Multi-rotor with suspended load: System dynamics and control toolbox

There is an increasing demand for Unmanned Aerial Systems (UAS) to carry suspended loads as this can provide significant benefits to several applications in agriculture, law enforcement and construction. The load impact on the underlying system dynamics should not be neglected as significant feedback forces may be induced on the vehicle during certain flight manoeuvres. The constant variation in operating point induced by the slung load also causes conventional controllers to demand increased control effort. Much research has focused on standard multi-rotor position and attitude control with and without a slung load. However, predictive control schemes, such as Nonlinear Model Predictive Control (NMPC), have not yet been fully explored. To this end, we present a novel controller for safe and precise operation of multi-rotors with heavy slung load in three dimensions. The paper describes a System Dynamics and Control Simulation Toolbox for use with MATLAB/SIMULINK which includes a detailed simulation of the multi-rotor and slung load as well as a predictive controller to manage the nonlinear dynamics whilst accounting for system constraints. It is demonstrated that the controller simultaneously tracks specified waypoints and actively damps large slung load oscillations. A linear-quadratic regulator (LQR) is derived and control performance is compared. Results show the improved performance of the predictive controller for a larger flight envelope, including aggressive manoeuvres and large slung load displacements. The computational cost remains relatively small, amenable to practical implementations.

A dynamic navigation model for unmanned aircraft systems and an application to autonomous front-on environmental sensing and photography using low-cost sensor systems

This paper presents an unmanned aircraft system (UAS) that uses a probabilistic model for autonomous front-on environmental sensing or photography of a target. The system is based on low-cost and readily-available sensor systems in dynamic environments and with the general intent of improving the capabilities of dynamic waypoint-based navigation systems for a low-cost UAS. The behavioural dynamics of target movement for the design of a Kalman filter and Markov model-based prediction algorithm are included. Geometrical concepts and the Haversine formula are applied to the maximum likelihood case in order to make a prediction regarding a future state of a target, thus delivering a new waypoint for autonomous navigation. The results of the application to aerial filming with low-cost UAS are presented, achieving the desired goal of maintained front-on perspective without significant constraint to the route or pace of target movement.

Increasing autonomy transparency through capability communication in multiple heterogeneous UAV management

Interest in the area of collaborative Unmanned Aerial Vehicles (UAVs) in a Multi-Agent System is growing to compliment the strengths and weaknesses of the human-machine relationship. To achieve effective management of multiple heterogeneous UAVs, the status model of the agents must be communicated to each other. This paper presents the effects on operator Cognitive Workload (CW), Situation Awareness (SA), trust and performance by increasing the autonomy capability transparency through text-based communication of the UAVs to the human agents. The results revealed a reduction in CW, increase in SA, increase in the Competence, Predictability and Reliability dimensions of trust, and the operator performance.

Design and flight testing of an integrated solar powered UAV and WSN for greenhouse gas monitoring emissions in agricultural farms

There is an increased interest in measuring the amount of greenhouse gases produced by farming practices . This paper describes an integrated solar powered Unmanned Air Vehicles (UAV) and Wireless Sensor Network (WSN) gas sensing system for greenhouse gas emissions in agricultural lands. The system uses a generic gas sensing system for CH4 and CO2 concentrations using metal oxide (MoX) and non-dispersive infrared sensors, and a new solar cell encapsulation method to power the unmanned aerial system (UAS)as well as a data management platform to store, analyze and share the information with operators and external users. The system was successfully field tested at ground and low altitudes, collecting, storing and transmitting data in real time to a central node for analysis and 3D mapping. The system can be used in a wide range of outdoor applications at a relatively low operational cost. In particular, agricultural environments are increasingly subject to emissions mitigation policies. Accurate measurements of CH4 and CO2 with its temporal and spatial variability can provide farm managers key information to plan agricultural practices. A video of the bench and flight test performed can be seen in the following link: https://www.youtube.com/watch?v=Bwas7stYIxQ

Autonomous UAVs wildlife detection using thermal imaging, predictive navigation and computer vision

