting edge processes are geared towards digital system implementation and as such there is little model-to-hardware correlation at RF frequencies.

All these issues have significantly degraded yield of high performance mm-wave and RF CMOS systems which often require multiple trial-and-error based Silicon validations, thereby incurring additional production costs. This dissertation proposes a low overhead technique which attempts to counter the detrimental effects of these variations, thereby improving both performance and yield of chips post fabrication in a systematic way. The key idea behind this approach is to dynamically sense the performance of the system, identify when a problem has occurred, and then actuate it back to its desired performance level through an intelligent on-chip optimization algorithm. We term this technique as self-healing drawing inspiration from nature's own way of healing the body against adverse environmental effects. To effectively demonstrate the efficacy of self-healing in CMOS systems, several representative examples are designed, fabricated, and measured against a variety of operating conditions.

We demonstrate a high-power mm-wave segmented power mixer array based transmitter architecture that is capable of generating high-speed and non-constant envelope modulations at higher efficiencies compared to existing conventional designs. We then incorporate several sensors and actuators into the design and demonstrate closed-loop healing against a wide variety of non-ideal operating conditions. We also demonstrate fully-integrated self-healing in the context of another mm-wave power amplifier, where measurements were performed across several chips, showing significant improvements in performance as well as reduced variability in the presence of process variations and load impedance mismatch, as well as catastrophic transistor failure. Finally, on the receiver side, a closed-loop self-healing phase synthesis scheme is demonstrated in conjunction with a wide-band voltage controlled oscillator to generate phase shifter local oscillator (LO) signals for a phased array receiver. The system is shown to heal against non-idealities in the LO signal generation and distribution, significantly reducing phase errors across a wide range of frequencies.

Measurements of resistance and reactance in fish with the use of bioelectrical impedance analysis: sources of error

New technologies can be riddled with unforeseen sources of error, jeopardizing the validity and application of their advancement. Bioelectrical impedance analysis (BIA) is a new technology in fisheries research that is capable of estimating proximate composition, condition, and energy content in fish quickly, cheaply, and (after calibration) without the need to sacrifice fish. Before BIA can be widely accepted in fisheries science, it is necessary to identify sources of error and determine a means to minimize potential errors with this analysis. We conducted controlled laboratory experiments to identify sources of errors within BIA measurements. We concluded that electrode needle location, procedure deviations, user experience, time after death, and temperature can affect resistance and reactance measurements. Sensitivity analyses showed that errors in predictive estimates of composition can be large (>50%) when these errors are experienced. Adherence to a strict protocol can help avoid these sources of error and provide BIA estimates that are both accurate and precise in a field or laboratory setting.

Avaliação de usabilidade em jogo eletrônico: estudo de caso

Esta pesquisa tem como objetivo documentar o processo de redução de riscos e incertezas de um jogo eletrônico em desenvolvimento por meio da aplicação de métodos de avaliação de Usabilidade. Foi realizado um estudo de caso da utilização de métodos e técnicas de avaliação de Usabilidade durante a produção do jogo eletrônico Dungeonland, conduzido entre 2010 a 2013 ao longo de diversas iterações do produto, da pré-produção ao lançamento. Foram utilizados os métodos de observação direta baseada em problemas, avaliação cooperativa, questionário e entrevista semi-estruturada. Os dados coletados demonstram a evolução do design do jogo, as diferentes metodologias empregadas em cada estágio de desenvolvimento, e o impacto da avaliação no projeto. Apesar de problemas e limitações no emprego dos testes de Usabilidade no produto em questão, o impacto da avaliação foi visto como muito grande e muito positivo pelos desenvolvedores - através de dados qualitativos como protocolos verbais e de gameplay de usuários, e de dados quantitativos sobre suas experiências com o produto que possam ser comparados estatisticamente, os desenvolvedores de jogos têm à sua disposição poderosas ferramentas para estabelecer processos de Design claros, centrados no usuário, e que ofereçam um ambiente onde problemas são rapidamente identificados e soluções são validadas com usuários reais.

