Urea amperometric biosensors based on a multifunctional bipolymeric layer: Comparing enzyme immobilization methods

This paper outlines the results obtained with biosensors designed for urea amperometric detection. The incorporation of urease into a bipolymeric substrate consisting of poly(pyrrole) and poly(5-amino-1-naphthol) was performed through four different approaches: direct adsorption, entrapment in cellulose acetate layer. cross-linking with glutaraldehyde, and also covalent attachment to the polymeric matrix. Poly(pyrrole) acts as amperometric transducer in these biosensors, while poly(5-amino-1-naphthol) drastically reduces the interference signal of agents such as ascorbic and uric acids. The biosensors containing urease covalently attached to the substrate provided interesting results in terms of sensitivity towards urea (0.50 mu A cm(-2) mmol(-1) L), lifetime (20 days) and short response times, due to the enzyme immobilization method used. All biosensors analyzed showed also a wide linear concentration range (up to 100 mmol L(-1)) and low detection limits (0.22-0.58 mmol L(-1)). (C) 2009 Elsevier B.V. All rights reserved.

Electrostatic layer-by-layer and electrophoretic depositions as methods for electrochromic nanoparticle immobilization

The present paper describes the immobilization of nanoparticles onto conducting substrates by using both electrostatic layer-by-layer and electrophoretic deposition (EPD) methods. These two techniques were compared in high-performance electrochromic electrodes based on mixed nickel hydroxide nanoparticles. In addition to easy handling, EPD seems to be the most suitable method for the immobilization of nanoparticles, leading to higher electrochromic efficiencies, lower response times and higher stability upon coloration and bleaching cycling. (C) 2008 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Polyaniline/layered zirconium phosphate nanocomposites: Secondary-like doped polyaniline obtained by the layer-by-layer technique

In the present work, nanocomposites of polyaniline (PANI) and layered alpha-Zr(HPO4)(2).H2O (alpha-ZrP) were prepared using two different approaches: (i) the in situ aniline polymerization in the presence of the layered inorganic material and (ii) the layer-by-layer (LBL) assembly using an aqueous solution of the polycation emeraldine salt (ES-PANI) and a dispersion of exfoliated negative slabs of alpha-ZrP. These materials were characterized spectroscopically using mainly resonance Raman scattering at four exciting radiations and electronic absorption in the UV-VIS-NIR region. Structural and textural characterizations were carried out using powder X-ray diffraction (XRD) and scanning electron microscopy (SEM). The polymer obtained by the in situ aniline polymerization is located primarily in the external surface of the inorganic material although aniline monomers were intercalated between alpha-ZrP interlayer regions before oxidative polymerization. Through resonance Raman spectroscopy, it was observed that the formed polymer has semiquinone units (ES-PANI) and also azo bonds (-N = N-), showing that this method results in a polymer with a different structure from the usual ""head-to-tail"" ES-PANI. The LBL assembly of pre-formed ES-PANI and exfoliated alpha-ZrP particles produces homogeneous films with reproducible deposition from layer to layer, up to 20 bilayers. Resonance Raman (lambda(0) = 632.8 nm) spectrum of PANI/ZrP LBL film shows an enhancement in the intensity of the polaronic band at 1333 cm(-1) (nu C-N center dot+) and the decrease of the band intensity at 1485 cm(-1) compared to bulk ES-PANI. Its UV-VIS-NIR spectrum presents an absorption tail in the NIR region assigned to delocalized free charge carrier. These spectroscopic features are characteristic of highly conductive secondary doped PANI suggesting that polymeric chains in PANI/ZrP LBL film have a more extended conformation than in bulk ES-PANI.

Electrostatic layer-by-layer deposition and electrochemical characterization of thin films composed of MnO(2) nanoparticles in a room-temperature ionic liquid

Thin films of MnO(2) nanoparticles were grown using the layer-by-layer method with poly (diallyldimetylammonium) as the intercalated layer. The film growth was followed by UV-vis, electrochemical quartz crystal microbalance (EQCM), and atomic force microscopy. Linear growth due to electrostatic immobilization of layers was observed up to 30 bilayers, but electrical connectivity was maintained only for 12 MnO(2)/PPDA bilayers. The electrochemical characterization of this film in 1-butyl-2,3-dimethyl-imidazolium (BMMI) bis(trifluoromethanesulfonyl)imide (TFSI) (BMMITFSI) with and without addition of a lithium salt indicated a higher electrochemical response of the nanostructured electrode in the lithium-containing electrolyte. On the basis of EQCM experiments, it was possible to confirm that the charge compensation process is achieved mainly by the TFSI anion at short times (<2 s) and by BMMI and lithium cations at longer times. The fact that large ions like TFSI and BMMI participate in the electroneutrality is attributed to the redox reaction that occurs at the superficial sites and to the high concentration of these species compared to that of lithium cations.

