Some problems in nonlinear elasticity

Two separate problems are discussed: axisymmetric equilibrium configurations of a circular membrane under pressure and subject to thrust along its edge, and the buckling of a circular cylindrical shell.

An ordinary differential equation governing the circular membrane is imbedded in a family of n-dimensional nonlinear equations. Phase plane methods are used to examine the number of solutions corresponding to a parameter which generalizes the thrust, as well as other parameters determining the shape of the nonlinearity and the undeformed shape of the membrane. It is found that in any number of dimensions there exists a value of the generalized thrust for which a countable infinity of solutions exist if some of the remaining parameters are made sufficiently large. Criteria describing the number of solutions in other cases are also given.

Donnell-type equations are used to model a circular cylindrical shell. The static problem of bifurcation of buckled modes from Poisson expansion is analyzed using an iteration scheme and pertubation methods. Analysis shows that although buckling loads are usually simple eigenvalues, they may have arbitrarily large but finite multiplicity when the ratio of the shell's length and circumference is rational. A numerical study of the critical buckling load for simple eigenvalues indicates that the number of waves along the axis of the deformed shell is roughly proportional to the length of the shell, suggesting the possibility of a "characteristic length." Further numerical work indicates that initial post-buckling curves are typically steep, although the load may increase or decrease. It is shown that either a sheet of solutions or two distinct branches bifurcate from a double eigenvalue. Furthermore, a shell may be subject to a uniform torque, even though one is not prescribed at the ends of the shell, through the interaction of two modes with the same number of circumferential waves. Finally, multiple time scale techniques are used to study the dynamic buckling of a rectangular plate as well as a circular cylindrical shell; transition to a new steady state amplitude determined by the nonlinearity is shown. The importance of damping in determining equilibrium configurations independent of initial conditions is illustrated.

Estimation and inference for grasping and manipulation tasks using vision and kinesthetic sensors

This thesis presents a novel framework for state estimation in the context of robotic grasping and manipulation. The overall estimation approach is based on fusing various visual cues for manipulator tracking, namely appearance and feature-based, shape-based, and silhouette-based visual cues. Similarly, a framework is developed to fuse the above visual cues, but also kinesthetic cues such as force-torque and tactile measurements, for in-hand object pose estimation. The cues are extracted from multiple sensor modalities and are fused in a variety of Kalman filters.

A hybrid estimator is developed to estimate both a continuous state (robot and object states) and discrete states, called contact modes, which specify how each finger contacts a particular object surface. A static multiple model estimator is used to compute and maintain this mode probability. The thesis also develops an estimation framework for estimating model parameters associated with object grasping. Dual and joint state-parameter estimation is explored for parameter estimation of a grasped object's mass and center of mass. Experimental results demonstrate simultaneous object localization and center of mass estimation.

Dual-arm estimation is developed for two arm robotic manipulation tasks. Two types of filters are explored; the first is an augmented filter that contains both arms in the state vector while the second runs two filters in parallel, one for each arm. These two frameworks and their performance is compared in a dual-arm task of removing a wheel from a hub.

This thesis also presents a new method for action selection involving touch. This next best touch method selects an available action for interacting with an object that will gain the most information. The algorithm employs information theory to compute an information gain metric that is based on a probabilistic belief suitable for the task. An estimation framework is used to maintain this belief over time. Kinesthetic measurements such as contact and tactile measurements are used to update the state belief after every interactive action. Simulation and experimental results are demonstrated using next best touch for object localization, specifically a door handle on a door. The next best touch theory is extended for model parameter determination. Since many objects within a particular object category share the same rough shape, principle component analysis may be used to parametrize the object mesh models. These parameters can be estimated using the action selection technique that selects the touching action which best both localizes and estimates these parameters. Simulation results are then presented involving localizing and determining a parameter of a screwdriver.

Lastly, the next best touch theory is further extended to model classes. Instead of estimating parameters, object class determination is incorporated into the information gain metric calculation. The best touching action is selected in order to best discern between the possible model classes. Simulation results are presented to validate the theory.

