Fractional Dynamics and Control of Distributed Parameter Systems

Fractional Calculus (FC) goes back to the beginning of the theory of differential calculus. Nevertheless, the application of FC just emerged in the last two decades, due to the progress in the area of chaos that revealed subtle relationships with the FC concepts. In the field of dynamical systems theory some work has been carried out but the proposed models and algorithms are still in a preliminary stage of establishment. Having these ideas in mind, the paper discusses a FC perspective in the study of the dynamics and control of some distributed parameter systems.

Reconstrução de Superfícies usando um Scanner 3D de Luz Estruturada

Ao longo dos últimos anos, os scanners 3D têm tido uma utilização crescente nas mais variadas áreas. Desde a Medicina à Arqueologia, passando pelos vários tipos de indústria, ´e possível identificar aplicações destes sistemas. Essa crescente utilização deve-se, entre vários factores, ao aumento dos recursos computacionais, à simplicidade e `a diversidade das técnicas existentes, e `as vantagens dos scanners 3D comparativamente com outros sistemas. Estas vantagens são evidentes em áreas como a Medicina Forense, onde a fotografia, tradicionalmente utilizada para documentar objectos e provas, reduz a informação adquirida a duas dimensões. Apesar das vantagens associadas aos scanners 3D, um factor negativo é o preço elevado. No âmbito deste trabalho pretendeu-se desenvolver um scanner 3D de luz estruturada económico e eficaz, e um conjunto de algoritmos para o controlo do scanner, para a reconstrução de superfícies de estruturas analisadas, e para a validação dos resultados obtidos. O scanner 3D implementado ´e constituído por uma câmara e por um projector de vídeo ”off-the-shelf”, e por uma plataforma rotativa desenvolvida neste trabalho. A função da plataforma rotativa consiste em automatizar o scanner de modo a diminuir a interação dos utilizadores. Os algoritmos foram desenvolvidos recorrendo a pacotes de software open-source e a ferramentas gratuitas. O scanner 3D foi utilizado para adquirir informação 3D de um crânio, e o algoritmo para reconstrução de superfícies permitiu obter superfícies virtuais do crânio. Através do algoritmo de validação, as superfícies obtidas foram comparadas com uma superfície do mesmo crânio, obtida por tomografia computorizada (TC). O algoritmo de validação forneceu um mapa de distâncias entre regiões correspondentes nas duas superfícies, que permitiu quantificar a qualidade das superfícies obtidas. Com base no trabalho desenvolvido e nos resultados obtidos, é possível afirmar que foi criada uma base funcional para o varrimento de superfícies 3D de estruturas, apta para desenvolvimento futuro, mostrando que é possível obter alternativas aos métodos comerciais usando poucos recursos financeiros.

Aquisição e Processamento de Imagens de Microscopia em Balística Forense

As novas tecnologias aplicadas ao processamento de imagem e reconhecimento de padrões têm sido alvo de um grande progresso nas últimas décadas. A sua aplicação é transversal a diversas áreas da ciência, nomeadamente a área da balística forense. O estudo de evidências (invólucros e projeteis) encontradas numa cena de crime, recorrendo a técnicas de processamento e análise de imagem, é pertinente pelo facto de, aquando do disparo, as armas de fogo imprimirem marcas únicas nos invólucros e projéteis deflagrados, permitindo relacionar evidências deflagradas pela mesma arma. A comparação manual de evidências encontradas numa cena de crime com evidências presentes numa base de dados, em termos de parâmetros visuais, constitui uma abordagem demorada. No âmbito deste trabalho pretendeu-se desenvolver técnicas automáticas de processamento e análise de imagens de evidências, obtidas através do microscópio ótico de comparação, tendo por base algoritmos computacionais. Estes foram desenvolvidos com recurso a pacotes de bibliotecas e a ferramentas open-source. Para a aquisição das imagens de evidências balísticas foram definidas quatro modalidades de aquisição: modalidade Planar, Multifocus, Microscan e Multiscan. As imagens obtidas foram aplicados algoritmos de processamento especialmente desenvolvidos para o efeito. A aplicação dos algoritmos de processamento permite a segmentação de imagem, a extração de características e o alinhamento de imagem. Este último tem como finalidade correlacionar as evidências e obter um valor quantitativo (métrica), indicando o quão similar essas evidências são. Com base no trabalho desenvolvido e nos resultados obtidos, foram definidos protocolos de aquisição de imagens de microscopia, que possibilitam a aquisição de imagens das regiões passiveis de serem estudadas, assim como algoritmos que permitem automatizar o posterior processo de alinhamento de imagens de evidências, constituindo uma vantagem em relação ao processo de comparação manual.

