Investigando o uso do sentido háptico na visualização de dados multivariados em gráficos de dispersão bidimensionais

Data Visualization is widely used to facilitate the comprehension of information and find relationships between data. One of the most widely used techniques for multivariate data (4 or more variables) visualization is the 2D scatterplot. This technique associates each data item to a visual mark in the following way: two variables are mapped to Cartesian coordinates so that a visual mark can be placed on the Cartesian plane; the others variables are mapped gradually to visual properties of the mark, such as size, color, shape, among others. As the number of variables to be visualized increases, the amount of visual properties associated to the mark increases as well. As a result, the complexity of the final visualization is higher. However, increasing the complexity of the visualization does not necessarily implies a better visualization and, sometimes, it provides an inverse situation, producing a visually polluted and confusing visualization—this problem is called visual properties overload. This work aims to investigate whether it is possible to work around the overload of the visual channel and improve insight about multivariate data visualized through a modification in the 2D scatterplot technique. In this modification, we map the variables from data items to multisensoriy marks. These marks are composed not only by visual properties, but haptic properties, such as vibration, viscosity and elastic resistance, as well. We believed that this approach could ease the insight process, through the transposition of properties from the visual channel to the haptic channel. The hypothesis was verified through experiments, in which we have analyzed (a) the accuracy of the answers; (b) response time; and (c) the grade of personal satisfaction with the proposed approach. However, the hypothesis was not validated. The results suggest that there is an equivalence between the investigated visual and haptic properties in all analyzed aspects, though in strictly numeric terms the multisensory visualization achieved better results in response time and personal satisfaction.

Estrutura crustal e mantélica da província Borborema através de funções do receptor e dispersão de ondas superficiais

The Borborema Province, located in northeastern Brazil, has a basement of Precambrian age and a tectonic framework structured at the Neoproterozoic (740-560 Ma). After separation between South America and Africa during the Mesozoic, a rift system was formed, giving rise to a number of marginal and inland basins in the Province. After continental breakup, episodes of volcanism and uplift characterized the evolution of the Province. Plateau uplift was initially related to magmatic underplating of mafic material at the base of the crust, perhaps related to the generation of young continental plugs (45-7 Ma) along the Macau-Queimadas Alignment (MQA), due to a small-scale convection at the continental edge. The goal of this study is to investigate the causes of intra-plate uplift and its relationship to MQA volcanism, by using broadband seismology and integrating our results with independent geophysical and geological studies in the Borborema Province. The investigation of the deep structure of the Province with broadband seismic data includes receiver functions and surface-wave dispersion tomography. Both the receiver functions and surface-wave dispersion tomography are methods that use teleseismic events and allow to develop estimates of crustal parameters such as crustal thickness, Vp/Vs ratio, and S-velocity structure. The seismograms used for the receiver function work were obtained from 52 stations in Northeast Brazil: 16 broadband stations from the RSISNE network (Rede Sismográfica do Nordeste do Brasil), and 21 short-period and 6 broadband stations from the INCT-ET network (Instituto Nacional de Ciência e Tecnologia – Estudos Tectônicos). These results add signifi- cantly to previous datasets collected at individual stations in the Province, which include station RCBR (GSN - Global Seismic Network), stations CAUB and AGBL (Brazilian Lithosphere Seismic Project IAG/USP), and 6 other broadband stations that were part of the Projeto Milênio - Estudos geofísicos e tectônicos na Província Borborema/CNPq. For the surface-wave vii tomography, seismograms recorde at 22 broadband stations were utilized: 16 broadband stations from the RSISNE network and 6 broadband stations from the Milênio project. The new constraints developed in this work include: (i) estimates of crustal thickness and bulk Vp/Vs ratio for each station using receiver functions; (ii) new measurements of surfassewave group velocity, which were integrated to existing measurementes from a continental-scale tomography for South America, and (iii) S-wave velocity models (1D) at various locations in the Borborema Province, developed through the simultaneous inversion of receiver functions and surface-wave dispersion velocities. The results display S-wave velocity structure down to the base of the crust that are consistent with the presence of a 5-7.5 km thick mafic layer. The mafic layer was observed only in the southern portion of the Plateau and absent in its northern portion. Another important observation is that our models divide the plateau into a region of thin crust (northern Plateau) and a region of thick crust (southern Plateau), confirming results from independent refraction surveys and receiver function analyses. Existing models of plateau uplift, nonetheless, cannot explain all the new observations. It is proposed that during the Brazilian orogeny a layer of preexisting mafic material was delaminated, as a whole or in part, from the original Brasiliano crust. Partial delamination would have happened in the southern portion of the plateau, where independent studies found evidence of a more resistant rheology. During Mesozoic rifting, thinning of the crust around the southern Plateau would have formed the marginal basins and the Sertaneja depression, which would have included the northern part of the Plateau. In the Cenozoic, uplift of the northern Plateau would have occurred, resulting in a northern Plateau without mafic material at the base of the crust and a southern Plateau with partially delaminated mafic layer.

