Learning with tangible interfaces

Trabalho apresentado no âmbito do Mestrado em Engenharia Informática, como requisito parcial para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Informática

Sistema didáctico de baixo custo com FPGA de alta densidade

O uso das Field-Programmable Gate Array tem crescido de forma exponencial. Com isto dito, é importante que os engenheiros electrotécnicos estejam familiarizados com este tipo de tecnologia. Foi com o intuído de passar estas valências para os alunos do ISEP, que surgiu a ideia de criar um sistema didáctico, que permitisse ao alunos aprender a trabalhar com estes dispositivos. O seguinte trabalho iniciou-se com base num estudo das características destes dispositivos e das suas potencialidades, seguido de uma avaliação do que o mercado tem para oferecer. Posteriormente, com base em toda a informação reunida, foi definida a arquitectura do sistema, que levou selecção de dispositivos a incluir no mesmo, e culminando na concepção do esquema eléctrico do sistema e da placa de circuito impresso correspondente ao protótipo do mesmo. As principais directivas para este projecto foram o uso de uma FPGA de alta densidade e a concepção da ferramenta com o custo de projecto o mais reduzido possível.

Ferramenta de estudo para alunos de medicina na especialidade de dermatologia

A vulgarização do uso de dispositivos móveis promoveu a proliferação de aplicações dos mais diversos âmbitos para estes dispositivos não sendo a área clínica uma excepção. Tanto a nível profissional, como a nível de ensino, as tecnologias móveis foram já há muito adoptadas nesta área para as mais diversas finalidades. O trabalho aqui apresentado pretende essencialmente provar a real importância desempenhada pelo mobile learning no contexto da aprendizagem clínica. Mais do que implementar um simples recurso educativo, pretendeu-se conceber um sistema integrado que respondesse a todas as necessidades do aluno quer durante o estudo nas suas diversas fases e locais, como também no próprio serviço hospitalar onde se encontre a desempenhar funções como interno da especialidade. Após uma exaustiva análise das aplicações móveis relevantes da área médica, verificou-se a inexistência de uma ferramenta integradora de vários módulos de aprendizagem com um custo comportável para a maioria dos alunos. Desta forma, idealizou-se uma aplicação capaz de superar esta lacuna que será detalhada ao longo desta tese. Para o desenvolvimento deste trabalho contou-se com a preciosa colaboração dos possíveis utilizadores finais desta ferramenta uma vez que a escolha dos módulos a integrar foi essencialmente baseada nas suas opiniões. Ainda no âmbito desta tese, encontra-se a avaliação do protótipo por parte dos alunos. Esta avaliação pretende validar a efectiva importância de uma ferramenta desta natureza para um aluno de medicina assim como o impacto que o protótipo teve na sua opinião acerca do conceito de mobile learning na aprendizagem clínica. Com vista a uma futura implementação de um recurso educativo deste âmbito, foram também recolhidos os pontos negativos e positivos mais relevantes para o aluno. Em suma, este trabalho valida a importância do papel que as aplicações de aprendizagem para dispositivos móveis podem desempenhar para um aluno de medicina tanto nos seus locais de estudo, como no serviço onde se possa encontrar.

Marx-Type solid-state bipolar modulator topologies: Performance comparison

The operation of generalized Marx-type solid-state bipolar modulators is discussed and compared with simplified Marx-derived circuits, to evaluate their capability to deal with various load conditions. A comparative analysis on the number of switches per cell, fiber optic trigger count, losses, and switch hold-off voltages has been made. A circuit topology is obtained as a compromise in terms of operating performance, trigger simplicity, and switching losses. A five-stage laboratory prototype of this circuit has been assembled using 1200 V insulated gate bipolar transistors (IGBTs) and diodes, operating with 1000 V dc input voltage and 1 kHz frequency, giving 5 kV bipolar pulses, with 2.5 mu s pulse width and 5 mu s relaxation time into resistive, capacitive, and inductive loads.

Modeling of a solid-state bipolar blumlein generator for N stages

This paper models an n-stage stacked Blumlein generator for bipolar pulses for various load conditions. Calculation of the voltage amplitudes in time domain at the load and between stages is described for an n-stage generator. For this, the reflection and transmission coefficients are mathematically modeled where impedance discontinuity occurs (i.e., at the junctions between two transmission lines). The mathematical model developed is assessed by comparing simulation results to experimental data from a two-stage Blumlein solid-state prototype.