There is an increased interest on the use of Unmanned Aerial Vehicles (UAVs) for wildlife and feral animal monitoring around the world. This paper describes a novel system which uses a predictive dynamic application that places the UAV ahead of a user, with a low cost thermal camera, a small onboard computer that identifies heat signatures of a target animal from a predetermined altitude and transmits that target’s GPS coordinates. A map is generated and various data sets and graphs are displayed using a GUI designed for easy use. The paper describes the hardware and software architecture and the probabilistic model for downward facing camera for the detection of an animal. Behavioral dynamics of target movement for the design of a Kalman filter and Markov model based prediction algorithm are used to place the UAV ahead of the user. Geometrical concepts and Haversine formula are applied to the maximum likelihood case in order to make a prediction regarding a future state of the user, thus delivering a new way point for autonomous navigation. Results show that the system is capable of autonomously locating animals from a predetermined height and generate a map showing the location of the animals ahead of the user.

Unusual RNA plant virus integration in the soybean genome leads to the production of small RNAs

Horizontal gene transfer (HGT) is known to be a major force in genome evolution. The acquisition of genes from viruses by eukaryotic genomes is a well-studied example of HGT, including rare cases of non-retroviral RNA virus integration. The present study describes the integration of cucumber mosaic virus RNA-1 into soybean genome. After an initial metatranscriptomic analysis of small RNAs derived from soybean, the de novo assembly resulted a 3029-nt contig homologous to RNA-1. The integration of this sequence in the soybean genome was confirmed by DNA deep sequencing. The locus where the integration occurred harbors the full RNA-1 sequence followed by the partial sequence of an endogenous mRNA and another sequence of RNA-1 as an inverted repeat and allowing the formation of a hairpin structure. This region recombined into a retrotransposon located inside an exon of a soybean gene. The nucleotide similarity of the integrated sequence compared to other Cucumber mosaic virus sequences indicates that the integration event occurred recently. We described a rare event of non-retroviral RNA virus integration in soybean that leads to the production of a double-stranded RNA in a similar fashion to virus resistance RNAi plants.

Identificación macroscópica de patologías hepáticas de mayor prevalencia en bovinos faenados en el matadero PROINCASA, período del 07 de julio del 2010 - enero del 2011

El presente estudio se llevó a cabo para determinar la prevalencia de las patologías macroscópicas en hígados decomisados (condenados) de bovinos faenados en el matadero PROINCASA, identificando las patologías hepáticas mediante la inspección, clasificando los tipos de enfermedades (primarias o secundarias) según las patologías identificadas y determinando las pérdidas económicas representadas por los hígados decomisados. Los datos recopilados se obtuvieron a través de la inspección post mortem de los órganos, en los que se realizó la debida observación, palpación, limpieza y laminado de los mismos. Se utilizó estadística descriptiva con distribuciones de frecuencias a partir de los datos recolectados, se estructuró la base de datos en hoja electrónica Microsoft Excel℗, se realizó un análisis de los datos mediante la prueba de Chi2 (X2), utilizando el programa estadístico SPSS℗, generando tablas de contingencia a una P <0.05. Las variables evaluadas fueron: prevalencia total de patologías, prevalencia de patologías específicas, y pérdidas económicas; con los datos recopilados, se encontró desde el punto de vista general, que el mes con mayor prevalencia de hígados afectados fue septiembre con un 16%, y el mes con menor prevalencia fue julio con 12%; haciendo un análisis individual por patología, el mes con mayor prevalencia de hígados afectados con abscesos fue julio con un 5%, telangiectasia en octubre con un 9%, Ictericia en agosto con un 5% y para adherencia fue octubre con un 8%, del total de hígados con diferentes patologías por mes se obtuvo la mayor prevalencia en octubre con un 56% para abscesos, telangiectasia en octubre con un 70%, ictericia en septiembre con un 26% y adherencia en octubre con un 27%. De un total de 11 286 hígados inspeccionados, 1 555 resultaron afectados, lo que equivale a un 13.78% de afección, a su vez estos representan económicamente la pérdida de C$ 466,500 Córdobas netos.

