Híper-heurísticas com aprendizagem

A otimização nos sistemas de suporte à decisão atuais assume um carácter fortemente interdisciplinar relacionando-se com a necessidade de integração de diferentes técnicas e paradigmas na resolução de problemas reais complexos, sendo que a computação de soluções ótimas em muitos destes problemas é intratável. Os métodos de pesquisa heurística são conhecidos por permitir obter bons resultados num intervalo temporal aceitável. Muitas vezes, necessitam que a parametrização seja ajustada de forma a permitir obter bons resultados. Neste sentido, as estratégias de aprendizagem podem incrementar o desempenho de um sistema, dotando-o com a capacidade de aprendizagem, por exemplo, qual a técnica de otimização mais adequada para a resolução de uma classe particular de problemas, ou qual a parametrização mais adequada de um dado algoritmo num determinado cenário. Alguns dos métodos de otimização mais usados para a resolução de problemas do mundo real resultaram da adaptação de ideias de várias áreas de investigação, principalmente com inspiração na natureza - Meta-heurísticas. O processo de seleção de uma Meta-heurística para a resolução de um dado problema é em si um problema de otimização. As Híper-heurísticas surgem neste contexto como metodologias eficientes para selecionar ou gerar heurísticas (ou Meta-heurísticas) na resolução de problemas de otimização NP-difícil. Nesta dissertação pretende-se dar uma contribuição para o problema de seleção de Metaheurísticas respetiva parametrização. Neste sentido é descrita a especificação de uma Híperheurística para a seleção de técnicas baseadas na natureza, na resolução do problema de escalonamento de tarefas em sistemas de fabrico, com base em experiência anterior. O módulo de Híper-heurística desenvolvido utiliza um algoritmo de aprendizagem por reforço (QLearning), que permite dotar o sistema da capacidade de seleção automática da Metaheurística a usar no processo de otimização, assim como a respetiva parametrização. Finalmente, procede-se à realização de testes computacionais para avaliar a influência da Híper- Heurística no desempenho do sistema de escalonamento AutoDynAgents. Como conclusão genérica, é possível afirmar que, dos resultados obtidos é possível concluir existir vantagem significativa no desempenho do sistema quando introduzida a Híper-heurística baseada em QLearning.

Otimização da produção de biogás com recurso a redes neuronais artificiais

Numa Estação de Tratamento de Águas Residuais (ETAR), são elevados os custos não só de tratamento das águas residuais como também de manutenção dos equipamentos lá existentes, nesse sentido procura-se utilizar processos capazes de transformar os resíduos em produtos úteis. A Digestão Anaeróbia (DA) é um processo atualmente disponível capaz de contribuir para a redução da poluição ambiental e ao mesmo tempo de valorizar os subprodutos gerados. Durante o processo de DA é produzido um gás, o biogás, que pode ser utilizado como fonte de energia, reduzindo assim a dependência energética da ETAR e a emissão de gases com efeito de estufa para a atmosfera. A otimização do processo de DA das lamas é essencial para o aumento da produção de biogás, mas a complexidade do processo constitui um obstáculo à sua otimização. Neste trabalho, aplicaram-se Redes Neuronais Artificiais (RNA) ao processo de DA de lamas de ETAR. RNA são modelos simplificados inspirados no funcionamento das células neuronais humanas e que adquirem conhecimento através da experiência. Quando a RNA é criada e treinada, produz valores de output aproximadamente corretos para os inputs fornecidos. Foi esse o motivo para recorrer a RNA na otimização da produção de biogás no digestor I da ETAR Norte da SIMRIA, usando o programa NeuralToolsTM da PalisadeTM para desenvolvimento das RNA. Para tal, efetuou-se uma análise e tratamento de dados referentes aos últimos quatro anos de funcionamento do digestor. Os resultados obtidos permitiram concluir que as RNA modeladas apresentam boa capacidade de generalização do processo de DA. Considera-se que este caso de estudo é promissor, fornecendo uma boa base para o desenvolvimento de modelos eventualmente mais gerais de RNA que, aplicado conjuntamente com as características de funcionamento de um digestor e o processo de DA, permitirá otimizar a produção de biogás em ETAR.

Desenvolvimento de um robô com pernas inspirado no Alfaiate

A elaboração deste trabalho surge no âmbito da unidade curricular de Tese/Dissertação, integrada no Mestrado em Engenharia Eletrotécnica e de Computadores do Instituto Superior de Engenharia do Porto. O trabalho enquadra-se no âmbito da robótica de inspiração biológica, mais concretamente no desenvolvimento de um robô que apresente caraterísticas de locomoção similares ao inseto Alfaiate, modificando para este efeito um robô hexápode já existente. Inicialmente efetuou-se um estudo sobre a biologia do Alfaiate e dos vários tipos de padrões de locomoção adotados pelos animais. De seguida foi realizado um estudo sobre alguns robôs já existentes inspirados neste inseto. Após a realização desta fase de estudo, foram implementadas modificações ao robô hexápode, de forma a este conseguir apoiar-se e movimentar-se sobre a superfície da água. Para tal foram utilizados apoios em esferovite para as pernas, servomotores para a atuação e um sensor de IRPD para orientar o robô na sua trajetória. Em termos de controlo da estabilidade do corpo utilizou-se um giroscópio para permitir ao robô manter o seu corpo horizontal durante a locomoção em águas agitadas. Este trabalho termina com a realização de testes a diferentes padrões de locomoção, de forma a validar o que apresenta a melhor resposta em termos de velocidade.