Delamination analysis of carbon fibre reinforced laminates: evaluation of a special step drill

Drilling of carbon fibre/epoxy laminates is usually carried out using standard drills. However, it is necessary to adapt the processes and/or tooling as the risk of delamination, or other damages, is high. These problems can affect mechanical properties of produced parts, therefore, lower reliability. In this paper, four different drills – three commercial and a special step (prototype) – are compared in terms of thrust force during drilling and delamination. In order to evaluate damage, enhanced radiography is applied. The resulting images were then computational processed using a previously developed image processing and analysis platform. Results show that the prototype drill had encouraging results in terms of maximum thrust force and delamination reduction. Furthermore, it is possible to state that a correct choice of drill geometry, particularly the use of a pilot hole, a conservative cutting speed – 53 m/min – and a low feed rate – 0.025 mm/rev – can help to prevent delamination.

Plataforma de negociação de componentes multimédia

O objectivo da tese é demonstrar a adequação do paradigma dos mercados electrónicos baseados em agentes para transaccionar objectos multimédia em função do perfil dos espectadores. Esta dissertação descreve o projecto realizado no âmbito da plataforma de personalização de conteúdos em construção. O domínio de aplicação adoptado foi a personalização dos intervalos publicitários difundidos pelos distribuidores de conteúdos multimédia, i.e., pretende-se gerar em tempo útil o alinhamento de anúncios publicitários que melhor se adeqúe ao perfil de um espectador ou de um grupo de espectadores. O projecto focou-se no estudo e selecção das tecnologias de suporte, na concepção da arquitectura e no desenvolvimento de um protótipo que permitisse realizar diversas experiências nomeadamente com diferentes estratégias e tipos de mercado. A arquitectura proposta para a plataforma consiste num sistema multiagente organizado em três camadas que disponibiliza interfaces do tipo serviço Web com o exterior. A camada de topo é constituída por agentes de interface com o exterior. Na camada intermédia encontram-se os agentes autónomos que modelam as entidades produtoras e consumidoras de componentes multimédia assim como a entidade reguladora do mercado. Estes agentes registam-se num serviço de registo próprio onde especificam os componentes multimédia que pretendem negociar. Na camada inferior realiza-se o mercado que é constituído por agentes delegados dos agentes da camada superior. O lançamento do mercado é efectuado através de uma interface e consiste na escolha do tipo de mercado e no tipo de itens a negociar. Este projecto centrou-se na realização da camada do mercado e da parte da camada intermédia de apoio às actividades de negociação no mercado. A negociação é efectuada em relação ao preço da transmissão do anúncio no intervalo em preenchimento. Foram implementados diferentes perfis de negociação com tácticas, incrementos e limites de variação de preço distintos. Em termos de protocolos de negociação, adoptou-se uma variante do Iterated Contract Net – o Fixed Iterated Contract Net. O protótipo resultante foi testado e depurado com sucesso.

Real time manufacturing systems simulator

A área da simulação computacional teve um rápido crescimento desde o seu apareciment, sendo actualmente uma das ciências de gestão e de investigação operacional mais utilizadas. O seu princípio baseia-se na replicação da operação de processos ou sistemas ao longo de períodos de tempo, tornando-se assim uma metodologia indispensável para a resolução de variados problemas do mundo real, independentemente da sua complexidade. Das inúmeras áreas de aplicação, nos mais diversos campos, a que mais se destaca é a utilização em sistemas de produção, onde o leque de aplicações disponível é muito vasto. A sua aplicação tem vindo a ser utilizada para solucionar problemas em sistemas de produção, uma vez que permite às empresas ajustar e planear de uma maneira rápida, eficaz e ponderada as suas operações e os seus sistemas, permitindo assim uma rápida adaptação das mesmas às constantes mudanças das necessidades da economia global. As aplicações e packages de simulação têm seguindo as tendências tecnológicas pelo que é notório o recurso a tecnologias orientadas a objectos para o desenvolvimento das mesmas. Este estudo baseou-se, numa primeira fase, na recolha de informação de suporte aos conceitos de modelação e simulação, bem como a respectiva aplicação a sistemas de produção em tempo real. Posteriormente centralizou-se no desenvolvimento de um protótipo de uma aplicação de simulação de ambientes de fabrico em tempo real. O desenvolvimento desta ferramenta teve em vista eventuais fins pedagógicos e uma utilização a nível académico, sendo esta capaz de simular um modelo de um sistema de produção, estando também dotada de animação. Sem deixar de parte a possibilidade de integração de outros módulos ou, até mesmo, em outras plataformas, houve ainda a preocupação acrescida de que a sua implementação recorresse a metodologias de desenvolvimento orientadas a objectos.