O problema da matéria escura e o teorema do virial na teoria de gravidade Eddington-Born-Infeld

Dark matter is a fundamental ingredient of the modern Cosmology. It is necessary in order to explain the process of structures formation in the Universe, rotation curves of galaxies and the mass discrepancy in clusters of galaxies. However, although many efforts, in both aspects, theoretical and experimental, have been made, the nature of dark matter is still unknown and the only convincing evidence for its existence is gravitational. This rises doubts about its existence and, in turn, opens the possibility that the Einstein’s gravity needs to be modified at some scale. We study, in this work, the possibility that the Eddington-Born-Infeld (EBI) modified gravity provides en alternative explanation for the mass discrepancy in clusters of galaxies. For this purpose we derive the modified Einstein field equations and find their solutions to a spherical system of identical and collisionless point particles. Then, we took into account the collisionless relativistic Boltzmann equation and using some approximations and assumptions for weak gravitational field, we derived the generalized virial theorem in the framework of EBI gravity. In order to compare the predictions of EBI gravity with astrophysical observations we estimated the order of magnitude of the geometric mass, showing that it is compatible with present observations. Finally, considering a power law for the density of galaxies in the cluster, we derived expressions for the radial velocity dispersion of the galaxies, which can be used for testing some features of the EBI gravity.

O problema da matéria escura e o teorema do virial na teoria de gravidade Eddington-Born-Infeld

Dark matter is a fundamental ingredient of the modern Cosmology. It is necessary in order to explain the process of structures formation in the Universe, rotation curves of galaxies and the mass discrepancy in clusters of galaxies. However, although many efforts, in both aspects, theoretical and experimental, have been made, the nature of dark matter is still unknown and the only convincing evidence for its existence is gravitational. This rises doubts about its existence and, in turn, opens the possibility that the Einstein’s gravity needs to be modified at some scale. We study, in this work, the possibility that the Eddington-Born-Infeld (EBI) modified gravity provides en alternative explanation for the mass discrepancy in clusters of galaxies. For this purpose we derive the modified Einstein field equations and find their solutions to a spherical system of identical and collisionless point particles. Then, we took into account the collisionless relativistic Boltzmann equation and using some approximations and assumptions for weak gravitational field, we derived the generalized virial theorem in the framework of EBI gravity. In order to compare the predictions of EBI gravity with astrophysical observations we estimated the order of magnitude of the geometric mass, showing that it is compatible with present observations. Finally, considering a power law for the density of galaxies in the cluster, we derived expressions for the radial velocity dispersion of the galaxies, which can be used for testing some features of the EBI gravity.

Projeto e desenvolvimento de um sistema de irradiação multipropósito com diagnóstico de feixes para o acelerador de partículas cíclotron CV 28

