Optimized Water Demand Management Through Intelligent Sensing And Analytics: The WISDOM Approach

New business and technology platforms are required to sustainably manage urban water resources [1,2]. However, any proposed solutions must be cognisant of security, privacy and other factors that may inhibit adoption and hence impact. The FP7 WISDOM project (funded by the European Commission - GA 619795) aims to achieve a step change in water and energy savings via the integration of innovative Information and Communication Technologies (ICT) frameworks to optimize water distribution networks and to enable change in consumer behavior through innovative demand management and adaptive pricing schemes [1,2,3]. The WISDOM concept centres on the integration of water distribution, sensor monitoring and communication systems coupled with semantic modelling (using ontologies, potentially connected to BIM, to serve as intelligent linkages throughout the entire framework) and control capabilities to provide for near real-time management of urban water resources. Fundamental to this framework are the needs and operational requirements of users and stakeholders at domestic, corporate and city levels and this requires the interoperability of a number of demand and operational models, fed with data from diverse sources such as sensor networks and crowsourced information. This has implications regarding the provenance and trustworthiness of such data and how it can be used in not only the understanding of system and user behaviours, but more importantly in the real-time control of such systems. Adaptive and intelligent analytics will be used to produce decision support systems that will drive the ability to increase the variability of both supply and consumption [3]. This in turn paves the way for adaptive pricing incentives and a greater understanding of the water-energy nexus. This integration is complex and uncertain yet being typical of a cyber-physical system, and its relevance transcends the water resource management domain. The WISDOM framework will be modeled and simulated with initial testing at an experimental facility in France (AQUASIM – a full-scale test-bed facility to study sustainable water management), then deployed and evaluated in in two pilots in Cardiff (UK) and La Spezia (Italy). These demonstrators will evaluate the integrated concept providing insight for wider adoption.

Os robots nas aulas de informática: plataformas e problemas

Desde há alguns anos que vêm sendo desenvolvidas, em vários sítios do mundo, experiências com a utilização de Robots como uma ferramenta educativa, com especial incidência ao nível do Ensino Superior e em alguns casos no Ensino Básico ou Secundário. Neste trabalho de investigação pretende-se fazer uma análise crítica sobre o uso dos robots no ensino da programação nas disciplinas de Informática do Ensino Secundário e disciplina de Inteligência Artificial da Licenciatura do Curso de Engenharia Informática. Com o objectivo de usar o robot como mediador entre o aluno e o ensino da programação, identificamos os conteúdos programáticos das diversas disciplinas do Ensino Secundário e fizemos o levantamento de ferramentas e soluções tecnológicas existentes que pudessem ser aplicadas nas aulas. Como contributo desta investigação pretende-se: (i)disponibilizar uma série de problemas adequados aos vários conteúdos programáticos, para serem utilizados nas salas de aulas; (ii) criar e optimizar ferramentas, mais concretamente plataformas de programação, para os alunos resolverem os problemas através dos robots.

Construindo conhecimento: utilização de robots na aprendizagem de funções

A Escola e o Ensino, através da evolução dos diferentes sistemas que os caracterizaram ao longo dos tempos, tiveram e têm por objectivo não só a transmissão de conhecimentos mas também a preparação dos cidadãos mais jovens para a sua integração na vida social da sua comunidade. A escola atravessa momentos difíceis e os papéis dos intervenientes são questionados diariamente. Tal tem dado origem a alterações e a mudanças na concepção organizacional, de estratégia e de objectivos da escola e do próprio ensino. A profissão docente deixou de ser uma mera transmissão de saber, exigindo-se muito mais ao professor. O seu papel inclui já novas questões, tais como, como ensinar?, como fazer aprender? e como motivar os outros para que queiram aprender? A evolução tecnológica e a sua integração no ensino têm sido das principais fontes para a alteração operada sobre a escola e o seu objectivo. O desenvolvimento das tecnologias de informação e de comunicação (TIC) têm vindo a proporcionar novas formas de comunicar e de transmitir informação. A habilitação profissional para a docência no ensino básico e secundário implica a Prática de Ensino Supervisionado. Para além das planificações e da implementação das metodologias adoptadas visando o processo de ensino-aprendizagem da Matemática ao nível do 10º ano de escolaridade, desenvolvemos um projecto de cariz qualitativo cujo objectivo seria a análise da aplicabilidade da robótica, na sala de aula, enquanto elemento mediador e potenciador do processo de aprendizagem no tema das funções. A revisão bibliográfica demonstra que a robótica tem merecido elogios enquanto factor motivador e elemento que faculta uma conexão entre diversas representações, nomeadamente, os conceitos teóricos e a praticabilidade. O desenvolvimento de diversas actividades com duas turmas do 10º ano de escolaridade, utilizando robots LEGO Minstorms, revelou que a robótica não só é um elemento mediador do processo ensino-aprendizagem mas também, e sobretudo, é um catalisador da motivação, cooperação e envolvência dos alunos, levando-os, numa perspectiva construcionista, a construir conhecimento e a concretizar o simbolismo abstracto presente na Matemática.