Interface caligráfica de escrita no ar

Na atualidade, está a emergir um novo paradigma de interação, designado por Natural User Interface (NUI) para reconhecimento de gestos produzidos com o corpo do utilizador. O dispositivo de interação Microsoft Kinect foi inicialmente concebido para controlo de videojogos, para a consola Xbox360. Este dispositivo demonstra ser uma aposta viável para explorar outras áreas, como a do apoio ao processo de ensino e de aprendizagem para crianças do ensino básico. O protótipo desenvolvido visa definir um modo de interação baseado no desenho de letras no ar, e realizar a interpretação dos símbolos desenhados, usando os reconhecedores de padrões Kernel Discriminant Analysis (KDA), Support Vector Machines (SVM) e $N. O desenvolvimento deste projeto baseou-se no estudo dos diferentes dispositivos NUI disponíveis no mercado, bibliotecas de desenvolvimento NUI para este tipo de dispositivos e algoritmos de reconhecimento de padrões. Com base nos dois elementos iniciais, foi possível obter uma visão mais concreta de qual o hardware e software disponíveis indicados à persecução do objetivo pretendido. O reconhecimento de padrões constitui um tema bastante extenso e complexo, de modo que foi necessária a seleção de um conjunto limitado deste tipo de algoritmos, realizando os respetivos testes por forma a determinar qual o que melhor se adequava ao objetivo pretendido. Aplicando as mesmas condições aos três algoritmos de reconhecimento de padrões permitiu avaliar as suas capacidades e determinar o $N como o que apresentou maior eficácia no reconhecimento. Por último, tentou-se averiguar a viabilidade do protótipo desenvolvido, tendo sido testado num universo de elementos de duas faixas etárias para determinar a capacidade de adaptação e aprendizagem destes dois grupos. Neste estudo, constatou-se um melhor desempenho inicial ao modo de interação do grupo de idade mais avançada. Contudo, o grupo mais jovem foi revelando uma evolutiva capacidade de adaptação a este modo de interação melhorando progressivamente os resultados.

Transformador diferencial de variação linear: condicionamento de sinal e desmodulação síncrona

Dissertação para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Eletrotécnica Ramo de Automação e eletrónica Industrial

Modulador ressonante em ponte assimétrica para alvo do ISOLDE - CERN

Trabalho Final de Mestrado para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Electrotécnica Ramo de Automação e Electrónica Industrial

Desenvolvimento de recursos educativos em dispositivos móveis - RealHiBook

Nos últimos anos têm existido bastantes pesquisas e um grande investimento quer na área da educação à distância quer ao nível das tecnologias móveis. A dada altura percebeu-se que cada vez mais poderiam ser utilizados dispositivos móveis no contexto da educação e de que estes já seriam capazes de responder às exigências necessárias para que fosse possível criar ou melhorar cenários com recursos educativos. Este trabalho tem como objetivo propor um modelo que facilite a aprendizagem em dispositivos móveis. Nesse sentido, decidiu-se que seria uma mais-valia adicionar a este projeto, a utilização da Realidade Aumentada como potenciador de melhorias no processo de aprendizagem. A Realidade Aumentada, a par do que acontece com a educação à distância e com as tecnologias móveis, é uma área alvo de constantes investigações e inovação. Apresenta como principal capacidade a interação do utilizador com vários modelos virtuais incluídos numa cena real. Esta capacidade proporciona experiências que podem contribuir para o aumento da motivação e da perceção por parte dos alunos. A forma como o utilizador interage com as aplicações móveis é vista com extrema importância, principalmente na área da educação. Aliar uma boa interação à utilização da Realidade Aumentada, é parte integrante deste trabalho. Foram estudados exemplos de interações e formas como o utilizador vive a experiência durante a utilização de aplicações que partilham o mesmo tipo de tecnologias utilizadas neste projeto. O objetivo final foca-se na criação de uma aplicação, capaz de fornecer uma experiência enriquecedora no âmbito do ensino, ligado ao tema história e que consiga fundamentar a criação de um modelo que facilite a aprendizagem utilizando plataformas móveis. Os objetivos são corroborados por um conjunto de testes efetuados à aplicação e pelos resultados obtidos através de um questionário feito a um grupo de pessoas que testaram o protótipo.