Flight dynamics in Drosophila through a dynamically-scaled robotic approach

Flies are particularly adept at balancing the competing demands of delay tolerance, performance, and robustness during flight, which invites thoughtful examination of their multimodal feedback architecture. This dissertation examines stabilization requirements for inner-loop feedback strategies in the flapping flight of Drosophila, the fruit fly, against the backdrop of sensorimotor transformations present in the animal. Flies have evolved multiple specializations to reduce sensorimotor latency, but sensory delay during flight is still significant on the timescale of body dynamics. I explored the effect of sensor delay on flight stability and performance for yaw turns using a dynamically-scaled robot equipped with a real-time feedback system that performed active turns in response to measured yaw torque. The results show a fundamental tradeoff between sensor delay and permissible feedback gain, and suggest that fast mechanosensory feedback provides a source of active damping that compliments that contributed by passive effects. Presented in the context of these findings, a control architecture whereby a haltere-mediated inner-loop proportional controller provides damping for slower visually-mediated feedback is consistent with tethered-flight measurements, free-flight observations, and engineering design principles. Additionally, I investigated how flies adjust stroke features to regulate and stabilize level forward flight. The results suggest that few changes to hovering kinematics are actually required to meet steady-state lift and thrust requirements at different flight speeds, and the primary driver of equilibrium velocity is the aerodynamic pitch moment. This finding is consistent with prior hypotheses and observations regarding the relationship between body pitch and flight speed in fruit flies. The results also show that the dynamics may be stabilized with additional pitch damping, but the magnitude of required damping increases with flight speed. I posit that differences in stroke deviation between the upstroke and downstroke might play a critical role in this stabilization. Fast mechanosensory feedback of the pitch rate could enable active damping, which would inherently exhibit gain scheduling with flight speed if pitch torque is regulated by adjusting stroke deviation. Such a control scheme would provide an elegant solution for flight stabilization across a wide range of flight speeds.

Magnetic alignment of high-aspect ratio microwires into vertical arrays

Fundamental studies of magnetic alignment of highly anisotropic mesostructures can enable the clean-room-free fabrication of flexible, array-based solar and electronic devices, in which preferential orientation of nano- or microwire-type objects is desired. In this study, ensembles of 100 micron long Si microwires with ferromagnetic Ni and Co coatings are oriented vertically in the presence of magnetic fields. The degree of vertical alignment and threshold field strength depend on geometric factors, such as microwire length and ferromagnetic coating thickness, as well as interfacial interactions, which are modulated by varying solvent and substrate surface chemistry. Microwire ensembles with vertical alignment over 97% within 10 degrees of normal, as measured by X-ray diffraction, are achieved over square cm scale areas and set into flexible polymer films. A force balance model has been developed as a predictive tool for magnetic alignment, incorporating magnetic torque and empirically derived surface adhesion parameters. As supported by these calculations, microwires are shown to detach from the surface and align vertically in the presence of magnetic fields on the order of 100 gauss. Microwires aligned in this manner are set into a polydimethylsiloxane film where they retain their vertical alignment after the field has been removed and can subsequently be used as a flexible solar absorber layer. Finally, these microwires arrays can be protected for use in electrochemical cells by the conformal deposition of a graphene layer.

Avaliação prospectiva longitudinal da qualidade de vida de adolescentes submetidos a tratamento ortodôntico

A literatura científica ainda não é consistente em relação aos benefícios psicossociais proporcionados pelo tratamento ortodôntico. Os objetivos deste estudo foram conhecer as alterações na qualidade de vida relacionada com a saúde bucal (OHRQoL) e com a autopercepção estética de adolescentes brasileiros de 12 a 15 anos de idade tratados ortodonticamente, durante dois anos de avaliação prospectiva longitudinal. A amostra foi constituída de 318 jovens: 92 que iniciaram tratamento ortodôntico em uma instituição de ensino (grupo orto), e 226 indivíduos não tratados: 124 que procuraram avaliação ortodôntica na mesma instituição e não receberam tratamento durante os dois anos em que foram acompanhados na pesquisa, pois estavam aguardando uma vaga na lista de espera para iniciar o tratamento (grupo de espera), e 102 que nunca buscaram tratamento ortodôntico e que estudam em uma escola vizinha à instituição (grupo escola). A qualidade de vida foi mensurada utilizando o OHIP-14. A necessidade normativa e estética de tratamento ortodôntico foi avaliada com o índice IOTN, o nível social com o Critério de Classificação Econômica Brasil e a saúde dental com o índice CPO-D. As avaliações foram repetidas em três momentos: no exame inicial (T1); um ano depois do início do tratamento ortodôntico, para o grupo orto, e um ano após o exame inicial, para os grupos de espera e escola (T2); e dois anos depois do início do tratamento para o grupo orto, e dois anos depois do exame inicial para os grupos de espera e escola (T3). O tratamento ortodôntico reduziu significativamente os escores de OHRQoL: as médias do escores tiveram uma redução de 10,4 para 9,2 e para 1,6 entre a primeira, segunda e terceira avaliações (p<0,001). A autopercepção estética se comportou de maneira similar, com uma redução progressiva e significativa (p<0,001) nos pacientes tratados, que também tiveram melhora significativa na gravidade da má oclusão (p<0,001). Porém, os indivíduos que removeram o aparelho tiveram OHRQoL e autopercepção estética significativamente melhores em relação aos pacientes que não finalizaram o tratamento no período de dois anos. Os adolescentes do grupo de espera tiveram significativa piora na OHRQoL, que sofreu um aumento de 10,8 para 12,0 da primeira para a terceira avaliações (p<0,001), o que também ocorreu na autoavaliação estética, que sofreu um aumento significativo (p<0,001). Por outro lado, os adolescentes do grupo escola não tiveram nenhuma alteração desses índices nos períodos de avaliação, apresentando uma tendência estacionária para OHRQoL (p=0,34) e para a autopercepção estética (p=0,09). A gravidade da má oclusão não foi alterada nos grupos não tratados durante os dois anos de avaliação e o CPO-D não teve alteração significativa para nenhum dos três grupos. Foi possível concluir que o tratamento ortodôntico melhorou significativamente a qualidade de vida relacionada com a saúde bucal e a autopercepção estética dos adolescentes brasileiros submetidos a tratamento.

