Projeto e Construção de um Veleiro Autónomo, utilizando materiais compósitos, Impressão a 3D e Aprendizagem Máquina

Este trabalho consistiu no projeto e construção de um veleiro autónomo de pequena escala. No início do trabalho, é feito um estudo acerca dos diferentes tipos de veículos autónomos, dando mais enfase aos veleiros. Em seguida, é iniciado o projeto do casco do veleiro, aplicando conceitos básicos de Arquitetura Naval. A forma do casco é desenhada com recurso ao programa DELFT Ship Free, onde são realizados estudos hidrodinâmicos do mesmo. Posteriormente é retratado a construção do casco projetado, com recurso a materiais compósitos e impressão 3D de componentes do veleiro. São ainda descritos os sensores, controladores, atuadores e programação desenvolvida para o veleiro. É também realizado um estudo sumário da estimativa de consumos e autonomia do sistema. No final, encontram-se os resultados obtidos das provas de mar efetuadas ao veleiro.

Diseño y uso de una paleta háptica para prácticas de teleoperación con simulink

En este artículo se presenta el uso de dispositivos de realimentación de fuerzas de un grado de libertad como herramienta para el desarrollo de aplicaciones docentes en asignaturas de teleoperación y telerrobótica, con el objetivo de disponer de una interfaz física que pueda ser utilizada como equipo de prácticas. Estos dispositivos, conocidos como haptic paddle, ya han sido probados satisfactoriamente para aplicaciones educativas de modelado y simulación de sistemas, ntroducción a los haptics e ingeniería de control en diversas Universidades. Para el desarrollo de los experimentos que se muestran en este artículo se han utilizado dos dispositivos haptic paddle con un controlador basado en Arduino y fabricados mediante tecnologías aditivas de impresión 3D. Gracias a los sensores de fuerza y posición incorporados se pueden implementar esquemas bilaterales de teleoperación de posicón-posición y fuerza-posición.

REAL TIME FUZZY CONTROLLER FOR QUADROTOR STABILITY CONTROL

In this report, we develop an intelligent adaptive neuro-fuzzy controller by using adaptive neuro fuzzy inference system (ANFIS) techniques. We begin by starting with a standard proportional-derivative (PD) controller and use the PD controller data to train the ANFIS system to develop a fuzzy controller. We then propose and validate a method to implement this control strategy on commercial off-the-shelf (COTS) hardware. An analysis is made into the choice of filters for attitude estimation. These choices are limited by the complexity of the filter and the computing ability and memory constraints of the micro-controller. Simplified Kalman filters are found to be good at estimation of attitude given the above constraints. Using model based design techniques, the models are implemented on an embedded system. This enables the deployment of fuzzy controllers on enthusiast-grade controllers. We evaluate the feasibility of the proposed control strategy in a model-in-the-loop simulation. We then propose a rapid prototyping strategy, allowing us to deploy these control algorithms on a system consisting of a combination of an ARM-based microcontroller and two Arduino-based controllers. We then use a combination of the code generation capabilities within MATLAB/Simulink in combination with multiple open-source projects in order to deploy code to an ARM CortexM4 based controller board. We also evaluate this strategy on an ARM-A8 based board, and a much less powerful Arduino based flight controller. We conclude by proving the feasibility of fuzzy controllers on Commercial-off the shelf (COTS) hardware, we also point out the limitations in the current hardware and make suggestions for hardware that we think would be better suited for memory heavy controllers.