Os robots e a geometria dinâmica no ensino das funções no 7º Ano de Escolaridade: um estudo de caso

Nesta dissertação começo por fazer uma pequena reflexão sobre a minha experiência profissional. Seguindo-se a abordagem teórica que esteve como suporte para o desenvolvimento do meu estudo de caso, implementado nas minhas quatro turmas de 7º ano, num total de 109 alunos. Este estudo, baseou-se na aplicação de duas tarefas na unidade temática das Funções utilizando as tecnologias, nomeadamente, do robot MINDSTORMS® NXT da LEGO® e do software de geometria dinâmica GeoGebra como ferramentas de introdução e consolidação de conteúdos. O propósito desta tese de mestrado centra-se na importância e na relevância da utilização destas tecnologias no ensino da Matemática, no caso específico das Funções no 7º ano. A recolha e análise dos dados para a elaboração desta tese foram baseadas exclusivamente na vivência dos alunos aquando da realização das tarefas propostas, através da grelha de observação diária, da gravação em áudio e vídeo, de fotografias, das fichas de trabalho e dos questionários, visto ter optado por uma investigação qualitativa em que a participação dos intervenientes é fundamental. Foi evidente uma aceitação positiva por parte dos alunos a estas tecnologias. Assim sendo, permitiu-me concluir que realmente a aprendizagem dos mesmos foi significativa visto que a utilização destas ferramentas facilitou a aprendizagem de alguns conceitos abordados na unidade temática das Funções.

Ensino da matemática para a vida: criação de cenários de aprendizagem com recurso a robots

A Matemática para a Vida é uma disciplina dos Currículos Específicos Individuais que pretende ajudar os alunos com Necessidades Educativas Especiais a desenvolver aptidões que aumentem as suas competências pessoais e sociais e que facilitem a sua integração na sociedade. A matriz curricular visa a promoção da autonomia de modo a termos alunos capazes de enfrentar o dia a dia sozinhos. A presente investigação procurou conhecer mais sobre a forma como alunos com Necessidades Educativas Especiais (NEE) aprendem a Matemática para a Vida, de que forma atribuem significados, o que abrangem esses significados e qual o papel dos robots na construção dessa aprendizagem. Utilizou-se uma abordagem qualitativa com recurso à observação participante. O estudo envolveu a criação de um cenário de aprendizagem composto por um robot e elementos com formas geométricas distintas, tendo como participantes duas alunas com NEE. A recolha de dados foi feita por observação direta, registos áudio e vídeo e análise dos trabalhos desenvolvidos pelas alunas. Da análise dos dados concluiu-se que o uso dos robots permitiu uma aproximação da escola às reais necessidades dos alunos com NEE, proporcionando-lhes novas oportunidades de aprendizagem e momentos de descoberta e partilha. Ao trabalharem com o robot, as alunas adquiriram novas competências e, como consequência das suas pequenas conquistas, ganharam mais autonomia, tornando-se capazes de tomar decisões face aos desafios enfrentados. A utilização do robot contribuiu ainda para o estímulo da criatividade, além de ter permitido a construção do conhecimento de acordo com o ritmo individual das alunas, ao possibilitar novas formas de pensar e de aprender.

Contribuição para o estudo da aprendizagem da matemática e da programação em comunidades virtuais de prática com foco no uso de robots como mediadores da aprendizagem

Contribuição para o Estudo da Aprendizagem da Matemática e da Programação em Comunidades Virtuais de Prática com Foco no Uso de Robots como Mediadores da Aprendizagem O propósito deste estudo, desenvolvido no âmbito de um projeto de investigação que envolveu a utilização de robots na aprendizagem colaborativa da Matemática e da Informática através da Web, é analisar e discutir a noção de participação e o processo de construção do conhecimento em comunidades virtuais de prática. O referido projeto foi desenvolvido em três etapas principais. Na primeira, foram selecionadas as ferramentas de comunicação a serem utilizadas. A segunda etapa envolveu a elaboração e contextualização dos problemas-desafio a serem resolvidos pelos grupos virtuais. A terceira e última etapa do projeto compreendeu o registo e a recolha dos dados e informações obtidos nas reuniões virtuais com grupos de alunos do Ensino Secundário e sua posterior análise, utilizando uma abordagem qualitativa de natureza interpretativa, tendo como referencial teórico a teoria da aprendizagem situada de Lave e Wenger e os conceitos subjacentes às comunidades de prática, objetivando com isto melhor compreender os efeitos das tecnologias sobre tais comunidades, bem como as características da aprendizagem realizada em espaços virtuais. A utilização de robots como mediadores da aprendizagem facilitou a exploração de conceitos abstratos fundamentais relativos às áreas da Matemática e da Informática, permitindo com isto que as tarefas de programação necessárias à resolução dos problemas propostos fizessem mais sentido, pelo facto dos resultados obtidos poderem ser concretizados no mundo real.

