Micropatterned nanocomposite hydrogels for biosensing applications

This paper describes the use of Au nanoparticle (NP)-containing hydrogel microstructures in the development of electrochemical enzyme-based biosensors. To fabricate biosensors, AuNPs were conjugated with glucose oxidase (GOX) or horseradish peroxidase (HRP) molecules and were dispersed in the prepolymer solution of poly(ethylene glycol) diacrylate (PEG-DA). Vinylferrocene (VF) was also added into the prepolymer solution in order to lower operating potential of the biosensor and to prevent oxidation of interfering substances. The prepolymer solution was photolithographically patterned in alignment with an array of Au electrodes fabricated on glass. As a result, electrode arrays became functionalized with AuNP/GOX- or AuNP/HRP-carrying hydrogel microstructures. Performance of the biosensors was characterized by impedance spectroscopy, chronoapmerometry and cyclic voltammetry. Impedance measurements revealed that inclusion of Au nanoparticles improved conductivity of PEG hydrogel by a factor of 5. Importantly, biosensors based on AuNP-GOX complex exhibited high sensitivity to glucose (100μAmM -1cm -2) in the linear range from 0.1 to 10mM. The detection limit was estimated to be 3.7×10- 7M at a signal-to-noise ratio of 3. Biosensors with immobilized AuNP/HPR had a linear response from 0.5 to 5.0μM of hydrogen peroxide with sensitivity of 1.4mAmM -1cm -2. The method for fabricating nanoparticle-carrying hydrogel microstructures described in this paper should be widely applicable in the development of robust and sensitive electrochemical biosensors. © 2011 WILEY-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim.

Wavelets in a problem of signal processing

In this work a new method is proposed for noise reduction in speech signals in the wavelet domain. The method for signal processing makes use of a transfer function, obtained as a polynomial combination of three processings, denominated operators. The proposed method has the objective of overcoming the deficiencies of the thresholding methods and the effective processing of speech corrupted by real noises. Using the method, two speech signals are processed, contaminated by white noise and colored noises. To verify the quality of the processed signals, two evaluation measures are used: signal to noise ratio (SNR) and perceptual evaluation of speech quality (PESQ).

Development and validation of an environmentally friendly attenuated total reflectance in the mid-infrared region method for the determination of ethanol content in used engine lubrication oil

Lubricating oils are crucial in the operation of automotive engines because they both reduce friction between moving parts and protect against corrosion. However, the performance of lubricant oil may be affected by contaminants, such as gasoline, diesel, ethanol, water and ethylene glycol. Although there are many standard methods and studies related to the quantification of contaminants in lubricant oil, such as gasoline and diesel oil, to the best of our knowledge, no methods have been reported for the quantification of ethanol in used Otto cycle engine lubrication oils. Therefore, this work aimed at the development and validation of a routine method based on partial least-squares multivariate analysis combined with attenuated total reflectance in the mid-infrared region to quantify ethanol content in used lubrication oil. The method was validated based on its figures of merit (using the net analyte signal) as follows: limit of detection (0.049%), limit of quantification (0.16%), accuracy (root mean square error of prediction=0.089% w/w), repeatability (0.05% w/w), fit (R 2 =0.9997), mean selectivity (0.047), sensitivity (0.011), inverse analytical sensitivity (0.016% w/w-1) and signal-to-noise ratio (max: 812.4 and min: 200.9). The results show that the proposed method can be routinely implemented for the quality control of lubricant oils. © 2013 Elsevier B.V. All rights reserved.

Avaliação e implementação de métodos de estimação de tempo de atraso de sinais de ultra-som

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Aplicação de modelos de agentes e redes complexas na caracterização e estudo da interação entre insetos sociais, com enfoque em formigas

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Desenvolvimento de método analítico para determinação do teor de etanol em óleo lubrificante usado proveniente de motores ciclo Otto

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Projeto de experimentos em rodas ferroviárias fundidas em aço, com o uso da técnica de Taguchi

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Um método para classificação de imagens de satélite usando Transformada Cosseno Discreta com detecção e remoção de nuvens e sombras