Applicazione della tecnica "incremental hole drilling" su materiali compositi

Durante la vita operativa di un aeromobile, gli elementi costitutivi possono essere soggetti a diverse tipologie di carichi. Questi carichi possono provocare la nascita e la propagazione di eventuali cricche, le quali una volta raggiunta una determinata dimensione possono portare alla rottura del componente stesso causando gravi incidenti. A tale proposito, la fatica costituisce uno dei fattori principali di rottura delle strutture aeronautiche. Lo studio e l’applicazione dei principi di fatica sugli aeroplani sono relativamente recenti, in quanto inizialmente gli aerei erano realizzati in tela e legno, un materiale che non soffre di fatica e assorbe le vibrazioni. I materiali aeronautici si sono evoluti nel tempo fino ad arrivare all’impiego dei materiali compositi per la costruzione degli aeromobili, nel 21. secolo. Il legame tra nascita/propagazione delle cricche e le tensioni residue ha portato allo sviluppo di numerose tecniche per la misurazione di queste ultime, con il fine di contrastare il fenomeno di rottura a fatica. Per la misurazione delle tensioni residue nei componenti metallici esistono diverse normative di riferimento, al contrario, per i materiali compositi, la normativa di riferimento è tuttora oggetto di studio. Lo scopo di questa tesi è quello di realizzare una ricerca e studiare dei metodi di riferimento per la misurazione delle tensioni residue nei laminati compositi, tramite l’approfondimento di una tecnica di misurazione delle tensioni residue, denominata Incremental Hole Drilling.

Un sistema di domotica per il controllo energetico domestico con tecnologie open-source.

Data la sempre maggiore richiesta di fabbisogno energetico, si è sviluppata una nuova filosofia nella gestione dei consumi energetici, il DSM (demand side management), che ha lo scopo di incoraggiare il consumatore ad usare energia in modo più intelligente e coscienzioso. Questo obiettivo, unito all’accumulo di energia da fonti rinnovabili, permetterà un abbassamento dell’utilizzo dell’energia elettrica proveniente dal consumo di fonti non rinnovabili e altamente inquinanti come quelle a combustibili fossili ed una diminuzione sia del consumo energetico, sia del costo per produrre energia che dell’energia stessa. L’home automation e la domotica in ambiente domestico rappresentano un esempio di DSM. L’obiettivo di questa tesi è quello di creare un sistema di home automation utilizzando tecnologie opensource. Sono stati utilizzati device come board Arduino UNO, Raspberry Pi ed un PC con sistema operativo GNU/Linux per creare una simulazione di un sistema di home automation abbinato alla gestione di celle fotovoltaiche ed energy storaging. Il sistema permette di poter spegnere un carico energetico in base a delle particolari circostanze come, per esempio, il superamento di una certa soglia di consumo di energia elettrica. Il software utilizzato è opensource e mira a poter ottimizzare il consumo energetico secondo le proprie finalità. Il tutto a dimostrare che si può creare un sistema di home automation da abbinare con il presente e futuro delle fonti rinnovabili utilizzando tecnologie libere in modo tale da preservare privacy e security oltre che customizzazione e possibilità di adattamento a diverse circostanze. Nella progettazione del sistema è stato implementato un algoritmo per gestire varie situazioni all’interno di un ambiente domestico. La realizzazione di tale algoritmo ha prodotto ottimi risultati nella raggiungimento degli obiettivi prefissati. Il progetto di questa tesi può essere ulteriormente ampliato ed il codice è reperibile in un repository pubblico.

Sviluppo di un sistema integrato per rampe isocrone di temperatura

Lo scopo del presente lavoro è la realizzazione e l'ottimizzazione di un software che, tramite l'utilizzo di un controllo automatico Proporzionale-Integrativo-Derivativo: PID, gestisca la temperatura di un fornetto in camera a vuoto. È necessario che il sistema sia in grado di eseguire rampe regolari di temperatura di diversa pendenza scelta dall'utente, in modo che possa essere utilizzato in futuro per esperimenti di Desorbimento Termico da parte di vari materiali. La tesi è così suddivisa, nel primo capitolo sono illustrati i concetti teorici di base utilizzati nello sviluppo dei controlli automatici. Nel secondo capitolo è descritta la parte hardware: sono mostrate le diverse sezioni che compongono il fornetto e la camera a vuoto, è inoltre illustrato il cablaggio che permette l'interfaccia del forno alla scheda Arduino ed al software LabVIEW. La terza sezione è dedicata agli studi svolti per la realizzazione del sistema di controllo PID e per la sua ottimizzazione. Il quarto capitolo è invece dedicato alla descrizione del software creato per la gestione del fornetto. Nel quinto capitolo sono infine mostrati i metodi utilizzati per il calcolo delle costanti operative del PID ed i risultati sperimentali ottenuti.