Genetic variability of Triatoma flavida and Triatoma bruneri (Hemiptera: Reduviidae) by RAPD-PCR technique

The Triatominae (Hemiptera:Reduviidae) contains the principal and potential Chagas disease vectors present in Mexico, Central America and South America. Triatoma flavida and T. bruneri are Cuban species. These species are closely related according to morphology and were considered synonyms until 1981, when they were separated on the grounds of external characters of the body and the morphology of male genitalia. The present study seeks to analyze genetic polymorphism of T. flavida and T. bruneri populations using RAPD techniques, and to assess the genetic relationship between these species. Ten random primers were used to evaluate the genetic variability among species using RAPD-PCR. The genetic flow among them was calculated. The dendrogram based on calculated Jaccard distances showed two clearly distinguishable clusters which coincided with the studied species. Within each species, moderate genetic differentiation (Fst 0.05-0.15) and migration rates (N > 1) were found among populations, that reveal gene flow and genetic homogeneity. Between species, the Fst value showed a high genetic differentiation and the migration rate was insufficient to maintain genetic homogeneity, and confirmed the absence of gene flow between them. Our results confirm the genetic variability among T. flavida and T. bruneri species.

Descoberta de Conhecimento em Dádivas de Sangue

Atualmente, são geradas enormes quantidades de dados que, na maior parte das vezes, não são devidamente analisados. Como tal, existe um fosso cada vez mais significativo entre os dados existentes e a quantidade de dados que é realmente analisada. Esta situação verifica-se com grande frequência na área da saúde. De forma a combater este problema foram criadas técnicas que permitem efetuar uma análise de grandes massas de dados, retirando padrões e conhecimento intrínseco dos dados. A área da saúde é um exemplo de uma área que cria enormes quantidades de dados diariamente, mas que na maior parte das vezes não é retirado conhecimento proveitoso dos mesmos. Este novo conhecimento poderia ajudar os profissionais de saúde a obter resposta para vários problemas. Esta dissertação pretende apresentar todo o processo de descoberta de conhecimento: análise dos dados, preparação dos dados, escolha dos atributos e dos algoritmos, aplicação de técnicas de mineração de dados (classificação, segmentação e regras de associação), escolha dos algoritmos (C5.0, CHAID, Kohonen, TwoSteps, K-means, Apriori) e avaliação dos modelos criados. O projeto baseia-se na metodologia CRISP-DM e foi desenvolvido com a ferramenta Clementine 12.0. O principal intuito deste projeto é retirar padrões e perfis de dadores que possam vir a contrair determinadas doenças (anemia, doenças renais, hepatite, entre outras) ou quais as doenças ou valores anormais de componentes sanguíneos que podem ser comuns entre os dadores.

Probabilistic constraint reasoning

Dissertação apresentada para obtenção do Grau de Doutor em Engenharia Informática, pela Universidade Nova de Lisboa, Faculdade de Ciências e Tecnologia

Reference-free high-speed cmos pipeline analog-to-digital converters

Submitted in partial fulfillment of the requirements for the degree of Doctor of Philosophy in Electrical and Computer Engineering of the Faculdade de Ciências e Tecnologia of Universidade Nova de Lisboa

Numerical methods and tangible interfaces for pollutant dispersion simulation

Dissertação apresentada para obtenção do Grau de Doutor em Engenharia do Ambiente, pela Universidade Nova de Lisboa, Faculdade de Ciências e Tecnologia

Synthesis, characterization and applications of new schiff base fluorescent chemosensors for metal and DNA interactions: conventional and "green" approaches