O projeto e desenvolvimento de uma nova linha de feixe dotada de um sistema que viabilize a irradiação no Cíclotron CV-28 do Instituto de Engenharia Nuclear de alvos extensos e de geometria variável tornaram-se necessário para a realização de estudos e desenvolvimento de aplicações de técnicas nucleares e análises de materiais por ativação em condições de irradiação até então não disponíveis. Este sistema que poderá ser utilizado em irradiações com feixes de prótons, alfas, deutério e hélions (He3) a energias variáveis, é composto por dispositivos de: proteção, interceptação, colimação e medição da intensidade do feixe, de forma a possibilitar a realização de irradiações em condições controláveis e reprodutíveis. Para tanto, peças em alumínio e PVC-foram usinadas de forma a construir os componentes do sistema, notadamente colimadores com 13mm e 9mm de diâmetro, um dispositivo de colimação de quatro setores, um "beam stop", duas flanges de isolamento elétrico e um porta alvo (com janela degradadora). Identificou-se também a necessidade de se dotar o sistema aqui desenvolvido de um circuito de refrigeração próprio à água deionizada que é responsável pela refrigeração de todos os seus componentes que possam ter contato com o feixe. O sistema conta ainda com conexões para vácuo, que possibilitam fazer um pré-vácuo em sua câmara de irradiação, de forma que a mesma possa interligada a linha de transporte de feixe de Cíclotron CV-28, sem causar danos ao vácuo do mesmo. A condição para se fazer esta interligação é a obtenção de um pré-vácuo no ordem de 10-4 torr. Os resultados experimentais obtidos com a realização de irradiações de alvos metálicos especialmente desenvolvidos para testar o sistema, que é tema da presente dissertação, atestam a confiabilidade e reprodutibilidade das condições de irradiação, o que viabilizam o desenvolvimento e emprego de novas unidades de irradiação a serem incorporadas ao mesmo. Esse sistema de irradiação já está sendo utilizado na linha 2 do CV-28

Importância da avaliação baseada na atividade para o estudo da exposição ocupacional a partículas: o caso da produção de pranchas de surf

Na avaliação da exposição profissional a agentes químicos a monitorização do ar do ambiente de trabalho é a metodologia mais utilizada e o valor-limite mais frequentemente utilizado é a Concentração Média Ponderada. Recentemente alguns estudos têm sido realizados recorrendo a uma avaliação da exposição profissional baseada na atividade desenvolvida pelo trabalhador. O principal objectivo do estudo é demonstrar a importância da avaliação da exposição profissional ser realizada por actividade quando se pretende seleccionar as medidas de eliminação e/ou controlo da exposição mais adequadas e prioritárias. Pretendeu-se igualmente demonstrar a utilidade do conhecimento detalhado da actividade para definir a melhor estratégia de avaliação ambiental.

Colector multidireccional de partículas transportadas por el viento

Colector multidireccional del tipo de los utilizados para la recogida de partículas sólidas en suspensión en el aire transportadas por el viento. El colector incorpora una cámara de separación (1) que dispone de una abertura de entrada (2) de flujo de aire, una abertura de salida (3) por la cual retorna el flujo de aire al exterior, y una abertura de descarga (4) en su parte inferior por la cual se precipitan las partículas que se encontraban en suspensión en el aire. Una aleta plana (6) es solidaria a la cámara de separación (1) y el conjunto puede girar alrededor de un mástil (7) por acción del viento a modo de veleta, de forma que la abertura de entrada (2) queda enfrentada a la dirección del viento. La abertura de descarga (4) conecta con un contenedor (12) que contiene una diversidad de recipientes (13). El recipiente (13) en el cual son recogidas las partículas dependerá de la dirección del viento en cada momento.

Método de sedimentación de partículas semiconductores coloidales

Se basa en el control del pH de la suspensión coloidal, modificándolo de tal manera que se alcance el punto isoeléctrico que es característico de cada tipo de partícula en presencia de un determinado electrolito. Una vez terminado el tratamiento de fotocatálisis se almacena la suspensión coloidal en un tanque y tras homogeneizar la misma mediante agitadores convencionales se toma una muestra representativa del volumen total y se añade una base o un ácido a la misma hasta conseguir el punto de carga eléctrica nula de la muestra. A continuación se añade al tanque de almacenamiento la cantidad adecuada de base o de ácido, extrapolada de la etapa anterior, con lo que se conseguirá el punto de carga eléctrica nula del volumen almacenado en el tanque. Finalmente se retira el sobrenadante limpio, una vez que se ha producido la sedimentación del catalizador en el fondo del tanque de almacenamiento.