Rodadas de Interação: um modelo para o projeto de interfaces de websites que potencializem a motivação em interagir

Este trabalho tem por objetivo propor um modelo de pensamento projetual que oriente o designer de experiências interativas no formato de websites. Baseia-se em um corpo teórico e diretrizes adequadas para estimular a manutenção da atividade do usuário e o prolongamento da experiência interativa no tempo, aumentando a probabilidade da ocorrência de momentos memoráveis e emocionalmente positivos ao interator, sem prejuízo à usabilidade do sistema. Esta abordagem se afasta do paradigma de projeto voltado para o cumprimento de objetivos e tarefas, no qual procura-se reduzir o tempo de interação aumentando a produtividade do interator. Ao contrário, aqui se propõe um olhar voltado para o engajamento em uma atividade, sendo esta o fim em si.

Os sistemas de recompensa nas interfaces contemporâneas de comunicação

Na atualidade observa-se vastos estudos sobre os processos na área do Design acerca de como projetar experiências e prototipar interações entre pessoas e sistemas, e mesmo entre pessoas por intermédio de sistemas. Enquanto todo tipo de produto produz uma experiência de uso, com a evolução da interatividade as relações estabelecidas entre os usuários e os produtos tornaram-se mais complexas e modificaram-se ao longo dos anos. A abordagem teórica destinada a tratar essas questões também expandiu e diversificou-se simultaneamente. A partir de um estudo sobre os processos interativos e o campo teórico relacionado, foi possível identificar um fenômeno relativamente recente em interfaces nas quais pode ser verificado um alto nível de interação, a saber: os sistemas de recompensa. Cabe salientar que este termo foi emprestado da Neurociência, aonde é utilizado para descrever o circuito responsável pelo gerenciamento do comportamento através da indução de prazer e dor. Portanto, o autor desta dissertação propõe uma acepção do termo no âmbito do design de componentes interativos para designar o artifício, que muitas interfaces atuais incorporaram, de conceder aos usuários a possibilidade de apreciarem, ou não, determinado conteúdo em rede. Assim, pode-se compreender que o emprego do termo aqui é metafórico. Neste processo os usuários podem fornecer outros tipos de feedback ao sistema, como por exemplo um comentário, ou compartilhamento, estimulando assim uma série de desdobramentos interativos e repercussões para a experiência de uso do produto. Este trabalho propõe uma investigação qualitativa sobre as interações concernentes aos sistemas de recompensa, abordando tanto questões objetivas funcionais dos sistemas, quanto questões referentes ao feedback dos usuários. O Facebook será amplamente analisado, por ter sido uma interface pioneira na manipulação dos sistemas de recompensa, na qual estes componentes alcançaram um alto nível de desenvolvimento até este momento. A justificativa para esta pesquisa se deve a dois fatores particularmente relevantes: primeiro, a ausência de conteúdo significativo na literatura relacionada atual. Em segundo lugar, a notável expansão dos sistemas criados com esta finalidade, conforme será demonstrado no estudo. O objetivo deste projeto é compreender de que forma o design dos sistemas de recompensa influenciam o fluxo de interações e o comportamento dos usuários atualmente. Para tanto, esta pesquisa procura verificar como determinados aspectos teóricos do design - dedicados à compreensão da dinâmica de processos interativos - se aplicam a experiências reais de interação no mundo contemporâneo. Por exemplo, diversos modelos e frameworks nas áreas de HCI (Interação Humano-Computador), UX (experiência do usuário), e design de experiências destacam conceitos condizentes com aspectos identificados nos sistemas de recompensa que por sua vez encontram-se em processo de desenvolvimento, guiados por tendências comerciais de uma forma quase que intuitiva, no sentido de que pouca atenção tem sido dada na literatura sobre as bases neuronais que fazem este processo funcionar. Desta forma, pretende-se fornecer subsídios para uma melhor compreensão do impacto que os sistemas de recompensa analisados nesta dissertação desempenham sobre a experiência de uso entre consumidores e produtos delineados dentro deste paradigma