La retroalimentación facial y su efecto en la evaluación de publicidad de humor

La hipótesis de retroalimentación facial planteada por Tomkins en 1962 sustenta que la activación de algunos músculos faciales envía información sensorial al cerebro y se induce entonces una experiencia emocional en el sujeto. Partiendo de dicha teoría y de investigaciones que la sustentan, el presente estudio se propuso confirmar el efecto de la emoción inducida a través de la retroalimentación facial sobre la evaluación de cinco tipos de humor en publicidad. Para ello se realizó un experimento con 60 hombres y 60 mujeres, que fueron asignados aleatoriamente a una de dos condiciones: estimulación de sonrisa –músculos hacia arriba- o inhibición de sonrisa –músculos hacía abajo-, mientras evaluaban 16 imágenes de publicidad de humor. A partir del análisis de los resultados se encontraron diferencias significativas entre las condiciones; en línea con la hipótesis formulada, los participantes expuestos a la condición estimulación de sonrisa –músculos hacía arriba- evaluaron más positivamente los comerciales. También se encontraron diferencias significativas en función del sexo y los tipos de humor evaluados. El estudio ofrece evidencia empírica de la teoría propuesta hace más de medio siglo y su efecto en el ámbito de la publicidad actual.

Cloud Base Height Measurement System Based on Stereo Vision with Automatic Calibration

Clouds are important in weather prediction, climate studies and aviation safety. Important parameters include cloud height, type and cover percentage. In this paper, the recent improvements in the development of a low-cost cloud height measurement setup are described. It is based on stereo vision with consumer digital cameras. The cameras positioning is calibrated using the position of stars in the night sky. An experimental uncertainty analysis of the calibration parameters is performed. Cloud height measurement results are presented and compared with LIDAR measurements.

Épocas de poda e uso de cianamida hidrogenada na brotação de videiras "Merlot" (Vitis vinifera L.) na Região da Campanha Gaúcha.

A Campanha Gaúcha vem sendo classificada entre as regiões vitivinícolas mais promissoras no Rio Grande do Sul, especialmente pelas suas condições edafoclimáticas com maior restrição hídrica e drenagem do solo. Apesar do início da vitivinicultura nesta região datar da década de 70, a maior intensificação dos plantios e produção ocorreu nos últimos dez anos, porém sem muitos subsídios técnicos. Os objetivos deste trabalho foram avaliar os efeitos da antecipação da poda hibernal e concentrações de cianamida hidrogenada (CH) sobre o potencial produtivo da uva ?Merlot?/SO4 conduzida nos sistemas de poda Guyot Duplo (DG) e Cordão Esporonado (CE).

Membrane elettrofilate a base di miscele polimeriche per la modifica strutturale di compositi laminati

I compositi laminati presentano problematiche legate alla delaminazione, ovvero al distaccamento delle lamine costituenti, ed allo scarso smorzamento delle vibrazioni (damping). L’obiettivo del presente elaborato di tesi è lo sviluppo e la produzione di membrane nanofibrose prodotte mediante elettrofilatura di blend polimeriche per la modifica strutturale di compositi laminati al fine di migliorarne la proprietà di damping e la resistenza alla delaminazione. Particolare attenzione è stata posta all’ottimizzazione sia dei parametri della soluzione (principalmente concentrazione e sistema solvente) che dei parametri di processo (portata, voltaggio applicato e distanza ago-collettore). La morfologia delle nanofibre è stata osservata mediante microscopia a scansione elettronica (SEM), la quale ha confermato la presenza di nanofibre con diametro nanometrico (200-800 nm), e prive di difetti (beads). Inoltre, le membrane sono state caratterizzate termicamente (TGA e DSC) e meccanicamente (prove di trazione).

