Selective data gathering in community sensor networks

Smartphones and other powerful sensor-equipped consumer devices make it possible to sense the physical world at an unprecedented scale. Nearly 2 million Android and iOS devices are activated every day, each carrying numerous sensors and a high-speed internet connection. Whereas traditional sensor networks have typically deployed a fixed number of devices to sense a particular phenomena, community networks can grow as additional participants choose to install apps and join the network. In principle, this allows networks of thousands or millions of sensors to be created quickly and at low cost. However, making reliable inferences about the world using so many community sensors involves several challenges, including scalability, data quality, mobility, and user privacy.

This thesis focuses on how learning at both the sensor- and network-level can provide scalable techniques for data collection and event detection. First, this thesis considers the abstract problem of distributed algorithms for data collection, and proposes a distributed, online approach to selecting which set of sensors should be queried. In addition to providing theoretical guarantees for submodular objective functions, the approach is also compatible with local rules or heuristics for detecting and transmitting potentially valuable observations. Next, the thesis presents a decentralized algorithm for spatial event detection, and describes its use detecting strong earthquakes within the Caltech Community Seismic Network. Despite the fact that strong earthquakes are rare and complex events, and that community sensors can be very noisy, our decentralized anomaly detection approach obtains theoretical guarantees for event detection performance while simultaneously limiting the rate of false alarms.

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.

椭圆芯双模光纤干涉模斑中心间距的研究

通过弱波导近似的方法，讨论了椭圆芯双模光纤中沿光纤长轴的基模模斑半径Wx和短轴的基模模斑半径Wy尺寸，分析了它们的比值随入射光波长λ及纤芯半长轴与半短轴的比值a/b的变化规律。 针对基模LP01和第一高阶模LP11间的相位差变化，计算了双模干涉模斑的分布结构。计算结果表明，当基模LP01和第一高阶模LP11间的相位差为π/2时，两瓣干涉模斑有相同的结构特征。同时，两瓣模斑的中心间距S随Wx/Wy的的增加而变大。而且，当入射波长在0.65 μm和 1.31 μm之间变化时，结合两瓣模斑的中心间距S随Wx/Wy的变化规律，首次给出了S的计算公式。这对于实际应用如传感器和光纤耦合器件设计是很重要的。

Desarrollo de software para la realización de ensayos dinámicos de mecanismos de cinemática paralela

[ES]El presente Trabajo de Fin de Grado tiene como objetivo contribuir al desarrollo de un proyecto de investigación mediante la programación y control del movimiento de mecanismos de cinemática paralela para la realización de ensayos dinámicos. Dicho proyecto está enmarcado dentro de una línea de investigación del grupo de investigación CompMech de la UPV-­‐EHU que gira en torno al desarrollo y estudio de este tipo de mecanismos. Esto es; este trabajo, más allá de la utilidad que pudiera tener por sí mismo, está pensado para formar parte de un proyecto de mayor envergadura, para cuyo éxito será imprescindible la colaboración con otros investigadores y la integración de este trabajo con los realizados por ellos. Consiste en la creación de un software para el control y movimiento de mecanismos, generando vibraciones para la realización de ensayos dinámicos. Para ello, se programarán sobre la plataforma LabVIEW la interfaz de usuario y el motor de cálculo. Una vez se compruebe que el programa funciona correctamente, se integrará dentro de un programa principal, un control articular que será el encargado de comunicarse con la máquina. Posteriormente, se procederá a la realización de ensayos experimentales sobre los propios robots, en taller. Se tomarán medidas mediante acelerómetros y otros dispositivos, determinando las medidas más adecuadas para su correcta validación. Finalmente, se generalizará el trabajo realizado para posibilitar su empleo futuro en diferentes mecanismos