BDI4JADE: a BDI layer on top of JADE

Several agent platforms that implement the belief-desire-intention (BDI) architecture have been proposed. Even though most of them are implemented based on existing general purpose programming languages, e.g. Java, agents are either programmed in a new programming language or Domain-specific Language expressed in XML. As a consequence, this prevents the use of advanced features of the underlying programming language and the integration with existing libraries and frameworks, which are essential for the development of enterprise applications. Due to these limitations of BDI agent platforms, we have implemented the BDI4JADE, which is presented in this paper. It is implemented as a BDI layer on top of JADE, a well accepted agent platform.

Sculptural abstraction of landscape

The purpose of my Senior Scholar project was to create a series of sculptures that are based on the interaction of natural forms within a selected landscape setting. I hope to convey a sense of how I view and interpret the landscape and to create works that stimulate a sense of wonder in the mind of the viewer. This fascination, perhaps even obsession, with the power of the landscape has kept me going throughout the year. As a source of ideas and imagery, the landscape can never be depleted. There will always be new combinations of landscape elements, different light conditions, and changing seasons to provide me with fresh ideas. Research for the project took me to many different places, be it my trip to Monhegan Island or driving to New York City to study the cityscape. I began the year working in steel and plaster, combining the two in works that explore the interaction between living tree roots and inanimate rocks. This led to a series entitled Landscape Recollections, comprised of welded steel forms housed in protective wooden boxes and lit from inside. After visiting New York City, architecture began to playa role in my work, as seen in the two Roadcut pieces and the Cathedral Woods series. Roadcut #1 and Roadcut #2 explore the relationship between a man-made road and the landscape that lies beneath and around it. The Cathedral Woods pieces incorporate architecture in a more abstract manner, using imagery derived from Gothic cathedrals to convey a sense of quiet peacefulness. The soaring verticality of Gothic architecture integrates with the tall tree forms in each piece, enabling me to intertwine these two elements into one another and create a harmonious relationship between architecture and nature. Throughout the year I have kept a sketchbook in which I draw from life, jot down ideas, and take notes on how the project is progressing. I have also completed several large charcoal drawings of my sculptures in which I explore different ways of viewing the steel forms. I am grateful to have had the opportunity to undertake this project, as it has been a very difficult but rewarding process of observing, interpreting, and manifesting the landscape according to my personal vision and experiences.

Uma Metodologia para o desenvolvimento de aplicações de visão computacional utilizando um projeto conjunto de hardware e software

As tarefas de visão computacional incentivam uma significativa parte da pesquisa em todas as áreas científicas e industriais, entre as quais, cita-se a área voltada para o desenvolvimento de arquiteturas de computadores. A visão computacional é considerada um dos problemas mais desafiadores para a computação de alto desempenho, pois esta requer um grande desempenho, bem como um alto grau de flexibilidade. A flexibilidade é necessária pois a visão computacional abrange aplicações em que há diferentes tarefas a serem realizadas com diferentes necessidades de desempenho. Esta flexibilidade é particularmente importante em sistemas destinados a atuar como ambientes experimentais para novas técnicas de processamento visual ou para a prototipação de novas aplicações. Computação configurável tem demonstrado, por meio de exemplos implementados pela comunidade científica, fornecer uma boa relação entre alto desempenho e flexibilidade necessária para a implementação de diferentes técnicas utilizadas na área de visão computacional. Contudo, poucos esforços de pesquisa têm sido realizados na concepção de sistemas completos visando a solução de um problema de visão computacional, incluindo ambos os requisitos de software e de hardware. O principal objetivo deste trabalho é mostrar que as técnicas e tecnologias disponíveis na área de computação configurável podem ser empregadas para a concepção de um sistema capaz de implementar um grande número de aplicações da área de visão computacional na pesquisa e no ambiente industrial. Entretanto, não é escopo deste trabalho implementar um sistema de computação que seja suficiente para abordar os requerimentos necessários para todas as aplicações em visão computacional, mas os métodos aqui introduzidos podem ser utilizados como uma base geral de implementação de várias tarefas de visão computacional. Este trabalho utiliza ambientes que permitem implementações conjuntas de hardware e software, pois os mesmos facilitam a validação das técnicas aqui apresentadas, por meio da implementação de um estudo de caso, sendo parte deste estudo de caso implementado em software e outra parte em hardware.