A imagem pública do Congresso: uma análise político-midiática

Traz um estudo sobre como e por que a imagem pública do Congresso Nacional pode ser vista como cronicamente negativa no senso comum, nas sondagens de opinião pública e nas representações da mídia informativa, bem como nas percepções dos atores políticos. Com esse objetivo, além da síntese de reflexões teóricas que podem ser relacionadas ao campo interdisciplinar da comunicação política, foi realizada uma série de entrevistas qualitativas com 20% dos parlamentares que formavam a Câmara dos Deputados na Legislatura 2003/2007. Embora as conclusões apontem para uma forte conexão entre tal imagem negativa, recorrentes escândalos políticos e questões institucionais de caráter estrutural e conjuntural, há também nesse contexto uma insuficiência de pluralismo político e social que revela um problema maior e mais complexo: a crise da democracia representativa - pois as organizações da sociedade civil não dispõem de canais adequados de participação que permitam a representação equilibrada de suas demandas tanto na mídia quanto no campo político parlamentar.

Alcohol-Related Brain Damage in Humans

Chronic excessive alcohol intoxications evoke cumulative damage to tissues and organs. We examined prefrontal cortex (Brodmann's area (BA) 9) from 20 human alcoholics and 20 age, gender, and postmortem delay matched control subjects. H & E staining and light microscopy of prefrontal cortex tissue revealed a reduction in the levels of cytoskeleton surrounding the nuclei of cortical and subcortical neurons, and a disruption of subcortical neuron patterning in alcoholic subjects. BA 9 tissue homogenisation and one dimensional polyacrylamide gel electrophoresis (PAGE) proteomics of cytosolic proteins identified dramatic reductions in the protein levels of spectrin beta II, and alpha- and beta-tubulins in alcoholics, and these were validated and quantitated by Western blotting. We detected a significant increase in a-tubulin acetylation in alcoholics, a non-significant increase in isoaspartate protein damage, but a significant increase in protein isoaspartyl methyltransferase protein levels, the enzyme that triggers isoaspartate damage repair in vivo. There was also a significant reduction in proteasome activity in alcoholics. One dimensional PAGE of membrane-enriched fractions detected a reduction in beta-spectrin protein levels, and a significant increase in transmembranous alpha 3 (catalytic) subunit of the Na+, K+-ATPase in alcoholic subjects. However, control subjects retained stable oligomeric forms of a-subunit that were diminished in alcoholics. In alcoholics, significant loss of cytosolic alpha-and beta-tubulins were also seen in caudate nucleus, hippocampus and cerebellum, but to different levels, indicative of brain regional susceptibility to alcohol-related damage. Collectively, these protein changes provide a molecular basis for some of the neuronal and behavioural abnormalities attributed to alcoholics

Estudo da quantificação de incertezas para o problema de contaminação de meios porosos heterogêneos

As técnicas de injeção de traçadores têm sido amplamente utilizadas na investigação de escoamentos em meios porosos, principalmente em problemas envolvendo a simulação numérica de escoamentos miscíveis em reservatórios de petróleo e o transporte de contaminantes em aquíferos. Reservatórios subterrâneos são em geral heterogêneos e podem apresentar variações significativas das suas propriedades em várias escalas de comprimento. Estas variações espaciais são incorporadas às equações que governam o escoamento no interior do meio poroso por meio de campos aleatórios. Estes campos podem prover uma descrição das heterogeneidades da formação subterrânea nos casos onde o conhecimento geológico não fornece o detalhamento necessário para a predição determinística do escoamento através do meio poroso. Nesta tese é empregado um modelo lognormal para o campo de permeabilidades a fim de reproduzir-se a distribuição de permeabilidades do meio real, e a geração numérica destes campos aleatórios é feita pelo método da Soma Sucessiva de Campos Gaussianos Independentes (SSCGI). O objetivo principal deste trabalho é o estudo da quantificação de incertezas para o problema inverso do transporte de um traçador em um meio poroso heterogêneo empregando uma abordagem Bayesiana para a atualização dos campos de permeabilidades, baseada na medição dos valores da concentração espacial do traçador em tempos específicos. Um método do tipo Markov Chain Monte Carlo a dois estágios é utilizado na amostragem da distribuição de probabilidade a posteriori e a cadeia de Markov é construída a partir da reconstrução aleatória dos campos de permeabilidades. Na resolução do problema de pressão-velocidade que governa o escoamento empregase um método do tipo Elementos Finitos Mistos adequado para o cálculo acurado dos fluxos em campos de permeabilidades heterogêneos e uma abordagem Lagrangiana, o método Forward Integral Tracking (FIT), é utilizada na simulação numérica do problema do transporte do traçador. Resultados numéricos são obtidos e apresentados para um conjunto de realizações amostrais dos campos de permeabilidades.