Apresenta-se nesta dissertação a proposta de um algoritmo supervisionado de classificação de imagens de sensoreamento remoto, composto de três etapas: remoção ou suavização de nuvens, segmentação e classificação.O método de remoção de nuvens usa filtragem homomórfica para tratar as obstruções causadas pela presença de nuvens suaves e o método Inpainting para remover ou suavizar a preseça de sombras e nuvens densas. Para as etapas de segmentação e classificação é proposto um método baseado na energia AC dos coeficientes da Transformada Cosseno Discreta (DCT). O modo de classificação adotado é do tipo supervisionado. Para avaliar o algioritmo foi usado um banco de 14 imagens captadas por vários sensores, das quais 12 possuem algum tipo de obstrução. Para avaliar a etapa de remoção ou suavização de nuvens e sombras são usados a razão sinal-ruído de pico (PSNR) e o coeficiente Kappa. Nessa fase, vários filtros passa-altas foram comparados para a escolha do mais eficiente. A segmentação das imagens é avaliada pelo método da coincidência entre bordas (EBC) e a classificação é avaliada pela medida da entropia relativa e do erro médio quadrático (MSE). Tão importante quanto as métricas, as imagens resultantes são apresentadas de forma a permitir a avaliação subjetiva por comparação visual. Os resultados mostram a eficiência do algoritmo proposto, principalmente quando comparado ao software Spring, distribuído pelo Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE).

Arcabouço para aprovisionamento de QoS e QoE em redes sem fio heterogêneas WiMAX/Wi-Fi com garantia de equidade entre vazões

Recentemente a sociedade está vivendo em meio a um aglomerado de dispositivos móveis com múltiplas interfaces sem fio que permitem que clientes móveis domésticos e corporativos solucionem problemas rotineiros no menor espaço de tempo e em diversas localizações. Por outro lado, a disponibilidade de diversas tecnologias de acesso sem fio como: Wi-Fi (Wireless Fidelity), WiMAX (Worldwide Interoperability for Microwave Access) e LTE (Long Term Evolution), proporcionam um cenário heterogêneo com diversas oportunidades de conectividade para o usuário de dispositivos com múltiplas interfaces. Alguns dos desafios atuais no contexto da concepção da então denominada NGN (Next Generation Networks) são o desenvolvimento de arcabouços e mecanismos que viabilizem tanto o suporte adequado à Qualidade de Serviço (QoS – Quality of Service) e à Qualidade de Experiência (QoE – Quality of Experience) para aplicações multimídia, quanto a garantia de equidade entre vazões de diferentes aplicações em ambiente heterogêneo. Esta dissertação propõe um arcabouço para o aprovisionamento de QoS e QoE em redes sem fio heterogêneas formada por redes WiMAX e Wi-Fi. Especificamente, nossa solução provê mapeamento estático de QoS entre as classes de serviços WiMAX e categorias de acesso Wi-Fi. Além disso, nossa proposta também combina funcionalidades de equidade entre vazões com a solução de mapeamento, a fim de alcançar um bom compromisso tanto para o operador da rede, quanto para o usuário, através de uma nova metodologia de coleta e calculo de vazão agregada e algoritmo de decisão de handover vertical. A avaliação quantitativa da proposta foi realizada através de modelos de simulação no ns-2 (Network Simulator). Os resultados de desempenho demonstram a eficiência da arquitetura em termos de métricas de QoS (vazão, vazão média e atraso) e QoE (PSRN - Peak Signal to Noise Ratio, SSIM - Structural Similarity Index e VQM - Video Quality Metric).

Um modelo cross layer para predição de parâmetros de desempenho em redes sem fio baseados em OFDM

Esta dissertação tem como objetivo o desenvolvimento de um modelo matemático capaz de ajustar dados obtidos através de campanhas de medição por meio de um protótipo de um cenário da tecnologia WiMAX. As campanhas de medição foram feitas na Universidade Federal do Pará. Foram utilizadas antenas WiMAX, sendo uma como servidor, localizada em cima do prédio do Laboratório de Planejamento de Redes de Alto Desempenho (LPRAD), e a outra, receptora, que ficou em cima de um móvel para que os pontos fossem coletados. O método de ajuste utilizado foi o dos Mínimos Quadrados Lineares. Por meio dos dados coletados, aplica-se o método e estuda seu comportamento, verificando o quanto a otimização foi eficiente nos casos apresentados. A utilização da tecnologia em questão como acesso à Internet em alguns programas como o NAVEGAPARÁ, a busca de melhoramentos ou criação de modelos de propagação e a análise cross-layer das métricas utilizadas no trabalho, como a influência da relação sinal-ruído na perda de quadros, são fatores motivadores para a pesquisa desta dissertação.