Metodologia para conversão de veículos equipados com motores a combustão interna para tração elétrica: aplicação de motor síncrono de ímã permanente com fluxo magnético radial a um furgão, Brasil. 2009.

Questões climáticas, atmosféricas e de poluição ambiental têm tornado o uso final da energia assunto de interesse mundial. Sistemas com tração elétrica oferecem a oportunidade de redução de emissões. O mix de energia caracterizado pela matriz energética brasileira viabiliza o desenvolvimento desta tecnologia. É desenvolvida aqui uma metodologia para conversão de veículos equipados com motores a combustão interna para tração elétrica. A metodologia considera fatores como o peso e tamanho, o torque de partida, transmissão e potência, entre outros. Ferramentas matemáticas e a prática corrente fornecem a base para a elaboração deste trabalho, que descreve a análise de desempenho de veículos elétricos, os componentes utilizados, as equações mecânicas e os critérios para escolha do veículo ideal para conversão. É apresentada a execução de um projeto de conversão de uma Kombi para tração elétrica, cujo objetivo tem caráter educativo, buscando assim promover os benefícios da tecnologia veicular elétrica. Para viabilização do experimento, o trabalho conclui que é necessário ampliar a demanda por nacionalização de tecnologia, o que tornaria o projeto uma realidade comercialmente viável. Além disto, há necessidade de políticas públicas para o incentivo da tecnologia veicular elétrica no Brasil. Este trabalho apresenta uma contribuição para converter veículos para tração elétrica, visto que sistematiza as etapas de projeto, a partir das quais outros poderão seguir, utilizando componentes encontrados no mercado nacional.

Avaliação da estabilidade da cirurgia de avanço mandibular através da superposição de modelos tridimensionais

Embora a cirurgia de avanço mandibular seja considerada um procedimento altamente estável, existem algumas preocupações clínicas em relação a mudanças nos côndilos e nos segmentos proximais, que podem levar a recidiva sagital e abertura de mordida. A avaliação dos resultados da cirurgia através de ferramentas de geração e superposição de modelos virtuais tridimensionais (3D) permite a identificação e quantificação dos deslocamentos e remodelação óssea que podem ajudar a explicar as interações entre os componentes dentários, esqueléticos e de tecido mole que estão relacionados a resposta ao tratamento. Este estudo observacional prospectivo avaliou, através de tomografia computadorizada de feixe cônico (CBCT), mudanças na posição/remodelação 3D dos ramos mandibulares, côndilos e mento. Assim, exames CBCT de 27 pacientes foram adquiridos antes da cirurgia (T1), imediatamente após a cirurgia(T2), e 1 ano após a cirurgia(T3). Uma técnica automática de superposição na base do crânio foi utilizada para permitir a avaliação das mudanças ocorridas nas regiões anatômicas de interesse (RAI). Os deslocamentos foram visualizados e quantificados em mapas coloridos 3D através da ferramenta de linha de contorno (ISOLINE). Pelo teste t pareado compararam-se as mudanças entre T1-T2 e T2-T3. O coeficiente de correlação de Pearson verificou se os deslocamentos ocorridos nas RAI foram correlacionados entre si e entre os tempos de avaliação. O nível de significância foi determinado em 0,05. O avanço mandibular médio foi de 6,813,2mm em T2 e 6,363,41mm em T3 (p=0,13). Entre T2 e T3, a posição do mento variou positivamente (≥2mm) em 5 pacientes negativamente em 7. 12% dos pacientes sofreram recidivas ≥4mm. Para todas as outras RAI avaliadas, apenas a porção inferior dos ramos (lado direito - 2,342,35mm e lado esquerdo 2,972,71mm) sofreram deslocamentos médios >2mm com a cirurgia. No acompanhamento em longo prazo, esse deslocamento lateral da porção inferior dos ramos foi mantido (lado direito - 2,102,15mm, p=0,26; e lado esquerdo -2,762,80, p=0,46), bem como todos os outros deslocamentos observados (p>0,05). As mudanças na posição do mento foram correlacionadas a adaptações pós-cirúrgicas nos bordos posteriores dos ramos (esquerdo r=-0,73 e direito r=-0,68) e côndilos (esquerdo r=-0,53 e direito r=-0,46). Os deslocamentos médios sofridos pelas estruturas do lado esquerdo foram suavemente maiores do que no direito. Correlações dos deslocamentos ocorridos entre T1-T2 e T2-T3 mostraram que: os deslocamentos dos côndilos esquerdos com a cirurgia foram negativamente correlacionados às adaptações pós-cirúrgicas destes (r=-0,51); e que o deslocamento da porção superior do ramo esquerdo com a cirurgia foi correlacionado à adaptação pós-cirúrgica ocorrida nos bordos posteriores (r=0,39) e côndilos do mesmo lado (r=0,39). Pode-se concluir que: (1) os deslocamentos causados pela cirurgia foram de modo geral estáveis no acompanhamento de 1 ano, mas identificou-se uma considerável variação individual; (2) as mudanças pós-cirúrgicas na posição do mento foram correlacionadas a adaptações sofridas pelos côndilos e bordos posteriores dos ramos; e que (3) deslocamentos suavemente maiores causados pela cirurgia nas estruturas do lado esquerdo levaram a maiores adaptações pós-cirúrgicas no segmento proximal deste lado.