Alterações em genes relacionados à via glicolítica em tumores de carcinoma epidermoide de esôfago

O carcinoma epidermoide de esôfago (CEE) representa 90% dos casos de câncer de esôfago no Brasil. O CEE tem detecção tardia, um comportamento extremamente agressivo e baixa sobrevida, sendo, portanto, um alvo interessante para o estudo dos mecanismos envolvidos em sua carcinogênese, a fim de se identificar possíveis alvos terapêuticos ou marcadores moleculares que ajudem na prática clínica. Mudanças no metabolismo energético da célula tumoral parecem ter papel de destaque na transformação maligna. Sabe-se que células tumorais consomem glicose avidamente produzindo ácido lático, mesmo em condições de normóxia. Dentre os fatores que podem contribuir para o estímulo da glicólise em células tumorais destacam-se as alterações em enzimas da via glicolítica tais como: as piruvato-cinases M1 e M2 (PKM1 e PKM2), a hexocinase II (HKII), isofoma 1 do transportador de glicose, GLUT-1, e o fator de transcrição induzido por hipóxia (HIF1α), responsável pela transcrição das proteínas citadas. O objetivo do estudo é avaliar a relação entre a expressão de HIF1α, HK2, PKM2, PKM1 e GLUT-1 e dados clínico-patológicos no CEE. Para tal, foram avaliados tumores conservados em parafina de 44 pacientes com CEE matriculados no INCA e no Hospital das Clínicas de Porto Alegre. Além disso, foram coletadas amostras de biópsia de esôfago em 67 pacientes sem doença esofágica, que foram submetidos à endoscopia no Hospital Universitário Pedro Ernesto (HUPE). A expressão das proteínas foi avaliada nos tecidos por imuno-histoquímica, enquanto que a expressão do mRNA de GLUT-1 também foi avaliada nas amostras controle. Foi observado que as amostras controle expressam HK2, PKM1, PKM2, HIF1α nas camadas do epitélio esofágico. Já GLUT-1 e Ki-67 são vistos apenas na camada basal. Além disso, a expressão do mRNA de GLUT-1 não teve correlação com fatores etiológicos da doença. Em CEE a expressão de HK2, PKM2 e GLUT-1 foi vista em todos os tumores, já a expressão de HIF1α e PKM1 foi variável. Além disso, observou-se que maior expressão de HIF-1α apresenta correlação com invasão linfonodal e diferenciação, enquanto que a expressão de HK2 tem relação com sobrevida e PKM1 com diferenciação. As correlações clínicas encontradas sugerem que alterações no metabolismo energético é um alvo de estudo interessante para desenvolvimento de marcadores moleculares que auxiliem a prática clínica.

Combining rimonabant and fentanyl in a single entity: preparation and pharmacological results

Based on numerous pharmacological studies that have revealed an interaction between cannabinoid and opioid systems at the molecular, neurochemical, and behavioral levels, a new series of hybrid molecules has been prepared by coupling the molecular features of two well-known drugs, ie, rimonabant and fentanyl. The new compounds have been tested for their affinity and functionality regarding CB1 and CB2 cannabinoid and mu opioid receptors. In [S-35]-GTP.S (guanosine 5'-O-[gamma-thio] triphosphate) binding assays from the post-mortem human frontal cortex, they proved to be CB1 cannabinoid antagonists and mu opioid antagonists. Interestingly, in vivo, the new compounds exhibited a significant dual antagonist action on the endocannabinoid and opioid systems.