Os robots na aprendizagem da trignometria

Este trabalho foi elaborado no âmbito do Mestrado de Ensino de Matemática do 3º Ciclo do Ensino Básico e Secundário da Universidade da Madeira, no ano letivo de 2012/2013. Os grandes objetivos deste estudo são os de analisar qualitativamente uma atividade, para compreender como é que os alunos aprendem trigonometria, utilizando os robots NXT da Lego. De igual modo, se procede também, de forma sucinta, à apresentação do trabalho desenvolvido pelo grupo de estágio, ao longo da Prática de Ensino Supervisionado. Para a realização da investigação, foram recolhidos dados pelo investigador, através de registos audiovisuais do trabalho dos alunos, com câmara e vídeo. Com o fim de melhor estudar o problema aqui apresentado, o mesmo foi dissecado em três questões de investigação: (a) Que aprendizagens os alunos realizam com a montagem, programação e interação com os robots? (b) De que forma é que os alunos aprendem trigonometria, quando utilizam os Robots? (c) Quais as dificuldades manifestadas pelos alunos na resolução de problemas? As questões de investigação iluminaram a análise dos dados. Das conclusões que advêm deste estudo destaca-se o papel essencial da robótica e dos materiais manipuláveis, na construção e concetualização do conhecimento dos alunos.

An Intelligent System for Petroleum Well Drilling Cutting Analysis

Cutting analysis is a important and crucial task task to detect and prevent problems during the petroleum well drilling process. Several studies have been developed for drilling inspection, but none of them takes care about analysing the generated cutting at the vibrating shale shakers. Here we proposed a system to analyse the cutting's concentration at the vibrating shale shakers, which can indicate problems during the petroleum well drilling process, such that the collapse of the well borehole walls. Cutting's images are acquired and sent to the data analysis module, which has as the main goal to extract features and to classify frames according to one of three previously classes of cutting's volume. A collection of supervised classifiers were applied in order to allow comparisons about their accuracy and efficiency. We used the Optimum-Path Forest (OPF), Artificial Neural Network using Multi layer Perceptrons (ANN-MLP), Support Vector Machines (SVM) and a Bayesian Classifier (BC) for this task. The first one outperformed all the remaining classifiers. Recall that we are also the first to introduce the OPF classifier in this field of knowledge. Very good results show the robustness of the proposed system, which can be also integrated with other commonly system (Mud-Logging) in order to improve the last one's efficiency.

Application of intelligent systems for specification of automotive equipments using LEDs

The advantages offered by the electronic component light emitting diode ( LED) have caused a quick and wide application of this device in replacement of incandescent lights. However, in its combined application, the relationship between the design variables and the desired effect or result is very complex and it becomes difficult to model by conventional techniques. This work consists of the development of a technique, through artificial neural networks, to make possible to obtain the luminous intensity values of brake lights using LEDs from design data. (C) 2005 Elsevier B.V. All rights reserved.

A novel intelligent system to nitrogen content prediction in plants using indirect chlorophyll measurements

The accurate identification of the nitrogen content in plants is extremely important since it involves economic aspects and environmental impacts, Several experimental tests have been carried out to obtain characteristics and parameters associated with the health of plants and its growing. The nitrogen content identification in plants involves a lot of non-linear parameters and complexes mathematical models. This paper describes a novel approach for identification of nitrogen content thought SPAD index using artificial neural networks (ANN). The network acts as identifier of relationships among, crop varieties, fertilizer treatments, type of leaf and nitrogen content in the plants (target). So, nitrogen content can be generalized and estimated and from an input parameter set. This approach can form the basis for development of an accurate real time system to predict nitrogen content in plants.

Robots, intencionalidade e inteligência artificial

O artigo aborda problemas filosóficos relativos à natureza da intencionalidade e da representação mental. A primeira parte apresenta um breve histórico dos problemas, percorrendo rapidamente alguns episódios da filosofia clássica e da filosofia contemporânea. A segunda parte examina o Chinese Room Argument (Argumento do Quarto do Chinês) formulado por J. Searle. A terceira parte desenvolve alguns argumentos visando mostrar a inadequação do modelo funcionalista de mente na construção de robots. A conclusão (quarta parte) aponta algumas alternativas ao modelo funcionalista tradicional, como, por exemplo, o conexionismo.

Design of a reconfigurable pseudorandom number generator for use in intelligent systems

This paper deals with the design of a network-on-chip reconfigurable pseudorandom number generation unit that can map and execute meta-heuristic algorithms in hardware. The unit can be configured to implement one of the following five linear generator algorithms: a multiplicative congruential, a mixed congruential, a standard multiple recursive, a mixed multiple recursive, and a multiply-with-carry. The generation unit can be used both as a pseudorandom and a message passing-based server, which is able to produce pseudorandom numbers on demand, sending them to the network-on-chip blocks that originate the service request. The generator architecture has been mapped to a field programmable gate array, and showed that millions of numbers in 32-, 64-, 96-, or 128-bit formats can be produced in tens of milliseconds. (C) 2011 Elsevier B.V. All rights reserved.