Avaliação tridimensional da via aérea superior de pacientes com apneia obstrutiva do sono que utilizaram aparelho de avanço mandibular

Os objetivos deste estudo foram avaliar o efeito do aparelho de avanço mandibular (Twin block - TB) no volume das vias aéreas superiores, por meio de tomografia computadorizada cone beam (CBCT); analisar, por meio da polissonografia, as mudanças no índice de apneia e hipopneia (IAH) e índice de apneia por hora de sono (IA), saturação de oxi-hemoglobina e eficiência do sono; e correlacionar o volume na CBCT e as polissonografias. Dezesseis pacientes portadores de apneia obstrutiva do sono, idade média de 47,06 anos, participaram deste estudo prospectivo, com acompanhamento médio de 7 meses. Foram feitas polissonografias iniciais (T1) e de acompanhamento (T2) com o TB em posição, e CBCT sem e com TB em posição. A segmentação e obtenção dos volumes das vias aéreas superiores foram realizadas e utilizados os testes t de Student pareado, de Wilcoxon e o índice de correlação de Spearman, com 5% de significância. Os resultados das polissonografias mostraram diferenças estatisticamente significativas entre T1 e T2 apenas para IAH (p<0,05). Houve aumento do volume da via aérea superior com TB quando comparado com o volume sem TB (p<0,05). Foi possível estabelecer-se correlação positiva entre volume da via aérea superior sem TB e IAH e IA em T1 (p<0,05), mas não houve correlação entre o volume da via aérea com TB e índices polissonográficos em T2. Pode-se concluir que, houve aumento de volume da via aérea superior com o TB e houve redução do IAH em T2 porém, sem correlação entre estes dados.

Avaliação da degradação de elásticos ortodônticos intraorais de látex

Avaliou-se a taxa de degradação de elásticos ortodônticos de látex de diferentes fabricantes e diâmetros em diversos intervalos de tempo. Grupos de 15 elásticos de força média dos fabricantes AmericanOrthodontics (Sheboygan, Wis, EUA), Tp (La Porte, IN, EUA), Morelli (Sorocaba, SP, Brasil) e Uniden (Sorocaba, SP, Brasil); de diâmetros 3/16, 1/4 e 5/16 foram analisados nos intervalos de 0,1,3,6,12 e 24 horas, totalizando-se 1080 espécimes. Os elásticos foram estirados individualmente à distância de 30mm, respeitando-se o intervalo de um minuto entre cada estiramento. Os materiais foram acondicionados imersos em água deionizada à 37C. Realizou-se leitura das forças na máquina de ensaios Emic DL 500 (Emic Co, Sao Paulo, Brasil) à velocidade de 30 mm/min, com uma célula de 2Kg (Emic Co, Sao Paulo, Brasil). A leitura de cada elástico consumiu aproximadamente um minuto. Teste Kruskal-wallis com correções por Dunns aferiu significância estatística dos resultados. Foram observadas diferenças entre os grupos analisados, exceto às marcas Morelli e Tp. Foram significativas as inferências das variáveis tempo e marca comercial. Em 0 hora, a relação entre as forças geradas foi Morelli>AO>Uniden>Tp para elásticos 3/16 (p=0,0016) e 1/4 (p=0,0016) e, de Morelli>AO>Tp>Uniden para elásticos 5/16 (p=0,0087). Após 24 horas, as porcentagens de degradação dos elásticos foram AO>Morelli>Uniden>Tp no diâmetro 3/16; AO>Tp>Morelli>Uniden no diâmetro 1/4 e Tp>AO>Uniden>Morelli para elásticos de diâmetro 5/16. O comportamento no intervalo de 0-24 horas demonstrou uma queda acentuada no período de 0-3 horas, um ligeiro aumento em 3-6 horas, seguido de uma queda progressiva no intervalo de 6-24 horas.