Dissertação apresentada para a obtenção do Grau de Doutor em Química Sustentável, especialidade de Química-Física Inorgânica, pela Universidade Nova de Lisboa, Faculdade de Ciências e Tecnologia

Dispositivos médicos para diagnóstico in vitro : impacto operacional, clínico e económico da sua utilização em instituições de saúde

RESUMO - Introdução: Os dispositivos médicos para diagnóstico in vitro (DMDIV) são testes de diagnóstico rápido que podem ser realizados em diversos contextos, seja na enfermaria, no departamento de urgência, no bloco operatório, no consultório médico, centros de enfermagem, farmácias, lares de terceira idade ou até na própria residência, uma vez que a sua utilização não requer formação especializada em técnicas de laboratório. Os DMDIV têm inúmeras finalidades: triagem de utentes, diagnóstico de situações agudas, monitorização de fármacos ou acompanhamento de doenças crónicas. Objectivos: conhecer as potenciais implicações operacionais, clínicas e económicas da implementação generalizada de DMDIV em instituições de saúde da região de Lisboa e Vale do Tejo, bem como conhecer o nível de utilização e opinião sobre DMDIV de médicos e enfermeiros da região de saúde de Lisboa e Vale do Tejo. Metodologia: foi realizado um estudo observacional, analítico e transversal. Como instrumento de recolha de dados, foi aplicado um questionário a uma amostra de conveniência constituída por médicos e enfermeiros a exercer funções em instituições hospitalares públicas e privadas e em instituições de cuidados de saúde primários da região de saúde de Lisboa e Vale do Tejo. Conclusão: a utilização de DMDIV permite diminuir o tempo de resposta do resultado analítico, o que se traduz numa maior rapidez do diagnóstico e numa intervenção clínica mais célere, com impacto ao nível da redução do número de admissões desnecessárias, do tempo de internamento e do número de consultas médicas, com a consequente redução do consumo de recursos hospitalares. Na região de saúde de Lisboa e Vale do Tejo, um número significativo de instituições de saúde disponibiliza este tipo de equipamentos portáteis que, de uma forma geral, têm uma boa aceitação por parte dos profissionais de saúde.

Trypanosoma cruzi in marsupial didelphids (Philander frenata and Didelhis marsupialis): differences in the humoral immune response in natural and experimental infections

Philander frenata and Didelphis marsupialis harbor parasitism by Trypanosoma cruzi without developing any apparent disease and on the contrary to D. marsupialis, P. frenata maintains parasitism by T. cruzi II subpopulations. Here we compared the humoral immune response of the two didelphids naturally and experimentally infected with T. cruzi II group, employing SDS-PAGE/Western blot techniques and by an Indirect immunofluorescence assay. We also studied the histopathological pattern of naturally and experimentally infected P. frenata with T. cruzi. P. frenata sera recognized more antigens than D. marsupialis, and the recognition pattern did not show any change over the course of the follow up of both didelphid species. Polypeptides of 66 and 90kDa were the most prominent antigens recognized by both species in the soluble and enriched membrane fractions. P. frenata recognized intensely also a 45kDa antigen. Our findings indicate that: 1) there were no quantitative or qualitative differences in the patent or subpatent phases in the recognition pattern of P. frenata; 2) the significant differences in the recognition pattern of parasitic antigens by P. frenata and D. marsupialis sera suggest that they probably "learned" to live in harmony with T. cruzi by different strategies; 3) although P. frenata do not display apparent disease, tissular lesions tended to be more severe than has been described in D. marsupialis; and 4) Both didelphids probably acquired infection by T. cruzi after their evolutionary divergence.