Os sistemas de recompensa nas interfaces contemporâneas de comunicação

Na atualidade observa-se vastos estudos sobre os processos na área do Design acerca de como projetar experiências e prototipar interações entre pessoas e sistemas, e mesmo entre pessoas por intermédio de sistemas. Enquanto todo tipo de produto produz uma experiência de uso, com a evolução da interatividade as relações estabelecidas entre os usuários e os produtos tornaram-se mais complexas e modificaram-se ao longo dos anos. A abordagem teórica destinada a tratar essas questões também expandiu e diversificou-se simultaneamente. A partir de um estudo sobre os processos interativos e o campo teórico relacionado, foi possível identificar um fenômeno relativamente recente em interfaces nas quais pode ser verificado um alto nível de interação, a saber: os sistemas de recompensa. Cabe salientar que este termo foi emprestado da Neurociência, aonde é utilizado para descrever o circuito responsável pelo gerenciamento do comportamento através da indução de prazer e dor. Portanto, o autor desta dissertação propõe uma acepção do termo no âmbito do design de componentes interativos para designar o artifício, que muitas interfaces atuais incorporaram, de conceder aos usuários a possibilidade de apreciarem, ou não, determinado conteúdo em rede. Assim, pode-se compreender que o emprego do termo aqui é metafórico. Neste processo os usuários podem fornecer outros tipos de feedback ao sistema, como por exemplo um comentário, ou compartilhamento, estimulando assim uma série de desdobramentos interativos e repercussões para a experiência de uso do produto. Este trabalho propõe uma investigação qualitativa sobre as interações concernentes aos sistemas de recompensa, abordando tanto questões objetivas funcionais dos sistemas, quanto questões referentes ao feedback dos usuários. O Facebook será amplamente analisado, por ter sido uma interface pioneira na manipulação dos sistemas de recompensa, na qual estes componentes alcançaram um alto nível de desenvolvimento até este momento. A justificativa para esta pesquisa se deve a dois fatores particularmente relevantes: primeiro, a ausência de conteúdo significativo na literatura relacionada atual. Em segundo lugar, a notável expansão dos sistemas criados com esta finalidade, conforme será demonstrado no estudo. O objetivo deste projeto é compreender de que forma o design dos sistemas de recompensa influenciam o fluxo de interações e o comportamento dos usuários atualmente. Para tanto, esta pesquisa procura verificar como determinados aspectos teóricos do design - dedicados à compreensão da dinâmica de processos interativos - se aplicam a experiências reais de interação no mundo contemporâneo. Por exemplo, diversos modelos e frameworks nas áreas de HCI (Interação Humano-Computador), UX (experiência do usuário), e design de experiências destacam conceitos condizentes com aspectos identificados nos sistemas de recompensa que por sua vez encontram-se em processo de desenvolvimento, guiados por tendências comerciais de uma forma quase que intuitiva, no sentido de que pouca atenção tem sido dada na literatura sobre as bases neuronais que fazem este processo funcionar. Desta forma, pretende-se fornecer subsídios para uma melhor compreensão do impacto que os sistemas de recompensa analisados nesta dissertação desempenham sobre a experiência de uso entre consumidores e produtos delineados dentro deste paradigma.

Cores e com-posições de um Jardim de Infância Waldorf: tecendo com a Teoria Ator-rede

A presente pesquisa foi produzida num Jardim de Infância Waldorf no Rio de Janeiro e se propôs a um exercício de tradução, com o uso do dispositivo TeAR, que aliava o trabalho etnográfico no cotidiano escolar, aos elementos da tecelagem como artesania e ao modo de pesquisar da Teoria Ator-Rede (TAR). Entre as questões que emergiram ao longo do processo, podemos destacar: a com-vivência como prática educativa no encontro com a diferença, que vinculou-se ao método de PesquisarCOM da TAR, proposto pela psicóloga Marcia Moraes; uma maneira de aprender com os mal-entendidos, refazendo nossa maneira de interpelar o outro quando este recalcitra; incluindo humanos e não-humanos, sem domínios ou separações hierarquizantes; conhecendo com e não sobre o outro. Por outro lado, ao entendermos o conhecimento como processo de criação de si e do mundo, a produção de conhecimento na com-vivência fez emergir, como efeito das práticas de limite e recalcitrância, a diferenciação e singularização dos agentes, possibilitando a criação de novos limites e invenções. Assim, na afetação da experiência, chegamos à negociação dos interesses singulares e coletivos, na qual planos comuns e heterogêneos foram-se tecendo, de modo que as múltiplas possibilidades de vínculos aumentavam a potência de agir. Pensar com Latour que quando estamos mais vinculados, somos mais livres nos convida a experimentar novas formas de viver coletivamente, inventando a si de maneira vinculada e ao mesmo tempo proliferando modos de existir. Durante essa pesquisa, fiamos com as práticas do campo e tecemos versões de Educação Infantil na Pedagogia Waldorf cujos vínculos estão em movimento, constituindo uma ética na com-vivência