Ferromagnetic Resonance Force Microscopy

A new approach to magnetic resonance was introduced in 1992 based upon detection of spin-induced forces by J. Sidles [1]. This technique, now called magnetic resonance force microscopy (MRFM), was first demonstrated that same year via electron paramagnetic resonance (EPR) by D. Rugar et al. [2]. This new method combines principles of magnetic resonance with those of scanned probe technology to detect spin resonance through mechanical, rather than inductive, means. In this thesis the development and use of ferromagnetic resonance force microscopy (FMRFM) is described. This variant of MRFM, which allows investigation of ferromagnetic samples, was first demonstrated in 1996 by Z. Zhang et al. [3]. FMRFM enables characterization of (a) the dynamic magnetic properties of microscale magnetic devices, and (b) the spatial dependence of ferromagnetic resonance within a sample. Both are impossible with conventional ferromagnetic resonance techniques.

Ferromagnetically coupled systems, however, pose unique challenges for force detection. In this thesis the attainable spatial resolution - and the underlying physical mechanisms that determine it - are established. We analyze the dependence of the magnetostatic modes upon sample dimensions using a series of microscale yttrium iron garnet (YIG) samples. Mapping of mode amplitudes within these sample is attained with an unprecedented spatial resolution of 15μm. The modes, never before analyzed on this scale, fit simple models developed in this thesis for samples of micron dimensions. The application of stronger gradient fields induces localized perturbation of the ferromagnetic resonance modes. The first demonstrations of this effect are presented in this study, and a simple theoretical model is developed to explain our observations. The results indicate that the characteristics of the locally-detected ferromagnetic modes are still largely determined by the external fields and dimensions of the entire sample, rather than by the localized interaction volume (i.e., the locale most strongly affected by the local gradient field). Establishing this is a crucial first step toward understanding FMRFM in the high gradient field limit where the dispersion relations become locally determined. In this high gradient field regime, FMRFM imaging becomes analogous with that of EPR MRFM.

FMRFM has also been employed to characterize magnetic multilayers, similar to those utilized in giant magnetoresistance (GMR) devices, on a lateral scale 40 x 40μm. This is orders of magnitude smaller than possible via conventional methods. Anisotropy energies, thickness, and interface qualities of individual layers have been resolved.

This initial work clearly demonstrates the immense and unique potential that FMRFM offers for characterizing advanced magnetic nanostructures and magnetic devices.

Fatores de risco no ambiente do trabalho de enfermagem em um hospital universitário

Pesquisa realizada em um Hospital Universitário do Estado do Rio de Janeiro, através de uma abordagem quantitativa descritiva, com objetivo de identificar os fatores de riscos ambientais presentes nas situações de trabalho dos profissionais de enfermagem, a partir da observação sistemática dos locais de trabalho pelos profissionais de saúde e segurança do trabalho e dos chefes de enfermagem de clínicas de um Hospital Universitário, visando gerar resultados que possam trazer a discussão, os riscos ocupacionais aos quais estão expostos os profissionais de enfermagem, seu conhecimento a respeito destes riscos e sua atuação na identificação e ação sobre os mesmos. A população foi composta por treis profissionais de saúde e segurança no trabalho e trinta enfermeiros chefes de unidade de internação. Para a coleta de dados foi utilizado um questionário fechado proposto no Guia de Avaliação de Riscos nos Locais de Trabalho de Boix e Vogel (1997) e adaptado para aplicação em estabelecimentos de saúde por Mauro (2001). Os dados foram analisados através do software Statical Package for the Social Sciences (SPSS) versão 15.0. Os resultados evidenciaram que os fatores de riscos ocupacionais de maior relevância do estudo foram: os sistemas inadequados de prevenção de incêndio, de saída de emergência e dispositivos e instruções de segurança e manutenção preventiva inadequada, exposição à riscos biológicos, desenho arquitetônico dos locais de trabalho inadequado, distribuição inadequada de pessoal e conhecimento ergonômico insuficiente do trabalhador. Estes fatores atuam de forma direta ou indireta nos locais de trabalho, propiciando aos profissionais um ambiente desfavorável para a realização das atividades, o que pode comprometer a sua saúde e vida profissional. Concluiu-se que os profissionais enfermeiros no cargo de gestores, em sua maioria, não possuem a visibilidade sobre os fatores de riscos aos quais eles próprios e a equipe sob sua gerência encontram-se expostos, mesmo porque desempenham suas tarefas quase em sua integralidade com alto risco de acidentes e doenças. O estudo proporcionou melhor compreensão dos fatores de risco presentes no ambiente, suas repercussões no processo de trabalho de enfermagem e na saúde dos profissionais, da importância da inserção e comprometimento dos gestores sobre os fatores de risco no ambiente de trabalho e da ergonomia participativa na análise e prevenção de riscos ocupacionais.