Parâmetros vocais acústicos de sujeitos do sexo masculino antes, durante e após o processo de muda vocal

A voz e a habilidade vocal são diferentes em cada indivíduo e em cada fase da vida. Devido aos escassos estudos sobre a qualidade vocal de meninos e adolescentes durante a puberdade, o presente estudo teve como objetivo quantificar os seguintes parâmetros da análise acústica da voz: frequência fundamental, jitter, shimmer, relação harmônico-ruído e intensidade. Para entender como se dá a variação da voz com o desenvolvimento de meninos e adolescentes, esses parâmetros foram correlacionados entre si e também com o grau do desenvolvimento puberal de sujeitos do sexo masculino. Métodos: Foram sujeitos desse estudo 110 indivíduos do sexo masculino, com idade entre 11 e 20 anos, estudantes de três escolas estaduais de Macapá, onde foi feita a coleta dos dados. Os sujeitos foram divididos em 4 grupos, 32 sujeitos com idade entre 11 e 12 anos compuseram o Grupo I, 29 sujeitos com idade entre 13 e 15 anos o Grupo II, o Grupo III foi composto por 30 sujeitos com idade entre 16 e 18 anos, e o Grupo IV por sujeitos com idade entre 19 e 20 anos. Todos os sujeitos foram submetidos à gravação da voz diretamente no computador com auxilio de microfone unidirecional. Solicitou-se emissão sustentada da vogal /é/ e fala encadeada: contagem de 1 a 10 e leitura de um parágrafo pré-estabelecido. Em seguida os sujeitos foram avaliados por um médico clínico geral para caracterização do desenvolvimento puberal de acordo com os estágios descritos por Tanner. A análise vocal foi realizada com o programa acústico Voz Metria®. Resultados: Os sujeitos apresentaram F₀ média durante a vogal sustentada de 223,28 Hz, 249,86 Hz, 122,63 Hz e 127,61 Hz para os Grupos I, II, III e IV respectivamente. A F₀ durante a fala encadeada foi de 217,09 Hz, 246,18 Hz, 117,27 Hz e 123,42 para os Grupos I, II, III e IV respectivamente. Shimmer apresentou valores aumentados nos quatro grupos. Jitter, intensidade e a relação harmônico-ruído mantiveram-se dentro dos padrões de normalidade estabelecidos pelo programa acústico utilizado. Quanto ao desenvolvimento puberal, a maioria dos sujeitos está em G3 (n=38; 34,5%) e G4 (n=42; 38,2%) e P3 (n=34; 31%) e P4 (n=36; 32,7%). O grau de desenvolvimento puberal está correlacionado com aF₀ durante a fala encadeada (p<0,001) e com a F₀ durante a emissão da vogal sustentada (p<0,001) e essa correlação foi estatisticamente significante entre G2 e G5, e G3 e G5. Conclusão: Até os 15 anos os parâmetros vocais acústicos são típicos da voz infantil. Dos 16 aos 20 anos há decréscimo significativo da F₀, porém a voz ainda está em processo de estabilização, com valores aumentados de shimmer. F₀ é o único parâmetro correlacionado com o grau de desenvolvimento puberal. A finalização do processo de muda vocal se apresentou, na população estudada, como um evento tardio em relação ao desenvolvimento puberal.

Empilhamento pelo método superfície de reflexão comum 2-D com topografia e introdução ao caso 3-D