Uma Arquitetura de Hardware para estimação de movimento aplicada à compressão de vídeo digital

A tarefa de estimação de movimento, utilizada na compressão de vídeo digital, é normalmente realizada em hardware por processador dedicado, uma vez que demanda expressiva capacidade computacional. Este trabalho propõe e desenvolve uma arquitetura de hardware para realizar o cálculo dos vetores de movimento no contexto de compressão de vídeo digital. Essa arquitetura para estimação de movimento é composta pelos blocos: interface de entrada e saída (E/S), matriz de processamento com 64 elementos de processamento, unidade de comparação e unidade de controle. A arquitetura foi descrita em linguagem VHDL de maneira que o número de bits utilizados para representação da luminância dos pontos é configurável. A partir desta descrição, foi gerado um protótipo para dados representados em 4 bits utilizando um kit de desenvolvimento baseado no dispositivo FPGA XC2S150 da Xilinx. Para validação do algoritmo e da arquitetura implementada, além da simulação, foi desenvolvido um software para plataforma PC capaz de exercitar as funcionalidades do protótipo. O PC é utilizado como dispositivo controlador de E/S para esta validação, na qual uma implementação do algoritmo em software e outra em linguagem de descrição de hardware são comparadas. A máxima freqüência de trabalho do protótipo, estimada por simulação da arquitetura mapeada no FPGA XC2S150, é de 33 MHz. A esta freqüência o núcleo da arquitetura paralela de 64 elementos de processamento realiza cerca de 2,1 GOps (bilhões de operações inteiras por segundo). Esta arquitetura de hardware calcula os vetores de movimento para vídeo no formato 640x480 pontos à taxa de 107,32 quadros por segundo, ou um quadro a cada 9,3 ms. A arquitetura implementada para luminânica em 4 bits ocupa 16 pinos de E/S, 71,1% dos blocos lógicos do FPGA e 83,3% dos blocos de memória disponíveis no dispositivo XC2S150.

Visualização em tempo real de dados volumétricos dinâmicos usando hardware gráfico

Dados volumétricos temporais são usados na representação de fenômenos físicos em várias aplicações de visualização científica, pois tais fenômenos são complexos, alteram-se com o tempo e não possuem uma forma de representação definida. Uma solução é usar amostragens sobre um espaço de forma geométrica simples que contém o fenômeno (um cubo, por exemplo), discretizado ao longo de uma grade em células de mesmo formato e usualmente chamado de volume de amostragem. Este volume de amostragem representa um instante da representação do fenômeno e, para representar dados temporais, simplesmente enumera-se tantos volumes quanto forem as diferentes instâncias de tempo. Esta abordagem faz com que a representação seja extremamente custosa, necessitando de técnicas de representação de dados para comprimir e descomprimir os mesmos. Este trabalho apresenta uma nova abordagem para compressão de volumes de dados temporais que permite a visualização em tempo real destes dados usando hardware gráfico. O método de compressão usa uma representação hierárquica dos vários volumes de dados dentro da memória do hardware gráfico, referenciados pelo hardware como texturas 3D. O método de compressão tem melhor desempenho para dados volumétricos esparsos e com alto grau de coerência (espacial e temporal). A descompressão destes dados é feita por programas especiais que são executados no próprio hardware gráfico. Um estudo de caso usando o método de compressão/descompressão proposto é apresentado com dados provenientes do Projeto MAPEM (Monitoramento Ambiental em Atividades de Perfuração Exploratória Marítima). O objetivo do projeto é propor uma metodologia para o monitoramento dos efeitos das descargas de materiais no ecossistema marinho durante a perfuração de um poço de petróleo. Para estimar certos descarregamentos de fluidos, o projeto usa um simulador CFD que permite mostrar tais descarregamentos, gerando grades planares e uniformes 2D ou 3D em qualquer instante de tempo durante a simulação.

Arquitetura em hardware para co-processamento de tarefas em sistema operacional tempo real

Os sistemas operacionais de tempo real, assim como os sistemas embarcados, estão inseridos no desenvolvimento de projetos de automação industrial segmentado em diversas áreas de pesquisa como, por exemplo, robótica, telecomunicações, e barramentos industriais. As aplicações de sistemas modernos de controle e automação necessitam de alta confiabilidade, velocidade de comunicação, além de, determinismo temporal. Sistemas operacionais de tempo real (SOTR) têm-se apresentado como uma solução confiável quando aplicadas em sistemas que se fundamentam no cumprimento de requisitos temporais. Além disso, o desempenho computacional é totalmente dependente da capacidade operacional da unidade de processamento. Em um sistema monoprocessado, parte da capacidade computacional da unidade de processamento é utilizada em atividades administrativas, como por exemplo, processos de chaveamento e salvamento de contexto. Em decorrência disto, surge a sobrecarga computacional como fator preponderante para o desempenho do sistema. Este trabalho tem por objetivo, analisar e fornecer uma arquitetura alternativa para realizar o co-processamento de tarefas em uma plataforma IBM-PC, aumentando a capacidade computacional do microprocessador principal. No presente trabalho, a plataforma de coprocessamento realiza a execução do algoritmo de escalonamento do sistema operacional, desta forma distribuiu-se o gerenciamento temporal das tarefas entre a plataforma IBM-PC e a unidade de co-processamento.