Quantum Electromechanics with Two Tone Drive

In the field of mechanics, it is a long standing goal to measure quantum behavior in ever larger and more massive objects. It may now seem like an obvious conclusion, but until recently it was not clear whether a macroscopic mechanical resonator -- built up from nearly 10¹³ atoms -- could be fully described as an ideal quantum harmonic oscillator. With recent advances in the fields of opto- and electro-mechanics, such systems offer a unique advantage in probing the quantum noise properties of macroscopic electrical and mechanical devices, properties that ultimately stem from Heisenberg's uncertainty relations. Given the rapid progress in device capabilities, landmark results of quantum optics are now being extended into the regime of macroscopic mechanics.

The purpose of this dissertation is to describe three experiments -- motional sideband asymmetry, back-action evasion (BAE) detection, and mechanical squeezing -- that are directly related to the topic of measuring quantum noise with mechanical detection. These measurements all share three pertinent features: they explore quantum noise properties in a macroscopic electromechanical device driven by a minimum of two microwave drive tones, hence the title of this work: "Quantum electromechanics with two tone drive".

In the following, we will first introduce a quantum input-output framework that we use to model the electromechanical interaction and capture subtleties related to interpreting different microwave noise detection techniques. Next, we will discuss the fabrication and measurement details that we use to cool and probe these devices with coherent and incoherent microwave drive signals. Having developed our tools for signal modeling and detection, we explore the three-wave mixing interaction between the microwave and mechanical modes, whereby mechanical motion generates motional sidebands corresponding to up-down frequency conversions of microwave photons. Because of quantum vacuum noise, the rates of these processes are expected to be unequal. We will discuss the measurement and interpretation of this asymmetric motional noise in a electromechanical device cooled near the ground state of motion.

Next, we consider an overlapped two tone pump configuration that produces a time-modulated electromechanical interaction. By careful control of this drive field, we report a quantum non-demolition (QND) measurement of a single motional quadrature. Incorporating a second pair of drive tones, we directly measure the measurement back-action associated with both classical and quantum noise of the microwave cavity. Lastly, we slightly modify our drive scheme to generate quantum squeezing in a macroscopic mechanical resonator. Here, we will focus on data analysis techniques that we use to estimate the quadrature occupations. We incorporate Bayesian spectrum fitting and parameter estimation that serve as powerful tools for incorporating many known sources of measurement and fit error that are unavoidable in such work.

ICF靶场中光束口径与列阵间隔的研究

从靶场反射镜架模块的机械结构设计布局所需几何空间的角度出发，根据大口径、列阵器件的特殊要求，给出符合“神光Ⅲ”装置总体技术要求的ICF靶场光束口径与列阵间隔之间的关系，得出靶场△纵、△横应满足的公式．

Formas inter-comunicacionais em Pedro Nava: o signo verbal e o pictórico

Esta pesquisa, contribuindo para os estudos em Literatura Comparada, evidencia a correlação entre Literatura e Artes Plásticas, que tem sido vista desde a Antigüidade quando ícones da analogia entre o verbal e o pictórico deixaram suas marcas na correspondência entre as artes. Tal correlação atravessou vários períodos da História e continua presente em inúmeras pesquisas, na época contemporânea. Este trabalho examina a especificação teórica de vários escritores relacionados ao tema e enfoca principalmente as formas como Pedro Nava (1903-1984) utilizou os artifícios verbal e pictórico ao lidar com duas artes distintas

Contributions to the efficient use of general purpose coprocessors: kernel density estimation as case study

142 p.