Progettazione, ottimizzazione e sviluppo di un sistema WOPI (Water Out Pressure In) per airbox

Un airbox deve fornire al motore sia aria pura, ovvero priva di particelle estranee (motivo per cui al suo interno viene collocato un elemento filtrante), che priva di gocce d’acqua, la cui presenza è possibile sia a causa della condensazione dell’umidità dell’aria aspirata, sia, in volume anche maggiore, in caso di pioggia, aspetto su cui si focalizzerà questo elaborato. Attualmente, per eliminare la presenza di queste particelle d’acqua, vengono praticati fori, più o meno grandi, sulla parete dell’airbox. Questa semplice tecnica, permette di eliminarla, ma causa anche una depressurizzazione. Per contrastare questo fenomeno, è già noto l’utilizzo di condotti elastici, normalmente chiusi o semichiusi, che, nel frattempo, permettono la lenta discesa gravitazionale dell’acqua. Questo sistema, però, non è in grado di sigillare il foro di scolo, provocando quindi anch’esso un calo della pressurizzazione del box. Inoltre, esso potrebbe intasarsi, rendendo inefficace lo scolo. In più, nel tempo, potrebbe sopraggiungere una perdita di elasticità, causando un peggioramento della funzionalità. Scopo del WOPI è eliminare tutti i precedenti inconvenienti nel modo più efficiente possibile.

Funzionalizzazione e caratterizzazione di pigmenti organici per applicazioni in transistor a effetto di campo

Questo lavoro di tesi ha avuto come scopo la preparazione di film dei semiconduttori organici Indaco e Chinacridone con metodi da soluzione, che sono i preferiti per la fabbricazione di dispositivi. Per la caratterizzazione dei film si è utilizzata la microscopia Raman nell’intervallo dei numeri d’onda delle vibrazioni reticolari, per identificare la natura della fase cristallina presente. Indaco e Chinacridone sono pigmenti fortemente insolubili in tutti i solventi organici, a causa della presenza dei forti legami a ponte di idrogeno intermolecolari che ne influenzano notevolmente le proprietà di stato solido. Questo rende difficile l’ottenimento di film omogenei per deposizione diretta di loro soluzioni. Per ovviare al problema, si è utilizzata una strategia di letteratura, che passa attraverso la preparazione di loro derivati solubili, con una reazione di protezione dei gruppi amminici presenti sulle molecole con gruppi termolabili (tBoc). Una volta depositato su substrato, il pigmento originale può essere rigenerato per riscaldamento del film. L’analisi Raman ha permesso di caratterizzare strutturalmente per la prima volta i film preparati con questa procedura. In particolare si è verificato che sui film di Indaco è sempre presente il polimorfo B, in accordo con quanto trovato nei film preparati con metodi di deposizione da vapore. Per quanto riguarda il Chinacridone invece dell’attesa β, la fase ottenuta è la metastabile α’, ottenibile in fase bulk solo in condizioni drastiche. In entrambi in casi si conferma la selettività del substrato verso un polimorfo specifico.

Studio mediante spettroscopia vibrazionale di foto-dimerizzazioni [2+2] in cristalli molecolari