O método de empilhamento sísmico CRS simula seções sísmicas ZO a partir de dados de cobertura múltipla, independente do macro-modelo de velocidades. Para meios 2-D, a função tempo de trânsito de empilhamento depende de três parâmetros, a saber: do ângulo de emergência do raio de reflexão normal (em relação à normal da superfície) e das curvaturas das frentes de onda relacionadas às ondas hipotéticas, denominadas NIP e Normal. O empilhamento CRS consiste na soma das amplitudes dos traços sísmicos em dados de múltipla cobertura, ao longo da superfície definida pela função tempo de trânsito do empilhamento CRS, que melhor se ajusta aos dados. O resultado do empilhamento CRS é assinalado a pontos de uma malha pré-definida na seção ZO. Como resultado tem-se a simulação de uma seção sísmica ZO. Isto significa que para cada ponto da seção ZO deve-se estimar o trio de parâmetros ótimos que produz a máxima coerência entre os eventos de reflexão sísmica. Nesta Tese apresenta-se fórmulas para o método CRS 2-D e para a velocidade NMO, que consideram a topografia da superfície de medição. O algoritmo é baseado na estratégia de otimização dos parâmetros de fórmula CRS através de um processo em três etapas: 1) Busca dos parâmetros, o ângulo de emergência e a curvatura da onda NIP, aplicando uma otimização global, 2) busca de um parâmetro, a curvatura da onda N, aplicando uma otimização global, e 3) busca de três parâmetros aplicando uma otimização local para refinar os parâmetros estimados nas etapas anteriores. Na primeira e segunda etapas é usado o algoritmo Simulated Annealing (SA) e na terceira etapa é usado o algoritmo Variable Metric (VM). Para o caso de uma superfície de medição com variações topográficas suaves, foi considerada a curvatura desta superfície no algoritmo do método de empilhamento CRS 2-D, com aplicação a dados sintéticos. O resultado foi uma seção ZO simulada, de alta qualidade ao ser comparada com a seção ZO obtida por modelamento direto, com uma alta razão sinal-ruído, além da estimativa do trio de parâmetros da função tempo de trânsito. Foi realizada uma nálise de sensibilidade para a nova função de tempo de trânsito CRS em relação à curvatura da superfície de medição. Os resultados demonstraram que a função tempo de trânsito CRS é mais sensível nos pontos-médios afastados do ponto central e para grandes afastamentos. As expressões da velocidade NMO apresentadas foram aplicadas para estimar as velocidades e as profundidades dos refletores para um modelo 2-D com topografia suave. Para a inversão destas velocidades e profundidades dos refletores, foi considerado o algoritmo de inversão tipo Dix. A velocidade NMO para uma superfície de medição curva, permite estimar muito melhor estas velocidades e profundidades dos refletores, que as velocidades NMO referidas as superfícies planas. Também apresenta-se uma abordagem do empilhamento CRS no caso 3-D. neste caso a função tempo de trânsito depende de oito parâmetros. São abordadas cinco estratégias de busca destes parâmetros. A combinação de duas destas estratégias (estratégias das três aproximações dos tempos de trânsito e a estratégia das configurações e curvaturas arbitrárias) foi aplicada exitosamente no empilhamento CRS 3-D de dados sintéticos e reais.

Aplicação de análise de séries temporais em perfis de poço

Esta tese descreve a aplicação de análise de séries temporais em perfis de poço. Através desta técnica é possível avaliar-se a repetição e a resolução vertical de perfis, e determinar-se o intervalo de amostragem e a velocidade de perfilagem ideais para diferentes perfis. A comparação entre três poços é também feita, baseada num mesmo tipo de perfil. Para tanto, na seqüência utilizada, procurou-se manter num mesmo domínio os dados cuja quantidade total de amostras (N) por perfil não ultrapassou 2048. Desses dados, foram inicialmente retirados o valor médio das amostras e o alinhamento polinomial algébrico eventualmente nelas embutido. Em seguida, foi efetuada a aplicação do ponderador cossenoidal, do filtro passa-alta, da janela Hanning, do cálculo da função coerência, do espectro de fase, da razão sinal-ruído e dos espectros de potência do sinal e do ruído, nesta ordem. Para a função coerência, fez-se necessário o cálculo dos níveis de confiança de 50%, 90% e 95%. O cálculo do primeiro nível teve por base a necessidade de se determinar a resolução vertical de alguns perfis, e dos demais, a fim de que fosse obtida uma informação referente à localização daqueles níveis para a coerência calculada. Em relação ao espectro de fase, seu cálculo surgiu da necessidade de se obter uma informação adicional a respeito dos perfis manipulados, ou seja, o conhecimento da ocorrência ou não de deslocamento relativo de profundidade entre a seção principal e a seção repetida. A razão sinal-ruído foi calculada no sentido de possibilitar a comparação, como elemento avaliador dos diversos tipos de perfis, com a coerência e o cálculo dos espectros de potência. Os espectros de potência do sinal e do ruído foram calculados para se ter mais um parâmetro de avaliação da seção repetida, já que em tese, os espectros de potência do sinal e do ruído da seção repetida devem ser iguais aos respectivos espectros da seção principal. Os dados utilizados na aplicação da metodologia proposta foram fornecidos pela PETROBRÁS e oriundos de quatro poços da Bacia Potiguar emersa. Por questões de sigilo empresarial, os poços foram identificados como poços A, B, C e D. A avaliação da repetição entre diferentes tipos de perfis indica que, para o poço A, o perfil micro-esférico (MSFL) tem repetição melhor do que o perfil de porosidade neutrônica (CNL), o qual tem, por sua vez, repetição melhor do que o perfil de raios gama normal (GR). Para os perfis do poço D, uma diminuição da velocidade de perfilagem de 550 m/h para 275 m/h é vantajosa apenas para o perfil de porosidade neutrônica. Já a velocidade de perfilagem de 920 m/h, utilizada, na obtenção dos perfis do poço C, é totalmente inadequada para os perfis de resistividade (MSFL, ILD e ILM). A diminuição do intervalo de amostragem de 0,20 m para 0,0508 m, nos perfis de raios gama e de porosidade neutrônica, e 0,0254 m para o perfil de densidade, apresenta bons resultados quando aplicada no poço D. O cálculo da resolução vertical indica, para o perfil de porosidade neutrônica, uma superioridade qualitativa em relação ao perfil de raios gama normal, ambos pertencentes ao poço A. Para o poço C, o perfil micro-esférico apresenta uma resolução vertical na mesma ordem de grandeza da resolução do perfil de raios gama do poço B, o que evidencia ainda mais a inconveniência da velocidade de perfilagem utilizada no poço C. Já para o poço D, o cálculo da resolução vertical indica uma superioridade qualitativa do perfil de densidade de alta resolução em relação ao perfil de raios gama de alta resolução. A comparação entre os poços A, B e D, levada a efeito através dos respectivos perfis de porosidade neutrônica normais, comprova que a presença de ruído aleatório, em geral, está diretamente ligada à porosidade da formação - uma maior porosidade indica uma presença maior de ruído e, por conseguinte, uma queda qualitativa no perfil obtido. A análise do espectro de fase de cada perfil indica um deslocamento em profundidade, existente entre as seções principal e repetida de todos os perfis do poço C. E isto pôde ser confirmado com a posterior superposição das seções.