Efeito da p53 sobre a expressão e atividade da enzima de reparo de DNA Timina-DNA Glicosilase

O câncer de esôfago é uma malignidade altamente freqüente e letal. Uma característica específica das áreas de alta incidência de câncer de esôfago é a grande proporção de duplas mutações no gene TP53, sendo, ao menos uma delas, uma transição G para A em sítios CpG. Essas transições resultam de malpareamentos GT causados pela desaminação espontânea da 5-metilcitosina em ilhotas CpG. A enzima de reparo de DNA Timina-DNA Glicosilase (TDG) é responsável pelo primeiro passo na remoção da timina de malpareamentos GT em CpG. A alta proporção de mutações em sítios CpG em câncer de esôfago das áreas de alta incidência sugere que a via de reparo de DNA iniciada pela TDG pode estar prejudicada. A presença de duplas mutações, sendo ao menos uma delas em CpG, levantou a hipótese de que a primeira mutação no TP53 reduz a atividade da via de reparo iniciada pela TDG, que acarretaria a segunda mutação em sítios CpG. Dessa forma, o objetivo desse trabalho foi analisar o efeito da p53 sobre a expressão e atividade da TDG. Os resultados obtidos mostram que a expressão de TDG é regulada transcricionalmente pela p53 numa gama de linhagens celulares e é induzida pelo dano ao DNA, de forma p53-dependente. Além disto, os resultados apontam um possível papel da proteína p53 ativa na migração nuclear e atividade da TDG. Estes resultados ainda nos levam à conclusão de que o silenciamento de TDG aumenta a sensibilidade à morte celular induzida por MMS quando a p53 é encontrada na forma selvagem, mas não quando esta proteína é mutada, e de que o status mutacional de TP53 parece afetar a expressão de TDG em CEE primários. Juntos esses resultados sugerem que a p53 regula o reparo de DNA mediado pela TDG e que a inativação de p53 em células tumorais pode contribuir para a aquisição de um mutator phenotype.

Polimorfismos do gene da tiopurina metiltransferase (TPMT) em pacientes com doenças inflamatórias intestinais: avaliação da prevalência e correlação com efeitos colaterais

A azatioprina e a 6 mercaptopurina (6-MCP) são drogas muito utilizada no tratamento das doenças inflamatórias intestinais (DII), porém estão associadas a vários efeitos colaterais. A determinação prévia do genótipo da tiopurina metiltransferase (TPMT) pode identificar pacientes de maior risco de toxicidade a droga. Os objetivos deste estudo foram avaliar a prevalência dos polimorfismos do gene da TPMT em pacientes com DII acompanhados no Hospital Universitário Pedro Ernesto (HUPE) da UERJ, comparando com a prevalência em outras populações e correlacionar a presença desses polimorfismos com a toxicidade às drogas. Foram avaliados 146 pacientes com doença de Crohn (DC) e 73 com retocolite ulcerativa idiopática (RCUI). A pesquisa dos principais genótipos da TPMT (*2, *3, *3C) foi realizada por técnicas de PCR (alelo específico e RFLP). Os achados clínicos foram correlacionados com a genotipagem e avaliados por análises multivariadas. Dentre os pacientes que estavam em uso de azatioprina, 14 apresentaram pancreatite ou elevação de enzimas pancreáticas, 6 apresentaram hepatoxicidade e 2 evoluíram com neutropenia. Os polimorfismos do gene da TPMT foram observados em 37 dos 219 pacientes (8 foram heterozigotos para o genótipo *2, 11 heterozigotos para *3A e 18 foram heterozigotos para o polimorfismo *3C). Não foi observado nenhum homozigoto polimórfico. Uma correlação positiva foi observada entre a elevação de enzimas pancreáticas e os genótipos *2 e *3C. A prevalência dos polimorfismos neste estudo (16,89%) foi maior que a descrita para população caucasiana e em outros estudos brasileiros. Apesar do predomínio do genótipo *3C, não houve ocorrência exclusiva de um polimorfismo, conforme observado em outras populações. A população brasileira devido à sua miscigenação têm características genotípicas próprias diferentes do outros países do mundo. Dois polimorfismos da TPMT (*2 e *3C) estiveram associados à toxicidade ao uso da azatioprina em pacientes com DII no sudeste do Brasil. O teste genético pode auxiliar na escolha da melhor droga e na dose ideal para os pacientes portadores de DII antes do início do tratamento.