Estudo dos resíduos eletroeletrônicos de uma prestadora de services do setor naval, com vistas ao gerenciamento ambiental.

Esta pesquisa usou o estudo de caso para analisar os resíduos eletroeletrônicos gerados em uma Empresa prestadora de serviços atuante no setor naval. Após breve reflexão sobre a relação homem-natureza, apresenta-se o conceito de resíduos sólidos e suas classificações, introduzindo-se dados que embasam o impacto dos eletroeletrônicos na geração de resíduos no Brasil. Em seguida, discorre-se sobre a evolução da eletricidade e da eletrônica até os dias atuais, passando-se a comentar os aspectos e impactos da produção e descarte dos dispositivos eletroeletrônicos, que utilizam algumas substâncias tóxicas em sua manufatura. Destacam-se alguns caminhos alternativos para os resíduos eletroeletrônicos como o reuso, o reaproveitamento e a reciclagem que abriram caminhos para novos negócios. O estudo se volta para uma abordagem da legislação ambiental, mencionando aspectos da legislação dos Estados Unidos e da Europa, além de discorrer sobre fatos relevantes do ordenamento jurídico ambiental brasileiro, com ênfase na Política Nacional de Resíduos Sólidos. Esta Seção se encerra com um breve resumo do alinhamento do setor naval à legislação ambiental, através do uso das normas ISO da série 14.000. Prossegue-se com a descrição da Empresa onde se realizou o estudo de caso, apresentando-se um resumo acerca de sua trajetória, estrutura de funcionamento e a situação da gestão ambiental. Em seguida, é descrita a metodologia usada para o desenvolvimento do estudo de caso, detalhando-se os tipos de pesquisa e procedimentos utilizados para a caracterização dos resíduos eletroeletrônicos, bem como as ferramentas de gestão usadas para sua análise. Discorre-se, então, sobre o estudo de caso realizado na Empresa, com a apresentação das ações e pesquisas realizadas acerca de seus processos de geração e descarte de resíduos eletroeletrônicos. Os dados obtidos neste estudo foram analisados à luz do conhecimento ambiental e gestor e, com o auxílio de algumas ferramentas de gestão, foram selecionados os resíduos eletroeletrônicos mais impactantes e os com possibilidade de serem gerenciados pela Empresa. Encerrando o trabalho, as conclusões sobre o estudo e as sugestões para a melhoria do gerenciamento dos resíduos eletroeletrônicos são disponibilizadas para uso da Empresa, propondo-se também a implementação de um sistema de gerenciamento integrado para todos os resíduos nela gerados.

Redesenho urbanístico de assentamentos informais com vistas à conservação da água e sustentabilidade ambiental.

Essa Tese apresenta um framework para implementação de redesenho urbanístico de assentamentos informais no contexto da corrente atual do planejamento urbano integrado aos dos recursos hídricos, focado na conservação da água e na sustentabilidade ambiental. Entre outros, sugere-se a implantação do desenho urbanístico de forma participativa e colaborativa. Apresenta-se, de forma ilustrativa proposta de redesenho para a comunidade da Vila Cascatinha localizada na Baixada de Jacarepaguá, Rio de Janeiro, região de expansão da cidade, que serviu como objeto de estudo. A área do assentamento é de indefinição fundiária e atualmente é ocupada por aproximadamente 900 famílias. O framework baseia-se na corrente do urbanismo de baixo impacto, sobretudo do Low Impact Urban Design and Devolopment (LIUDD). Os dispositivos são implantados na escala local, de forma descentralizada para a conservação e manejo das águas pluviais no meio urbano. A pesquisa está inserida no Projeto HIDROCIDADES, desenvolvido dentro dos princícpios da metodologia de pesquisa-ação proposta por Thiollent. Foi realizado trabalho de campo e entrevistas guiadas, tendo sido identificado um percentual expressivo de moradores descendentes de antigos pequenos produtores agrícolas. Na pesquisa, moradores elencaram os principais problemas do assentamento. Além disso, foram diagnosticadas potencialidades dos moradores, dentro do conceito de Tecnologia Social. A prospecção entre os moradores também procurou verificar, em um contexto de colaboração, o conhecimento e a aderência dos moradores às estruturas urbanísticas praticadas no contexto da corrente Desenho Urbano de Baixo Impacto. Ao final deste processo foi gerada proposta de reurbanização sustentável do assentamento estudado, bem como proposta de moradias coletivas sustentáveis. Guardando as devidas especificidades, espera-se que a proposta apresentada possa ser aplicada a outros assentamentos de paisagem similar.