Toward Understanding Astrophysical Phenomena

Fast radio bursts (FRBs), a novel type of radio pulse, whose physics is not yet understood at all. Only a handful of FRBs had been detected when we started this project. Taking account of the scant observations, we put physical constraints on FRBs. We excluded proposals of a galactic origin for their extraordinarily high dispersion measures (DM), in particular stellar coronas and HII regions. Therefore our work supports an extragalactic origin for FRBs. We show that the resolved scattering tail of FRB 110220 is unlikely to be due to propagation through the intergalactic plasma. Instead the scattering is probably caused by the interstellar medium in the FRB's host galaxy, and indicates that this burst sits in the central region of that galaxy. Pulse durations of order $\ms$ constrain source sizes of FRBs implying enormous brightness temperatures and thus coherent emission. Electric fields near FRBs at cosmological distances would be so strong that they could accelerate free electrons from rest to relativistic energies in a single wave period. When we worked on FRBs, it was unclear whether they were genuine astronomical signals as distinct from `perytons', clearly terrestrial radio bursts, sharing some common properties with FRBs. Recently, in April 2015, astronomers discovered that perytons were emitted by microwave ovens. Radio chirps similar to FRBs were emitted when their doors opened while they were still heating. Evidence for the astronomical nature of FRBs has strengthened since our paper was published. Some bursts have been found to show linear and circular polarizations and Faraday rotation of the linear polarization has also been detected. I hope to resume working on FRBs in the near future. But after we completed our FRB paper, I decided to pause this project because of the lack of observational constraints.

The pulsar triple system, J0733+1715, has its orbital parameters fitted to high accuracy owing to the precise timing of the central $\ms$ pulsar. The two orbits are highly hierarchical, namely $P_{\mathrm{orb,1}}\ll P_{\mathrm{orb,2}}$, where 1 and 2 label the inner and outer white dwarf (WD) companions respectively. Moreover, their orbital planes almost coincide, providing a unique opportunity to study secular interaction associated purely with eccentricity beyond the solar system. Secular interaction only involves effect averaged over many orbits. Thus each companion can be represented by an elliptical wire with its mass distributed inversely proportional to its local orbital speed. Generally there exists a mutual torque, which vanishes only when their apsidal lines are parallel or anti-parallel. To maintain either mode, the eccentricity ratio, $e_1/e_2$, must be of the proper value, so that both apsidal lines precess together. For J0733+1715, $e_1\ll e_2$ for the parallel mode, while $e_1\gg e_2$ for the anti-parallel one. We show that the former precesses $\sim 10$ times slower than the latter. Currently the system is dominated by the parallel mode. Although only a little anti-parallel mode survives, both eccentricities especially $e_1$ oscillate on $\sim 10^3\yr$ timescale. Detectable changes would occur within $\sim 1\yr$. We demonstrate that the anti-parallel mode gets damped $\sim 10^4$ times faster than its parallel brother by any dissipative process diminishing $e_1$. If it is the tidal damping in the inner WD, we proceed to estimate its tidal quantity parameter ($Q$) to be $\sim 10^6$, which was poorly constrained by observations. However, tidal damping may also happen during the preceding low-mass X-ray binary (LMXB) phase or hydrogen thermal nuclear flashes. But, in both cases, the inner companion fills its Roche lobe and probably suffers mass/angular momentum loss, which might cause $e_1$ to grow rather than decay.