Importância da avaliação baseada na actividade para o estudo da exposição ocupacional a partículas: o caso da produção de pranchas de surf

Na avaliação da exposição profissional a agentes químicos a monitorização do ar do ambiente de trabalho é a metodologia mais utilizada e o valor-limite mais frequentemente utilizado é a Concentração Média Ponderada. Recentemente alguns estudos têm sido realizados recorrendo a uma avaliação da exposição profissional baseada na actividade desenvolvida pelo trabalhador. O estudo desenvolvido numa empresa de produção de pranchas de surf demonstrou a utilidades desta metodologia na identificação da actividade mais crítica em matéria de exposição a partículas e, ainda, na definição de prioridades de intervenção e de investimento para eliminar e/ou controlar a exposição.

Um problema de dispersão de poluentes em rios e canais por meio do método de separação de variáveis

Neste trabalho obtém-se uma solução analítica para a equação de advecção-difusão aplicada a problemas de dispersão de poluentes em rios e canais. Para tanto, consideram-se os casos unidimensionais e bidimensionais em regime transiente com coeficientes de difusividade e velocidades constantes. A abordagem utilizada para a resolução deste problema é o método de Separação de Variáveis. Os modelos resolvidos foram simulados utilizando o MatLab. Apresentam-se os resultados das simulações numéricas em formato gráfico. Os resultados de algumas simulações numéricas existem na literatura e puderam ser comparados. O modelo proposto mostrou-se coerente em relação aos dados considerados. Para outras simulações não foram encontrados comparativos na literatura, todavia esses problemas governados por equações diferenciais parciais, mesmo lineares, não são de fácil solução analítica. Sendo que, muitas delas representam importantes problemas de matemática e física, com diversas aplicações na engenharia. Dessa forma, é de grande importância a disponibilidade de um maior número de problemas-teste para avaliação de desempenho de formulações numéricas, cada vez mais eficazes, já que soluções analíticas oferecem uma base mais segura para comparação de resultados.

Monitoramento por microcontrolador do cultivo de spirulina em fotobiorreator raceway

A oportunidade de produção de biomassa microalgal tem despertado interesse pelos diversos destinos que a mesma pode ter, seja na produção de bioenergia, como fonte de alimento ou servindo como produto da biofixação de dióxido de carbono. Em geral, a produção em larga escala de cianobactérias e microalgas é feita com acompanhamento através de análises físicoquímicas offline. Neste contexto, o objetivo deste trabalho foi monitorar a concentração celular em fotobiorreator raceway para produção de biomassa microalgal usando técnicas de aquisição digital de dados e controle de processos, pela aquisição de dados inline de iluminância, concentração de biomassa, temperatura e pH. Para tal fim foi necessário construir sensor baseado em software capaz de determinar a concentração de biomassa microalgal a partir de medidas ópticas de intensidade de radiação monocromática espalhada e desenvolver modelo matemático para a produção da biomassa microalgal no microcontrolador, utilizando algoritmo de computação natural no ajuste do modelo. Foi projetado, construído e testado durante cultivos de Spirulina sp. LEB 18, em escala piloto outdoor, um sistema autônomo de registro de informações advindas do cultivo. Foi testado um sensor de concentração de biomassa baseado na medição da radiação passante. Em uma segunda etapa foi concebido, construído e testado um sensor óptico de concentração de biomassa de Spirulina sp. LEB 18 baseado na medição da intensidade da radiação que sofre espalhamento pela suspensão da cianobactéria, em experimento no laboratório, sob condições controladas de luminosidade, temperatura e fluxo de suspensão de biomassa. A partir das medidas de espalhamento da radiação luminosa, foi construído um sistema de inferência neurofuzzy, que serve como um sensor por software da concentração de biomassa em cultivo. Por fim, a partir das concentrações de biomassa de cultivo, ao longo do tempo, foi prospectado o uso da plataforma Arduino na modelagem empírica da cinética de crescimento, usando a Equação de Verhulst. As medidas realizadas no sensor óptico baseado na medida da intensidade da radiação monocromática passante através da suspensão, usado em condições outdoor, apresentaram baixa correlação entre a concentração de biomassa e a radiação, mesmo para concentrações abaixo de 0,6 g/L. Quando da investigação do espalhamento óptico pela suspensão do cultivo, para os ângulos de 45º e 90º a radiação monocromática em 530 nm apresentou um comportamento linear crescente com a concentração, apresentando coeficiente de determinação, nos dois casos, 0,95. Foi possível construir um sensor de concentração de biomassa baseado em software, usando as informações combinadas de intensidade de radiação espalhada nos ângulos de 45º e 135º com coeficiente de determinação de 0,99. É factível realizar simultaneamente a determinação inline de variáveis do processo de cultivo de Spirulina e a modelagem cinética empírica do crescimento do micro-organismo através da equação de Verhulst, em microcontrolador Arduino.