Application of the EcoBlock method to eco-design - electric hand dryers versus paper towels

Sustainable Construction, Materials and Practice, p. 426-432

Anthropocentric-based robotic and autonomous systems: assessment for new organisational options

Text based on the paper presented at the Conference "Autonomous systems: inter-relations of technical and societal issues" held at Monte de Caparica (Portugal), Universidade Nova de Lisboa, November, 5th and 6th 2009 and organized by IET-Research Centre on Enterprise and Work Innovation

Alteração do paradigma da gestão dos cuidados à pessoa com infecção VIH : um modelo centrado nos cuidados de saúde primários

RESUMO - A infecção por VIH é reconhecida mundialmente como um problema de saúde pública, apesar de todos os esforços e recursos despendidos e dos avanços científicos conseguidos nos últimos anos. Portugal, apesar do registo da diminuição de novos casos de infecção VIH, encontra-se no 4.º lugar (dos países da União Europeia) em termos de incidência de infecção por VIH (dados de 2008). Esta situação, juntamente com a crescente constatação dos custos elevados para o tratamento desta infecção, da variabilidade de práticas e a fragmentação dos cuidados, motivou a reflexão sobre modelos alternativos de organização de cuidados, inspirados em modelos de gestão da doença e idealmente centrados nos cuidados de saúde primários. O presente trabalho teve como objectivos analisar os modelos de organização de cuidados prestados à pessoa com VIH, nos países desenvolvidos, a nível dos cuidados de saúde primários e compreender o nível de adequação dos resultados encontrados, para a realidade portuguesa. Para os alcançar foi realizada uma revisão da literatura e a realização de entrevistas a profissionais de saúde. Nos artigos analisados na revisão da literatura, verificou-se consenso em torno de um modelo baseado em cuidados partilhados, entre os prestadores primários e os diferenciados. Foram ainda referenciados múltiplos factores e condições que terão de ser assegurados para uma possível implementação do modelo. Quanto aos entrevistados verificou-se uma opinião favorável em relação ao modelo de cuidados partilhados, mostrando-se expectantes e despertos para a necessidade de mudança, perspectivando uma maior integração do actual estado de organização dos cuidados para a pessoa com VIH. Estes indícios reflectem a relevância de maior investigação sobre o modelo de cuidados partilhados.

Desenvolvimento de programação offline e de novos processos robotizados de lixamento

Atualmente a vantagem competitiva de uma empresa passa pela sua rápida adaptação às variações de procura do mercado, sendo necessário garantir elevados níveis de produtividade e, simultaneamente, grande flexibilidade, indispensável ao fabrico de pequenos lotes. A necessidade de ajuste do processo e a diminuição da média de vida do produto levam a paragens cada vez mais frequentes da célula de fabrico para programação e afinação, com consequentes perdas de produtividade. De forma a dar resposta a estes problemas, neste trabalho é testada a viabilidade da utilização da programação e simulação offline de tarefas de lixamento na Grohe Portugal, complementando a solução com o desenvolvimento de um novo método de afinação do programa, permitindo uma adaptação às flutuações do processo produtivo. Para isso foi necessário analisar o estado da arte dos robôs industriais na área de acabamento superficial e respetivos métodos de programação. Em seguida, após um trabalho prévio rigoroso de preparação e modelação da célula de trabalho, é possível fazer a programação offline das várias rotinas e trajetórias complexas que compõem um ciclo de lixamento de um produto, contribuindo para o aumento da qualidade do produto final sem comprometer os níveis de produtividade. Nesta dissertação são descritos e detalhados alguns dos procedimentos fulcrais no sucesso da aplicação deste método de programação. Por último é feita uma nova abordagem ao método de ajuste ponto-a-ponto convencional, desenvolvendo-se para isso um sistema de ajuste automático do programa, dotando o robô da capacidade de se adaptar às variações do processo, assegurando a consistência do mesmo. Foram realizados testes em pequena escala, extrapolando-se os resultados para a aplicação deste novo método no processo produtivo da Grohe Portugal, como forma de complemento ao método convencional de ajuste ponto-a-ponto do programa, reduzindo o tempo de paragem da célula de trabalho.