Several pairs of solar system satellites occupy mean motion resonances (MMRs). We divide these into two groups according to their proximity to exact resonance. Proximity is measured by the existence of a separatrix in phase space. MMRs between Io-Europa, Europa-Ganymede and Enceladus-Dione are too distant from exact resonance for a separatrix to appear. A separatrix is present only in the phase spaces of the Mimas-Tethys and Titan-Hyperion MMRs and their resonant arguments are the only ones to exhibit substantial librations. When a separatrix is present, tidal damping of eccentricity or inclination excites overstable librations that can lead to passage through resonance on the damping timescale. However, after investigation, we conclude that the librations in the Mimas-Tethys and Titan-Hyperion MMRs are fossils and do not result from overstability.

Rubble piles are common in the solar system. Monolithic elements touch their neighbors in small localized areas. Voids occupy a significant fraction of the volume. In a fluid-free environment, heat cannot conduct through voids; only radiation can transfer energy across them. We model the effective thermal conductivity of a rubble pile and show that it is proportional the square root of the pressure, $P$, for $P\leq \epsy^3\mu$ where $\epsy$ is the material's yield strain and $\mu$ its shear modulus. Our model provides an excellent fit to the depth dependence of the thermal conductivity in the top $140\,\mathrm{cm}$ of the lunar regolith. It also offers an explanation for the low thermal inertias of rocky asteroids and icy satellites. Lastly, we discuss how rubble piles slow down the cooling of small bodies such as asteroids.

Electromagnetic (EM) follow-up observations of gravitational wave (GW) events will help shed light on the nature of the sources, and more can be learned if the EM follow-ups can start as soon as the GW event becomes observable. In this paper, we propose a computationally efficient time-domain algorithm capable of detecting gravitational waves (GWs) from coalescing binaries of compact objects with nearly zero time delay. In case when the signal is strong enough, our algorithm also has the flexibility to trigger EM observation {\it before} the merger. The key to the efficiency of our algorithm arises from the use of chains of so-called Infinite Impulse Response (IIR) filters, which filter time-series data recursively. Computational cost is further reduced by a template interpolation technique that requires filtering to be done only for a much coarser template bank than otherwise required to sufficiently recover optimal signal-to-noise ratio. Towards future detectors with sensitivity extending to lower frequencies, our algorithm's computational cost is shown to increase rather insignificantly compared to the conventional time-domain correlation method. Moreover, at latencies of less than hundreds to thousands of seconds, this method is expected to be computationally more efficient than the straightforward frequency-domain method.

Efeito de um primer autocondicionante na resistência ao cisalhamento de bráquetes com compósito pré-incorporado

O uso de primers autocondicionantes e de bráquetes com compósito pré-incorporado tem sido apresentado como uma alternativa para a redução de passos clínicos. O propósito deste estudo foi avaliar o efeito de um primer autocondicionante (Transbond Plus Self-Etching Primer - SEP) na resistência ao cisalhamento de bráquetes com compósito pré-incorporado colados in vivo. A amostra consistiu de 92 dentes obtidos de 23 pacientes com indicação prévia de extração de 4 pré-molares. Os dentes foram divididos em 4 grupos, sendo os bráquetes colados pelo mesmo operador, alternando os quadrantes em cada paciente: Grupo 1 (controle) - Ácido fosfórico à 37% + primer (Transbond XT Primer) + compósito (Transbond XT Adhesive Paste) + bráquete convencional; Grupo 2 - Ácido fosfórico à 37% + primer + bráquete com compósito pré-incorporado; Grupo 3 SEP + compósito + bráquete convencional; Grupo 4 - SEP + bráquete com compósito pré-incorporado. Após 30 dias os pré-molares foram extraídos, sendo submetidos ao teste de resistência ao cisalhamento através da uma Máquina de Ensaios Universal, com velocidade de 0,5mm/min. Os dados obtidos pelos grupos foram analisados com 2-way ANOVA (p<0,05). As forças médias e desvios padrão obtidos foram os seguintes: Grupo 1 = 11,35 (2,36) MPa; Grupo 2 = 9,77 (2,49) MPa; Grupo 3 = 10,89 (2,60) MPa; e Grupo 4 = 10,16 (2,75) MPa. Não foi observada diferença significativa entre o uso do SEP e o de condicionador e primer tradicionais (p = 0,948). De qualquer modo, diferenças significativas na força de adesão foram observadas quando utilizados bráquetes com compósito pré-incorporado (p = 0,032). Pode ser concluído que a combinação do primer autocondicionante com o bráquete com compósito pré-incorporado apresentou valores de força de adesão adequados, sendo promissora para uso clínico.