Lime mortars with heat treated clays and ceramic waste: A review

The formulation and use of lime mortars with ceramic particles has, in the past, been a very common technique. Knowledge of such used techniques and materials is fundamental for the successful rehabilitation and conservation of the built heritage. The durability that these mortars have shown encourages the study of the involved mechanisms, so that they may be adapted to the current reality. The considerable amount of waste from old ceramics factories which is sent for disposal might present an opportunity for the production of reliable improved lime mortars. In this paper a number of studies that characterize old building mortars containing ceramic fragments are reviewed. The most important research undertaken on laboratory prepared mortars with several heat treated clays types is presented, specifically with incorporated ceramic waste. Some studies on the pozzolanicity of heat treated clays are examined and the heating temperatures that seem most likely to achieve pozzolanicity are presented. It was verified that some heating temperatures currently used by ceramic industries might correspond to the temperatures that will achieve pozzolanicity.

Study of the electromyographic signal dynamic behavior in Amyotrophic Lateral Sclerosis (ALS)

Amyotrophic Lateral Sclerosis (ALS) is a neurodegenerative disease characterized by motor neurons degeneration, which reduces muscular force, being very difficult to diagnose. Mathematical methods are used in order to analyze the surface electromiographic signal’s dynamic behavior (Fractal Dimension (FD) and Multiscale Entropy (MSE)), evaluate different muscle group’s synchronization (Coherence and Phase Locking Factor (PLF)) and to evaluate the signal’s complexity (Lempel-Ziv (LZ) techniques and Detrended Fluctuation Analysis (DFA)). Surface electromiographic signal acquisitions were performed in upper limb muscles, being the analysis executed for instants of contraction for ipsilateral acquisitions for patients and control groups. Results from LZ, DFA and MSE analysis present capability to distinguish between the patient group and the control group, whereas coherence, PLF and FD algorithms present results very similar for both groups. LZ, DFA and MSE algorithms appear then to be a good measure of corticospinal pathways integrity. A classification algorithm was applied to the results in combination with extracted features from the surface electromiographic signal, with an accuracy percentage higher than 70% for 118 combinations for at least one classifier. The classification results demonstrate capability to distinguish members between patients and control groups. These results can demonstrate a major importance in the disease diagnose, once surface electromyography (sEMG) may be used as an auxiliary diagnose method.

Improving Learners’ Motivation through Feedback in English Language Teaching and Learning at Polytechnic School in Benguela, Angola

Currently, it is widely perceived among the English as a Foreign Language (EFL) teaching professionals, that motivation is a central factor for success in language learning. This work aims to examine and raise teachers’ awareness about the role of assessment and feedback in the process of language teaching and learning at polytechnic school in Benguela to develop and/or enhance their students’ motivation for learning. Hence the paper defines and discusses the key terms and, the techniques and strategies for an effective feedback provision in the context under study. It also collects data through the use of interview and questionnaire methods, and suggests the assessment and feedback types to be implemented at polytechnic school in Benguela

Analysis and visualization of energy use for university campus

The reduction of greenhouse gas emissions is one of the big global challenges for the next decades due to its severe impact on the atmosphere that leads to a change in the climate and other environmental factors. One of the main sources of greenhouse gas is energy consumption, therefore a number of initiatives and calls for awareness and sustainability in energy use are issued among different types of institutional and organizations. The European Council adopted in 2007 energy and climate change objectives for 20% improvement until 2020. All European countries are required to use energy with more efficiency. Several steps could be conducted for energy reduction: understanding the buildings behavior through time, revealing the factors that influence the consumption, applying the right measurement for reduction and sustainability, visualizing the hidden connection between our daily habits impacts on the natural world and promoting to more sustainable life. Researchers have suggested that feedback visualization can effectively encourage conservation with energy reduction rate of 18%. Furthermore, researchers have contributed to the identification process of a set of factors which are very likely to influence consumption. Such as occupancy level, occupants behavior, environmental conditions, building thermal envelope, climate zones, etc. Nowadays, the amount of energy consumption at the university campuses are huge and it needs great effort to meet the reduction requested by European Council as well as the cost reduction. Thus, the present study was performed on the university buildings as a use case to: a. Investigate the most dynamic influence factors on energy consumption in campus; b. Implement prediction model for electricity consumption using different techniques, such as the traditional regression way and the alternative machine learning techniques; and c. Assist energy management by providing a real time energy feedback and visualization in campus for more awareness and better decision making. This methodology is implemented to the use case of University Jaume I (UJI), located in Castellon, Spain.