A significação da experiência de uso em um Ambiente Virtual de Aprendizagem: estudo de caso sobre a plataforma Moodle no CEDERJ

Essa pesquisa é um estudo de caso sobre a interação do aluno com a interface da plataforma Moodle. Para tal, foram utilizadas técnicas consolidadas de avaliação da usabilidade de interfaces digitais. Assim, com respaldo na Semiótica do americano Charles Sanders Peirce, verificou-se e discutiu-se questões subjetivas dos processos comunicativos envolvidos nos problemas interacionais identificados. Uma vez analisado o impacto desses problemas, desenhou-se um quadro geral, denominado experiência do usuário, no qual as interfaces avaliadas são arenas das frustrações e ações que esta proposta de inspeção foi capaz de descrever. A partir desse quadro, foram fundadas as bases para compreensão do modelo mental do usuário para propor soluções. Essas soluções são baseadas, principalmente, em prescrições de usabilidade de Jakob Nielsen, Donald Norman e Steve Krug Nesse cenário, é demonstrado como o design contribui para a elaboração de uma interface que convida à ação e reflexão, de forma a proporcionar um ambiente de interação satisfatório e consonante com as novas tendências educacionais e da cibercultura. Deste modo, também demonstra-se de que forma a Semiótica pode instrumentalizar o profissional de design a resolver situações de projeto. Por meio da documentação de metodologias e resultados, esta pesquisa apoia a boa comunicação entre projetistas, ressalta a importância da subjetividade no estudo interacional, além de propor soluções para os problemas encontrados. Em virtude dos fatos supracitados, essa pesquisa tem como produto final um acervo de informações relevantes para o histórico de projetos em design. Contemplados os requisitos de usabilidade propostos por essa pesquisa, espera-se que, no futuro, tais requisitos sejam validados, para que o impacto produzido pelas mudanças implementadas possam ser avaliados. Assim, poderá ser verificado como essas mudanças impactarão no processo comunicativo da nova proposta interacional e se elas se converteram realmente em satisfação na experiência do usuário. Com isso, pretende-se que o foco da interface passe a ser a associação da satisfação do uso ao processo de aprendizagem.

Comparação de desenvolvimento orientado a agentes para jogos educacionais: um estudo de caso

A tecnologia de agentes tem sido reconhecida como um paradigma promissor em sistemas educacionais da nova geração. Entretanto, o esforço e inflexibilidade de algumas metodologias próprias para agentesacarretam num alto custo, tempo e adaptação de escopo. Este trabalho visaavaliar alternativas de desenvolvimento de um jogo educacional médico orientado a agentes, através da aplicação de um estudo de caso, com o intuito de verificar se metodologias próprias para implementação de sistemas multiagentes trazem benefícios no resultado final da implementação do jogo, e também se os resultados alcançados na comparação de processos de desenvolvimento de cunho tradicional e ágil fazem diferença no resultado final. Desta forma, este trabalho compara três metodologias baseadas nos conceitos da Engenharia de Software através de um estudo de caso, sendo elas: O-MaSE que é uma metodologiatradicional de desenvolvimento de sistemas multiagentes e utiliza um processo de desenvolvimento tradicional; AgilePASSI que é baseada no processo de desenvolvimento ágil e específica para sistemas multiagentes; e, por último, Scrum que é uma metodologia ágil, não sendo específica para implementação de sistemas multiagentes

Métodos e técnicas de Design Centrado no Usuário: um levantamento a partir da usabilidade de produtos do CTIC/Fiocruz