Estudo aleatório e controlado do uso clínico de um primer autocondicionante na colagem de bráquetes ortodônticos

O uso de primers autocondicionantes tem sido proposto como uma alternativa para a redução de passos clínicos. O objetivo deste estudo clínico aleatório e controlado foi avaliar a performance de um sistema autocondicionante (Transbond Plus Self-Etching Primer, 3M Unitek - SEP) comparado a um sistema multipasso convencional (Transbond XT, 3M Unitek - TBXT) de colagem ortodôntica, durante um período de 12 meses. Vinte e oito pacientes participaram deste estudo, sendo estes alocados aos grupos SEP ou TBXT de forma aleatória, através de randomização em bloco. Um total de 548 bráquetes metálicos (Micro-Arch, prescrição Alexander, GAC International, Bohemia, NY) foram colados com uso da pasta adesiva Transbond XT (3M Unitek), sendo todos os produtos manuseados de acordo com as recomendações dos fabricantes. Foram totalizados 276 bráquetes no grupo controle e 272 no segundo. Curvas de sobrevivência Kaplan-Meier e o teste log-rank (p<0,05) foram utilizados para comparar o percentual de falhas adesivas para as duas técnicas. Ao final do período foram verificadas trinta e duas falhas adesivas (bráquetes descolados), sendo 19 (6,98%) falhas quando utilizado o primer autocondicionante (SEP) e 13 (4,71%) quando usado o primer convencional (TBXT). Não houve diferença significante entre a sobrevivência dos bráquetes entre os dois grupos avaliados (log-rank test, p=0,311). Quando a influência de gênero do paciente, arco dentário e tipo dentário (anterior ou posterior) foram analisados, somente o tipo dentário foi achado significante. Bráquetes de dentes posteriores apresentaram uma maior probabilidade de falha adesiva que os colados em dentes anteriores (p=0,013) Os autores concluem que o primer autocondicionante pode ser utilizado para colagem direta de bráquetes ortodônticos sem que sua sobrevivência clínica seja afetada.

Morfologia dentofacial e características oclusais dos índios Arara: revisitando o papel da hereditariedade e da dieta na etiologia da má oclusão

A influência da dieta e da hereditariedade nas características dentofaciais foi avaliada através do exame de duas populações indígenas amazônicas divididas por um processo de fissão linear. Os indígenas que constituem a aldeia Arara-Iriri são descendentes de um único casal expulso da aldeia Arara-Laranjal. O crescimento da aldeia Iriri ocorreu pelo acasalamento de parentes próximos, ratificado por um alto coeficiente de consanguinidade (F=0,25, p<0,001). A epidemiologia da má oclusão e das características da face foi analisada nos indivíduos entre dois e 22 anos, das aldeias Iriri (n=46) e Laranjal (n=130). A biometria da dentição e da face foi obtida em 55 indígenas em dentição permanente sem perdas dentárias, através da fotogrametria facial e dos modelos de gesso. O desgaste dentário foi examinado em 126 indivíduos através da análise de regressão múltipla. Os resultados revelaram uma determinação significativa da idade no desgaste dos dentes (R2=87,6, p<0,0001), que se mostrou semelhante entre as aldeias (R2=0,027, p=0,0935). Por outro lado, diferenças marcantes foram observadas nas características dentofaciais. Revelou-se uma face mais vertical (dolicofacial) entre os índios Iriri e o predomínio do tipo braquifacial nos indígenas da aldeia original, corroborado pela fotogrametria. Uma face sagitalmente normal foi observada em 97,7% da aldeia Laranjal, enquanto faces convexas (26,1%, RR-16,96) e côncavas (15,2%, RR=19,78) eram mais prevalentes na aldeia Iriri (p<0,001). A biprotrusão, com consequente redução do ângulo nasolabial, era uma característica comum entre os Arara, porém com maior prevalência no grupo Iriri (RP=1,52, p=0,0002). A prevalência da má oclusão foi significativamente mais alta na aldeia Iriri (RP= 1,75, p=0,0007). A maioria da população da aldeia original (83,8%) apresentou uma relação normal entre os arcos dentários, contudo, na aldeia resultante (Iriri), 34,6% dos indivíduos era Classe III (RP=6,01, p<0,001) e 21,7% era Classe II (RP=2,02, p=0,05). Enquanto nenhum caso de apinhamento e de sobremordida foi observado na aldeia Iriri, a razão da prevalência era 2,64 vezes maior para a mordida aberta anterior (p=0,003), 2,83 vezes (p<0,001) para a mordida cruzada anterior, 3,93 (p=0,03) para a sobressaliência aumentada, e de 4,71 (p=0,02) para a mordida cruzada posterior. Observou-se uma alta prevalência das perdas dentárias, sem diferença entre as aldeias (RP=1,46, p=0,11). O exame dos modelos revelou uma tendência de incisivos maiores e pré-molares e caninos menores na aldeia Iriri, delineando uma semelhança na massa dentária total entre as aldeias, que, aliada a arcadas dentárias maiores, justificaram o menor índice de irregularidade dos incisivos entre esses indígenas. Esses resultados minimizam a influência do desgaste dentário, uma evidência direta de como um indivíduo se alimentou no passado, no desenvolvimento dentofacial e enfatizam o predomínio da hereditariedade, através da endogamia, na etiologia da variação anormal da oclusão dentária e da morfologia da face.