Análise do efeito do etanol sobre a expressão de proteínas de diferenciação do epitélio escamoso no esôfago de camundongos BALB/c

Câncer de esôfago (CE) é um dos tipos de câncer mais frequentes e agressivos, estando entre os dez tipos de câncer mais incidentes e letais no mundo. Entre as regiões mais incidentes do CE estão os países em desenvolvimento, como o Brasil. Apesar de recentes avanços em terapias anticâncer, menos de 10% dos pacientes acometidos por esta doença possuem uma sobrevida maior que cinco anos após seu diagnóstico e este fato é consequência do diagnóstico tardio, uma vez que os sintomas só aparecem em estádios bem avançados. Devido a este panorama há uma grande busca por métodos e, principalmente, biomarcadores de diagnóstico que possam detectar a doença em estádios iniciais e assim aumentar a sobrevida dos pacientes. A discriminação entre tumor e mucosa normal é possível ser feita endoscopicamente, porém, para detecção precoce de tumores esofágico seria importante discriminar mucosa saudável de lesão precursora, como displasia. Uma diferença típica entre tecido normal e displasia é a perda de diferenciação celular, sugerindo que proteínas de diferenciação possam ser um potencial alvo para serem usadas como biomarcadores de detecção precoce em câncer. Citoqueratinas (CKs) e esofagina (SPRR3) são importantes proteínas envolvidas na diferenciação das células no epitélio escamoso. A proteína (SPRR3) vem sendo estudada como um possível biomarcador de detecção de tumores em estádios iniciais de desenvolvimento. Em CE tem sido descrito perda da expressão de SPRR3 quando comparada com a mucosa saudável. Além disso, já foi mostrado que a análise combinada da expressão das duas variantes de SPRR3 (SPRR3-v1 e SPRR3-v2) é capaz de discriminar a mucosa esofágica de indivíduos saudáveis da mucosa adjacente e do tumor com alta sensibilidade e especificidade. Porém, uma associação significativa foi encontrada entre uma menor expressão de SPRR3-v2 e o consumo de álcool. Este dado gerou a hipótese de que o álcool pode levar a carcinogênese por estimular a proliferação e/ou perda de diferenciação do epitélio escamoso e desta forma contribuir para o surgimento do tumor. Para testar esta hipótese, foi realizado um modelo experimental utilizando camundongos BABL/c que receberam diariamente etanol em diferentes concentrações por diferentes intervalos de tempo. Foram analisados critérios de toxicidade dos animais e critérios para avaliação histopátológica no tecido esofágico. Além disso, foi analisado o perfil de expressão de proteínas envolvidas em diferenciação e proliferação celular que pudessem sugerir alterações no epitélio esofágico induzidas pelo etanol, sendo estas SPRR3, CK5/8 e CK14 e Ki67. Inflamação foi a única alteração histológica encontrada, porém ocorreu de forma aleatória, não podendo, portanto, ser associada ao etanol. Alteração no padrão de expressão das proteínas analisadas foi encontrada em regiões inflamadas. Porém, a maioria das amostras não apresentou alterações histopatológicas, nem tampouco alteração de expressão das proteínas, sugerindo que em epitélio esofágico de camundongos BALB/c o etanol não é capaz de induzir isoladamente alteração na proliferação e perda de diferenciação celular.