Protocolo de roteamento para redes oportunistas utilizando otimização por enxame de partículas

In this research work, a new routing protocol for Opportunistic Networks is presented. The proposed protocol is called PSONET (PSO for Opportunistic Networks) since the proposal uses a hybrid system composed of a Particle Swarm Optimization algorithm (PSO). The main motivation for using the PSO is to take advantage of its search based on individuals and their learning adaptation. The PSONET uses the Particle Swarm Optimization technique to drive the network traffic through of a good subset of forwarders messages. The PSONET analyzes network communication conditions, detecting whether each node has sparse or dense connections and thus make better decisions about routing messages. The PSONET protocol is compared with the Epidemic and PROPHET protocols in three different scenarios of mobility: a mobility model based in activities, which simulates the everyday life of people in their work activities, leisure and rest; a mobility model based on a community of people, which simulates a group of people in their communities, which eventually will contact other people who may or may not be part of your community, to exchange information; and a random mobility pattern, which simulates a scenario divided into communities where people choose a destination at random, and based on the restriction map, move to this destination using the shortest path. The simulation results, obtained through The ONE simulator, show that in scenarios where the mobility model based on a community of people and also where the mobility model is random, the PSONET protocol achieves a higher messages delivery rate and a lower replication messages compared with the Epidemic and PROPHET protocols.

Adsorção de cromo (VI) em leito fixo utilizando partículas de areia recobertas com Quitosana

Neste trabalho foi avaliado o processo de recobrimento de partículas de areia com quitosana utilizando a técnica dip-coating, e analisado o emprego destas partículas como recheio de uma coluna de leito fixo no processo de adsorção de cromo (VI) em solução aquosa. A quitosana foi obtida a partir de resíduos de camarão e caracterizada. O estudo avaliou a influência do tamanho das partículas e da concentração da solução de quitosana no recobrimento das partículas de areia. Foram avaliados parâmetros termodinâmicos, isotermas de equilíbrio e parâmetros relacionados ao funcionamento do leito (vazão e pH da solução, diâmetro de partícula) para o processo de adsorção de cromo (VI) em solução aquosa. No recobrimento das partículas de areia, o tamanho não teve significância na resposta, enquanto a concentração da solução de recobrimento mostrou ter grande influência sobre o resultado, sendo que a menor concentração de quitosana dentro da faixa estudada (0,5% p/v) apresentou o melhor desempenho. O processo de cura física para o recobrimento das partículas de areia mostrou melhor desempenho para a adsorção de cromo (VI) em leito fixo frente ao processo físico-químico. As análises de superfície (MEV) e de difração de raio-X (EDX) comprovaram a mudança na superfície das partículas recobertas e a presença de cromo após a adsorção. O modelo de Sips foi o que melhor representou os dados experimentais de equilíbrio, com R2 >0,99% e EMR<3,5%, sendo que a capacidade máxima de adsorção foi de 46,93 mg g-1 obtida a 298 K. O processo se mostrou espontâneo, exotérmico e favorável, com valores de -4,49 a -4,66kJ mol-1 para e energia livre de Gibbs, -5,97kJ mol-1 para a variação de entalpia e -5,17x10-3 kJ mol-1K -1 para variação de entropia. O aumento do pH diminuiu a adsorção de cromo (VI), sendo que a melhor resposta foi obtida em pH 3, sendo que o diâmetro de partícula não teve efeito significante. O estudo da vazão da solução de cromo (VI) no desempenho do leito mostrou que no menor valor (2,5 mL min-1 ) a concentração de saída do leito foi próxima a zero, mantendo-se com concentrações de saída abaixo de 20% por pelo menos 20 min. O estudo da dessorção do leito mostrou que após cinco ciclos de trabalho o leito manteve 86% da capacidade de adsorção, com taxas de recuperação do cromo no processo de dessorção maiores que 95%.