On the transport properties of fluid-particle flow

The hydrodynamic forces acting on a solid particle in a viscous, incompressible fluid medium at low Reynolds number flow is investigated mathematically as a prerequisite to the understanding of transport processes in two-phase flow involving solid particles and fluid. Viscous interaction between a small number of spherical particles and continuous solid boundaries as well as fluid interface are analyzed under a “point-force” approximation. Non-spherical and elastic spherical particles in a simple shear flow area are then considered. Non-steady motion of a spherical particle is briefly touched upon to illustrate the transient effect of particle motion.

A macroscopic continuum description of particle-fluid flow is formulated in terms of spatial averages yielding a set of particle continuum and bulk fluid equations. Phenomenological formulas describing the transport processes in a fluid medium are extended to cases where the volume concentration of solid particles is sufficiently high to exert an important influence. Hydrodynamic forces acting on a spherical solid particle in such a system, e.g. drag, torque, rotational coupling force, and viscous collision force between streams of different sized particles moving relative to each other are obtained. Phenomenological constants, such as the shear viscosity coefficient, and the diffusion coefficient of the bulk fluid, are found as a function of the material properties of the constituents of the two-phase system and the volume concentration of solid. For transient heat conduction phenomena, it is found that the introduction of a complex conductivity for the bulk fluid permits a simple mathematical description of this otherwise complicated process. The rate of heat transfer between particle continuum and bulk fluid is also investigated by means of an Oseen-type approximation to the energy equation.

Avaliação dos níveis de metaloproteinases da matriz no fluido gengival durante a movimentação dentária ortodôntica

Durante o tratamento ortodôntico, a resposta inicial dos tecidos periodontais ao estímulo mecânico envolve várias alterações estruturais e bioquímicas que permitem a movimentação do dente. As metaloproteinases da matriz (MMPs) parecem desempenhar um papel importante na manutenção da integridade funcional da matriz extracelular periodontal. O objetivo do presente estudo foi avaliar, em diferentes intervalos de tempo, os níveis de metaloproteinases da matriz -1, -2, -3, -7, -8, -12 e -13 no fluido gengival (FG) de caninos superiores submetidos ao movimento de distalização e testar a hipótese de possíveis alterações nos níveis destas MMPs com o emprego de forças ortodônticas. Amostras de FG foram obtidas de dezesseis pacientes ortodônticos saudáveis (nove do sexo masculino e sete do sexo feminino, com idades entre 13 e 27 anos, média de idade 17,7 anos) que possuíam indicação de exodontias dos primeiros pré-molares superiores e tiveram os caninos distalizados como parte da terapia ortodôntica. Um dos caninos superiores foi distalizado ortodonticamente, sendo considerado dente teste. O canino contralateral não foi submetido a nenhuma força, no entanto foi incluído na aparatologia ortodôntica e utilizado como controle. A coleta de FG foi realizada nos sítios mesial (tensão) e distal (pressão) dos dentes testes e controles 7 dias antes da montagem da aparatologia ortodôntica, imediatamennte após a aplicação da força ortodôntica, e após 1 h, 24 h, e 7, 14 e 21 dias, respectivamente denominados -7d, 0h, 1h, 24h, 7d, 14d e 21d. A arcada superior de cada paciente foi dividida em um lado teste e um lado controle. Os resultados mostraram que foram encontradas diferenças significativas no volume do FG apenas nos intervalos de tempo entre -7d e 0h nos lados controle-pressão (CP), teste-tensão (TT) e teste-pressão (TP). Em TP foi observado ainda aumento do volume entre os tempos 0h e 14d. Foi possível detectar no FG as MMPs estudadas nos lados controle/teste e lados pressão/tensão, em todos os intervalos de tempo. As flutuações dos níveis das MMPs apresentaram poucas alterações significativas nos diferentes intervalos de tempo, nos lados controle/teste e lados pressão/ tensão. As diferenças intergrupos (TT, TP, CT e CP) em cada tempo não mostraram resultados significativos assim como as comparações entre os lados pressão e tensão para cada tempo individualmente. Os níveis de expressão da MMP-8 foram muito superiores aos das outras MMPs avaliadas, porém sem diferenças signficativas entre os lados teste e controle.