Modelagem paramétrica linear aplicada à faixa de sinal de televisão digital para cidades densamente arborizadas

Este trabalho apresenta uma modelagem paramétrica (auto-regressiva) linear aplicável a estudos de propagação de televisão digital e telefonia celular para cidades densamente arborizadas. A modelagem proposta apresenta um forte embasamento estatístico e depende apenas de dados provenientes de medição, no caso dados relativos a potência recebida e o valor de PSNR (Peak Signal-to-Noise Ratio). Um algoritmo genético é utilizado no cálculo dos parâmetros de ajuste do modelo a um conjunto de dados. O trabalho foi realizado na faixa de televisão digital e foram analisadas duas variáveis: a potência recebida do sinal e o valor de PSNR. Foram executadas campanhas de medição na cidade de Belém. Nestas medições foram coletados dados de potência e gravados vídeos da programação diária de uma emissora de televisão. Os resultados podem ser aplicados no planejamento de serviços de telecomunicações.

Estudo comparativo entre estereotomografia e da tomografia da onda NIP: aplicação em dados sintéticos e reais

A determinação de um acurado modelo de velocidades é um requisito fundamental para a realização do imageamento sísmico. Métodos novos como a Estereotomografia préempilhamento e a Tomografia da onda NIP são ferramentas poderosas e bastante sugestivas para este propósito. Basicamente, a Estereotomografia pré-empilhamento se baseia no conceito de eventos localmente coerentes interpretados como reflexões primárias e associados com pares de segmentos de raios, que tem um mesmo ponto de reflexão em profundidade. Na Tomografia da onda NIP um evento sísmico é representado por uma onda hipotética NIP, que está relacionada a um ponto de reflexão em profundidade. Os atributos da onda NIP são determinados no decorrer do Empilhamento de Superfície de Reflexão Comum (empilhamento CRS). Este trabalho tem como objetivo, fazer um estudo comparativo de ambos os métodos de determinação do modelo de velocidades em profundidade. Assim, é realizada uma revisão dos fundamentos teóricos de ambos os métodos tomográficos, destacando as principais diferenças e aplicando estas aproximações em um dado sintético e um dado real marinho (linha sísmica 214-2660 da Bacia do Jequitinhonha). Para avaliar os modelos de velocidades encontrados pelas aproximações, foi utilizada a migração pré-empilhamento em profundidade do tipo Kirchhoff e também as famílias de imagem comum (CIG). Os resultados mostraram que ambos os métodos tomográficos fornecem modelos de velocidades representativos. Contudo, constatou-se que a estereotomografia tem melhor desempenho em meios com variações laterais de velocidades, porém, aplicável somente em dados pré-empilhados com alta razão sinal/ruído.