A evolução de um modelo BIM de construção para gestão de empreendimentos

A implementação da evolução tecnológica no setor da construção tem se caracterizado pelo aparecimento de novas tecnologias que dinamizam os processos de troca de informação entre os vários intervenientes no ciclo de vida do empreendimento. O surgimento da tecnologia Building Information Modeling - BIM assente na modelação paramétrica e na interoperabilidade suportada em ficheiros de padrão aberto (IFC) pressupõem um novo paradigma na forma como são tratados os processos de troca de informação entre os vários intervenientes no ciclo de vida dos empreendimentos. Com base no BIM o Construction Operations Building Information Exchange – COBie, é outra tecnologia recente que recolhe informações não geométricas associadas ao modelo e em conjunto com a informação geométrica produzida pelo BIM fazem parte dos documentos de entrega para a fase Facility Management – FM. O objetivo da presente dissertação centrou-se no estudo da evolução de um modelo BIM de construção para a gestão de empreendimento. Foi desenvolvido o estudo de um modelo protótipo que incidiu na utilização de softwares para verificação e aplicação das tecnologias COBie e BIM e também foi sincronizado com a fase FM. Da aplicação dos requisitos COBie e modelação BIM foram extraídas informações geométricas e não geométricas preenchidas nas folhas de trabalho COBie. As principais conclusões do estudo realizado foram que as tecnologias COBie e BIM têm pouca implantação a nível nacional e a sua integração dinamiza os processos, reduzindo custos e aumentando a qualidade da informação fornecida.

Uso de Interfaces Cérebro-computador na comunicação de pessoas com Síndrome de Encarceramento

Os avanços nas Interfaces Cérebro-máquina, resultantes dos avanços no tratamento de sinal e da inteligência artificial, estão a permitir-nos aceder à atividade cerebral, descodificá-la, e usála para comandar dispositivos, sejam eles braços artificiais ou computadores. Isto é muito mais importante quando os utilizadores são pessoas que perderam a capacidade de comunicar, embora mantenham as suas capacidades cognitivas intactas. O caso mais extremo desta situação é o das pessoas afetadas pela Síndrome de Encarceramento. Este trabalho pretende contribuir para a melhoria da qualidade de vida das pessoas afetadas por esta síndrome, disponibilizando-lhes um meio de comunicação adaptado às suas limitações. É essencialmente um estudo de usabilidade aplicada a um tipo de utilizador extremamente diminuído na sua capacidade de interação. Nesta investigação começamos por compreender a Síndrome de Encarceramento e as limitações e capacidades das pessoas afetadas por ela. Abordamos a neuroplasticidade, o que é, e em que medida é importante para a utilização das Interfaces Cérebro-máquina. Analisamos o funcionamento destas interfaces, e os fundamentos científicos que o suportam. Finalmente, com todo este conhecimento em mãos, investigamos e desenvolvemos métodos que nos permitissem otimizar as limitadas capacidades do utilizador na sua interação com o sistema, minimizando o esforço e maximizando o desempenho. Foi para o efeito desenhado e implementado um protótipo que nos permitisse validar as soluções encontradas.

Projeto, desenvolvimento e implementação de um robô nadador de inspiração biológica

A elaboração deste trabalho surge no âmbito da unidade curricular de Tese/Dissertação, pertencente ao Mestrado em Engenharia Eletrotécnica e Computadores, ramo de Automação e Sistemas, do Instituto Superior de Engenharia do Porto (ISEP). Este trabalho enquadra-se no âmbito da robótica de inspiração biológica no meio aquático. Pretendeu-se com este trabalho desenvolver e implementar um robô nadador de inspiração biológica. Inicialmente foi realizado um estudo acerca da locomoção dos peixes, para perceber a sua forma de se movimentar. Foi ainda efetuado um estudo acerca dos robôs nadadores existentes, de forma a verificar a sua constituição e formas de locomoção. Numa fase inicial foi desenvolvido um protótipo e, de seguida, procedeu-se à implementação do robô de uma forma sequencial. Implementou-se a estrutura do robô, com o objetivo de se assemelhar o mais possível com um peixe biológico. Foram utilizados servomotores para a locomoção do robô. Para que o robô possua a capacidade de se movimentar numa determinada direção recorreu-se à utilização de uma bússola digital. Posteriormente introduziu-se um emissor/recetor de radiofrequência (RF) para ligar/desligar o robô. Numa fase final procederam-se aos testes da locomoção do robô. Nos ensaios realizados verificou-se que o robô conseguiu nadar com estabilidade e com sentido de direção.