A relação causal entre métodos de projeto e a usabilidade de produtos de comunicação e informação foi o tema desse estudo que buscou identificar o estado da arte sobre um processo de projeto que resulte em mais usabilidade na web. A partir dessa identificação, avaliou-se as melhorias que poderiam ser adotadas nos processos de desenvolvimento de interfaces utilizados por uma equipe específica da Fundação Oswaldo Cruz (CTIC - Fiocruz). Entendeu-se que um método de projeto deve estar atualizado em relação aos conhecimentos de áreas como a Ergonomia, a Interação Humano-computador e o Design de Interação. Para isso, adotou-se a hipótese de que o processo de projeto deve combinar três aspectos: a) um significativo envolvimento do usuário ao longo do processo; b) o uso de sucessivas iterações para configurar o produto e c) uma combinação mínima de técnicas relacionadas a objetivos específicos de cada fase de uma abordagem de Design Centrado no Usuário. Para contribuir com o desenvolvimento de métodos e técnicas que melhorem a usabilidade, descreveu-se as características dos métodos registrados na literatura e praticados por profissionais externos à Fundação Oswaldo Cruz (Fiocruz). A partir dessas informações, o estudo direcionou-se para o segundo objetivo específico: identificar melhorias nos métodos e técnicas aplicáveis no caso do CTIC Fiocruz. Através da combinação da revisão de literatura e da pesquisa de campo foram produzidas informações sobre tipos de fluxo dos métodos, tipos de envolvimento dos usuários, quantidade e gravidade de problemas de usabilidade observadas pelos profissionais e a validade de base geral de método para diferentes produtos. A primeira rodada de entrevista foi realizada para melhor entender o contexto da hipótese e a relação entre suas variáveis. A segunda rodada identificou as características do processo de projeto utilizado no CTIC. A partir dessas informações, aplicou-se duas técnicas com profissionais externos. Um questionário on-line foi utilizado para levantar informações bem específicas, em sua maioria de características quantitativas. A última técnica aplicada foi um card sorting on-line que apresentou um caso de projeto em que os profissionais indicaram quais técnicas seriam utilizadas diante de dois cenários diferentes: um mais favorável e outro restritivo. A análise demonstrou que a maioria dos profissionais acredita que os problemas de usabilidade são consequência da falta de determinadas abordagens e técnicas. Por isso, esses profissionais combinam fluxos iterativos com um significativo envolvimento do usuário no processo. Foram sugeridas melhorias para o método utilizado no CTIC sintetizadas através de um processo de Design Centrado no Usuário como ponto de partida que aplica o conceito tradicional de usabilidade (performance). Assim que possível, esse processo deve ser aperfeiçoado ao incluir o conceito de experiência do usuário que considera também os aspectos emocionais e hedonômicos na interação.

The s-mote: a versatile heterogeneous multi-radio platform for wireless sensor networks applications

This paper presents a novel architecture and its implementation for a versatile, miniaturised mote which can communicate concurrently using a variety of combinations of ISM bands, has increased processing capability, and interoperability with mainstream GSM technology. All these features are integrated in a small form factor platform. The platform can have many configurations which could satisfy a variety of applications’ constraints. To the best of our knowledge, it is the first integrated platform of this type reported in the literature. The proposed platform opens the way for enhanced levels of Quality of Service (QoS), with respect to reliability, availability and latency, in addition to facilitating interoperability and power reduction compared to existing platforms. The small form factor also allows potential of integration with other mobile platforms including smart phones.

Mobile cloud application models facilitated by the CPA

This paper describes implementations of two mobile cloud applications, file synchronisation and intensive data processing, using the Context Aware Mobile Cloud Services middleware, and the Cloud Personal Assistant. Both are part of the same mobile cloud project, actively developed and currently at the second version. We describe recent changes to the middleware, along with our experimental results of the two application models. We discuss challenges faced during the development of the middleware and their implications. The paper includes performance analysis of the CPA support for the two applications in respect to existing solutions.

Mobile cloud contextual awareness with the cloud personal assistant

This paper presents our efforts to bridge the gap between mobile context awareness, and mobile cloud services, using the Cloud Personal Assistant (CPA). The CPA is a part of the Context Aware Mobile Cloud Services (CAMCS) middleware, which we continue to develop. Specifically, we discuss the development and evaluation of the Context Processor component of this middleware. This component collects context data from the mobile devices of users, which is then provided to the CPA of each user, for use with mobile cloud services. We discuss the architecture and implementation of the Context Processor, followed by the evaluation. We introduce context profiles for the CPA, which influence its operation by using different context types. As part of the evaluation, we present two experimental context-aware mobile cloud services to illustrate how the CPA works with user context, and related context profiles, to complete tasks for the user.