Metodologia de projeto de turbinas eólicas de pequeno porte.

O potencial eólico do Brasil, de vento firme e com viabilidade econômica de aproveitamento, é de 143 GW. Isso equivale ao dobro de toda a capacidade da geração já instalada no país. No Brasil, a energia eólica tem uma sazonalidade complementar à energia hidrelétrica, porque os períodos de melhor condição de vento coincidem com os de menor capacidade dos reservatórios. O projeto desenvolvido neste trabalho nasceu de uma chamada pública do FINEP, e sob os auspícios do recém criado CEPER. Ao projeto foi incorporado um caráter investigativo, de contribuição científica original, resultando em um produto de tecnologia inovadora para aerogeradores de baixa potência. Dentre os objetivos do projeto, destacamos a avaliação experimental de turbinas eólicas de 5000 W de potência. Mais especificamente, dentro do objetivo geral deste projeto estão incluídas análise estrutural, análise aerodinâmica e análise de viabilidade de novos materiais a serem empregados. Para cada uma das diferentes áreas de conhecimento que compõem o projeto, será adotada a metodologia mais adequada. Para a Análise aerodinâmica foi realizada uma simulação numérica preliminar seguida de ensaios experimentais em túnel de vento. A descrição dos procedimentos adotados é apresentada no Capítulo 3. O Capítulo 4 é dedicado aos testes elétricos. Nesta etapa, foi desenvolvido um banco de testes para obtenção das características específicas das máquinas-base, como curvas de potência, rendimento elétrico, análise e perdas mecânicas e elétricas, e aquecimento. Este capítulo termina com a análise crítica dos valores obtidos. Foram realizados testes de campo de todo o conjunto montado. Atualmente, o aerogerador de 5kW encontra-se em operação, instrumentado e equipado com sistema de aquisição de dados para consolidação dos testes de confiabilidade. Os testes de campo estão ocorrendo na cidade de Campos, RJ, e abrangeram as seguintes dimensões de análise; testes de eficiência para determinação da curva de potência, níveis de ruído e atuação de dispositivos de segurança. Os resultados esperados pelo projeto foram atingidos, consolidando o projeto de um aerogerador de 5000W.

Nuevos métodos de cálculo de la profundidad de las compresiones torácicas a partir de la señal de aceleración.

[EN]These feedback devices are used to improve the quality of chest compressions while performing CPR technique, as they provide real time information to guide the rescuer during resuscitation attempts. Most feedback systems on the market are based on accelerometers and additional sensors or reference signals, used for calculating the displacement of the chest from the acceleration signal. This makes them expensive and complex devices. With the aim of optimizing these feedback systems and overcoming their limitations, in this document we propose three alternative methods for calculating the depth of chest compressions. These methods differ from the ones existing so far in that they use exclusively the chest acceleration signal to compute the displacement. With their implementation, it would be possible to develop systems to provide accurate feedback more easily and economically. In this context, this document details the design and implementation of the three methods and the development of a software environment to analyze the accuracy of each of them and compare the results by means of a detailed calculation of errors. Furthermore, in order to evaluate the methods a database is required, and it can be compiled using a sensorized manikin to record the acceleration signal and the gold standard chest compression depth. The database generated will be used for other studies related to the estimation of the compression depth, because the signals obtained in the manikin platform are very similar to those recorded during a real resuscitation episode.