Synthesis about a collaborative project on “Technology Assessment of Autonomous System

The project started in 2009 with the support of DAAD in Germany and CRUP in Portugal under the “Collaborative German-Portuguese University Actions” programme. One central goal is the further development of a theory of technology assessment applied to robotics and autonomous systems in general that reflects in its methodology the changing conditions of knowledge production in modern societies and the emergence of new robotic technologies and of associated disruptive changes. Relevant topics here are handling broadened future horizons and new clusters of science and technology (medicine, engineering, interfaces, industrial automation, micro-devices, security and safety), as well as new governance structures in policy decision making concerning research and development (R

Selection Constructive based Hyper-heuristic for Dynamic Scheduling

A função de escalonamento desempenha um papel importante nos sistemas de produção. Os sistemas de escalonamento têm como objetivo gerar um plano de escalonamento que permite gerir de uma forma eficiente um conjunto de tarefas que necessitam de ser executadas no mesmo período de tempo pelos mesmos recursos. Contudo, adaptação dinâmica e otimização é uma necessidade crítica em sistemas de escalonamento, uma vez que as organizações de produção têm uma natureza dinâmica. Nestas organizações ocorrem distúrbios nas condições requisitos de trabalho regularmente e de forma inesperada. Alguns exemplos destes distúrbios são: surgimento de uma nova tarefa, cancelamento de uma tarefa, alteração na data de entrega, entre outros. Estes eventos dinâmicos devem ser tidos em conta, uma vez que podem influenciar o plano criado, tornando-o ineficiente. Portanto, ambientes de produção necessitam de resposta imediata para estes eventos, usando um método de reescalonamento em tempo real, para minimizar o efeito destes eventos dinâmicos no sistema de produção. Deste modo, os sistemas de escalonamento devem de uma forma automática e inteligente, ser capazes de adaptar o plano de escalonamento que a organização está a seguir aos eventos inesperados em tempo real. Esta dissertação aborda o problema de incorporar novas tarefas num plano de escalonamento já existente. Deste modo, é proposta uma abordagem de otimização – Hiper-heurística baseada em Seleção Construtiva para Escalonamento Dinâmico- para lidar com eventos dinâmicos que podem ocorrer num ambiente de produção, a fim de manter o plano de escalonamento, o mais robusto possível. Esta abordagem é inspirada em computação evolutiva e hiper-heurísticas. Do estudo computacional realizado foi possível concluir que o uso da hiper-heurística de seleção construtiva pode ser vantajoso na resolução de problemas de otimização de adaptação dinâmica.

On the iteration of Katsuno and Mendelzon update

In this dissertation we present a model for iteration of Katsuno and Mendelzon’s Update, inspired in the developments for iteration in AGM belief revision. We adapt Darwiche and Pearls’ postulates of iterated belief revision to update (as well as the independence postulate proposed in [BM06, JT07]) and show two families of such operators, based in natural [Bou96] and lexicographic revision [Nay94a, NPP03]. In all cases, we provide a possible worlds semantics of the models.

Synthesis of molecular biomimetics

Biomimetics has paved the way toward new materials and technologies inspired in Nature. Biomolecules and their supramolecular organization have today a leading role in biomimetics, benefiting from the recent advances in nanotechnology. The production of biomimetic materials may be however a difficult task, because Nature does it very well. The use of several building blocks assembled in bottom-up arrangement is without doubt at the core of this process. Such building blocks include different molecules or molecular arrangements, of synthetic or natural origin, such as amino acids, lipids, carbohydrates, nucleic acids, carbon allotropes, dendrimers, or organosilanes, among others. The most common approaches to produce synthetic biomimetic materials are reported herein, with special emphasis to building blocks and their supramolecular arrangement.

Fractional Order Generalized Information

This paper formulates a novel expression for entropy inspired in the properties of Fractional Calculus. The characteristics of the generalized fractional entropy are tested both in standard probability distributions and real world data series. The results reveal that tuning the fractional order allow an high sensitivity to the signal evolution, which is useful in describing the dynamics of complex systems. The concepts are also extended to relative distances and tested with several sets of data, confirming the goodness of the generalization.

A Fractional Perspective to the Bond Graph Modelling of World Economies

Inspired in dynamic systems theory and Brewer’s contributions to apply it to economics, this paper establishes a bond graph model. Two main variables, a set of inter-connectivities based on nodes and links (bonds) and a fractional order dynamical perspective, prove to be a good macro-economic representation of countries’ potential performance in nowadays globalization. The estimations based on time series for 50 countries throughout the last 50 decades confirm the accuracy of the model and the importance of scale for economic performance.

Manoeuvre Based Mission Control System for an Autonomous Surface Vehicle

In this work the mission control and supervision system developed for the ROAZ Autonomous Surface Vehicle is presented. Complexity in mission requirements coupled with flexibility lead to the design of a modular hierarchical mission control system based on hybrid systems control. Monitoring and supervision control for a vehicle such as ROAZ mission is not an easy task using tools with low complexity and yet powerful enough. A set of tools were developed to perform both on board mission control and remote planning and supervision. “ROAZ- Mission Control” was developed to be used in support to bathymetric and security missions performed in river and at seas.

A Real Time Vision System for Autonomous Systems: Characterization during a Middle Size Match

in RoboCup 2007: Robot Soccer World Cup XI