Da escola do hardware para a escola do software : o processo educativo sob a lógica da compressão do tempo e do espaço

A presente pesquisa aborda os movimentos desencadeados na instituição escolar com a chegada dos ambientes informatizados nas escolas da rede municipal de Porto Alegre, tendo como interface de investigação as categorias de tempo e de espaço. Problematizo a relação escolarizaçãotecnologia no contexto de um cenário social que emerge na hegemonia tecnológica digital das redes de informação e comunicação, para que se tornem evidentes as configurações de tempo e de espaço forjadas no palco de uma proposta de organização da escola pública municipal que, ao reorganizar tempo e espaço escolares, marca a saída do modelo da escola seriada e a entrada da escola por ciclos de formação e autoriza uma forma de escolarização que coloca de forma oficial a materialidade e os saberes da informática educativa na rede de ensino municipal de Porto Alegre. Sob a lógica de uma perspectiva de investigação histórica e cultural, desnaturaliza-se a inserção da informática no tempo e no espaço ao considerá-la como não-imune aos efeitos do contemporâneo fenômeno de compressão do tempo e do espaço. Percorrendo as diferentes experiências espaço-temporais e as configurações assumidas pela sociedade ocidental, ganham visibilidade formas de escolarização que, num processo histórico, conquistaram legitimidade e produziram a escola pública, gratuita, obrigatória, tecnológica e ajustada às transformações e exigências de um cenário social regido por uma imensa acumulação de espetáculos. Continuidades e descontinuidades marcam a inserção das tecnologias de informação e de comunicação na maquinaria escolar, e o disciplinamento cognitivo e comportamental conquista novos dispositivos. Em um corpus de análise em que se entrelaçam documentos, entrevistas, observações e o complexo e ambivalente fenômeno implementado pela permanente revolução das redes digitais de comunicação e de informação, é que a inserção do saber e da materialidade da Informática na Educação no tempo e no espaço escolares passa a ser tematizada. Como um jogo de cara e coroa que, ao revelar sua face de veneno, tornando mais eficiente o controle individual e coletivo, faz, também, girar a moeda, para que o potencial participativo, socializante e emancipador da rede mundial de computadores aponte para a face do próprio remédio. A partir dessa faceta condicionante e nãodeterminista da relação escolarização-tecnologia, tempos e espaços para colonizar são problematizados a fim de fazer emergir, na mesma intensidade, tempos e espaços para fruir, para deixar espraiar a sensibilidade e a interação humanas, para potencializar o aprendizado e a aquisição dos saberes.

Framework orientado a objetos para projeto de hardware e software embarcados para sistemas tempo-real

A crescente complexidade dos sistemas tempo-real embarcados demanda novas metodologias e ferramentas para gerenciar os problemas de projeto, análise, integração e validação de sistemas complexos. Este trabalho aborda o tema co-projeto de sistemas tempo-real embarcados, propondo estratégias para a integração das fases iniciais de modelagem de um sistema tempo-real embarcado com as fases subseqüentes do projeto, como a implementação do software e do hardware. É proposto um framework orientado a objetos que permite a criação de modelos orientados a objetos de sistemas tempo-real embarcados, utilizando conceitos temporais similares aos propostos em UML-RT (ou mais especificamente no UML Profile for Schedulability, Performance and Time). É proposta uma estratégia de mapeamento dos requisitos temporais dos diagramas UMLRT para uma interface de programação (API) baseada na “Especificação Tempo-Real para Java” (Real-Time Specification for Java ou RTSJ), a qual pode ser executada tanto em software – em programas RTSJ executando em máquinas virtuais Java (JVM) tempo-real – ou em hardware – em processadores Java Tempo-Real. Para permitir o mapeamento para hardware são propostas extensões tempo-real ao processador Java FemtoJava, desenvolvido no âmbito de dissertações de mestrado e projetos de pesquisa no PPGC, criando-se um novo processador tempo-real denominado de RT-FemtoJava. Dentre as extensões propostas ao processador FemtoJava destaca-se a inclusão de um relógio de tempo-real e o suporte a instruções para alocação e manipulação de objetos. Os conceitos propostos foram validados no âmbito de estudos de caso, sendo os resultados obtidos descritos na presente dissertação.