Lo scopo della tesi è lo studio di fotoreazioni di cicloaddizione [2 + 2] in stato solido mediante l’utilizzo di tecniche di spettroscopia vibrazionale Raman e IR. La nostra attenzione si è focalizzata su processi di sistemi organici del tipo “crystal to crystal” (CC) o “single crystal to single crystal” (SCSC), che avvengono con la trasformazione del cristallo del reagente in quello del prodotto. Argomento principale del lavoro di tesi sono i cristalli dei sali di bromuro e cloruro dell’acido 4-ammino-trans-cinnamico, che dimerizzano sotto irraggiamento UV. Il lavoro fa parte di un progetto di ampio respiro svolto in collaborazione con ricercatori del Dipartimento di Chimica “G. Ciamician”, che coinvolge anche cristalli misti dei due sali. Lo studio condotto da loro mediante misure di diffrazione ai raggi X ha stabilito che il processo in esame è del tipo SCSC. L’indagine in microscopia Raman su cristallo singolo si è prefissa di analizzare, in funzione del tempo di irraggiamento, l’evoluzione dello spettro delle vibrazioni sia intramolecolari che reticolari, ottenendo in una stessa misura informazioni sulla trasformazione chimica e su quella di reticolo. A differenza di quanto avviene in processi di dimerizzazione CC con ricostruzione di fase, si è constatato che reazione chimica e cambio di reticolo avvengono in modo parallelo e simultaneo. Inoltre si è osservato che lo spettro delle vibrazioni reticolari evolve senza soluzione di continuità da quello della fase reagente a quello della fase prodotto. Questo è un risultato interessante, di un fenomeno mai osservato prima nello studio Raman di reazioni in stato solido. L’analoga indagine IR su polveri, che si limita alla vibrazione intermolecolare, ha permesso di ricavare la legge cinetica della reazione. Lo stesso metodo di indagine spettroscopica è stato applicato anche alla fotodimerizzazone con meccanismo [2 + 2] dell’acido trans-3-(2-furil)acrilico, processo interessante dal punto di vista industriale.

Rinforzi grafenici in nanofibre per la modifica di materiali compositi

I CFRP laminati offrono vari vantaggi rispetto ai materiali metallici: su tutti un peso ridotto e migliori proprietà meccaniche. Tuttavia, hanno un basso damping (smorzamento delle vibrazioni) e una bassa resistenza alla delaminazione, che possono portare a forti limitazioni durante la vita d’uso del materiale. Lo scopo del seguente elaborato riguarda la produzione di vari tessuti nanofibrosi in polimeri termoplastici, tra cui Nylon 66, eventualmente additivati con grafene, da includere in laminati compositi al fine di migliorare i problemi sopracitati. I tessuti nanofibrosi sono stati ottenuti mediante la tecnica dell'elettrofilatura, dopo ottimizzazione delle soluzioni e del processo stesso. Prima di essere integrate, le membrane sono state caratterizzate morfologicamente tramite analisi SEM e termicamente mediante analisi DSC. I laminati nano-modificati, prodotti tramite laminazione manuale, sono quindi stati caratterizzati meccanicamente. In particolare, è stata valutata la tenacità a frattura interlaminare in Modo I e II tramite test DCB e ENF. Inoltre, sono stati eseguiti anche test Three-Point Bending al fine di avere un quadro più completo sulle proprietà meccaniche dei compositi nano-modificati.

Progetto e implementazione di circuiti a switch sincronizzato per la conversione di micropotenze da trasduttori piezoelettrici

Una delle principali caratteristiche dei trasduttori per energy harvesting piezoelettrici è il fatto che la loro impedenza d'uscita è principalmente capacitiva. Questo consente di elaborare schemi di conversione dell'energia basati su circuiti risonanti attivati in modo sincrono con le vibrazioni, che risultano in grado di aumentare notevolmente la potenza di uscita rispetto alle comuni interfacce passive. Questa tesi si è posta come obiettivo la progettazione e implementazione di un circuito per energy harvesting da vibrazioni basato sulla tecnica Synchronized Switch Harvesting on Inductor (SSHI) che garantisse un'elevata efficienza di conversione. Dovendo gestire potenze in ingresso tipicamente di debole entità, l'architettura proposta è stata ottimizzata per minimizzare la dissipazione di potenza interna al convertitore. Il circuito proposto è stato infine validato sperimentalmente tramite allestimento di un setup di misura dedicato.