Control mechanisms in the human binocular oculomotor system

A study of human eye movements was made in order to elucidate the nature of the control mechanism in the binocular oculomotor system.

We first examined spontaneous eye movements during monocular and binocular fixation in order to determine the corrective roles of flicks and drifts. It was found that both types of motion correct fixational errors, although flicks are somewhat more active in this respect. Vergence error is a stimulus for correction by drifts but not by flicks, while binocular vertical discrepancy of the visual axes does not trigger corrective movements.

Second, we investigated the non-linearities of the oculomotor system by examining the eye movement responses to point targets moving in two dimensions in a subjectively unpredictable manner. Such motions consisted of hand-limited Gaussian random motion and also of the sum of several non-integrally related sinusoids. We found that there is no direct relationship between the phase and the gain of the oculomotor system. Delay of eye movements relative to target motion is determined by the necessity of generating a minimum afferent (input) signal at the retina in order to trigger corrective eye movements. The amplitude of the response is a function of the biological constraints of the efferent (output) portion of the system: for target motions of narrow bandwidth, the system responds preferentially to the highest frequency; for large bandwidth motions, the system distributes the available energy equally over all frequencies. Third, the power spectra of spontaneous eye movements were compared with the spectra of tracking eye movements for Gaussian random target motions of varying bandwidths. It was found that there is essentially no difference among the various curves. The oculomotor system tracks a target, not by increasing the mean rate of impulses along the motoneurons of the extra-ocular muscles, but rather by coordinating those spontaneous impulses which propagate along the motoneurons during stationary fixation. Thus, the system operates at full output at all times.

Fourth, we examined the relative magnitude and phase of motions of the left and the right visual axes during monocular and binocular viewing. We found that the two visual axes move vertically in perfect synchronization at all frequencies for any viewing condition. This is not true for horizontal motions: the amount of vergence noise is highest for stationary fixation and diminishes for tracking tasks as the bandwidth of the target motion increases. Furthermore, movements of the occluded eye are larger than those of the seeing eye in monocular viewing. This effect is more pronounced for horizontal motions, for stationary fixation, and for lower frequencies.

Finally, we have related our findings to previously known facts about the pertinent nerve pathways in order to postulate a model for the neurological binocular control of the visual axes.

Avaliação numérica de estabilidade lateral de vigas casteladas

Restrições de espaço e altura são frequentemente impostas às edificações residenciais, comerciais, industriais, depósitos e galpões com um ou diversos pavimentos em função de aspectos de regulamentos regionais, técnicos, econômicos ou ainda de natureza estética. A fim de proporcionar a passagem de tubulações e dutos de grande diâmetro sob vigas de aço, grandes alturas são normalmente requeridas, demandando por vezes, magnitudes de altura inviáveis entre pavimentos de edificações. Diversas soluções estruturais podem ser utilizadas para equacionar tais obstáculos, onde dentre outras, pode-se citar as vigas com inércia variável, stub-girders, treliças mistas, vigas misuladas e vigas com uma ou múltiplas aberturas na alma com geometrias variadas. No que tange às vigas casteladas, solução estrutural pautada neste estudo, a estabilidade é sempre um motivo de preocupação tipicamente durante a construção quando os contraventamentos laterais ainda não estão instalados. De qualquer forma, o comprimento destravado em geral alcançado pelos vãos destas vigas, são longos o suficiente para que a instabilidade ocorra. Todavia, o acréscimo substancial da resistência à flexão de tais membros devido ao aumento da altura oriundo de seu processo fabril em relação ao perfil matriz, aliada a economia de material e utilidade fim de serviço, garante a atratividade no aproveitamento destas, para grandes vãos junto aos projetistas. Não obstante, este aumento proporcional no comprimento dos vãos faz com que a instabilidade lateral ganhe importância especial. Neste contexto, o presente trabalho tem por objetivo desenvolver um modelo numérico que permita a realização de uma avaliação paramétrica a partir da calibração do modelo com resultados experimentais, efetuar a análise do comportamento de vigas casteladas e verificar seus mecanismos de falha, considerando comportamento elasto-plástico, além das não-linearidades geométricas. Também é objetivo deste trabalho, avaliar, quantificar e determinar a influência das diferenças geométricas características das vigas casteladas em relação às vigas maciças com as mesmas dimensões, analisando e descrevendo o comportamento estrutural destas vigas de aço para diversos comprimentos de vãos. A metodologia empregada para tal estudo baseou-se em uma análise paramétrica com o auxílio do método numérico dos elementos finitos.

半导体量子阱中传播效应对子带间拉比振荡的影响

通过求解麦克斯韦-布洛赫方程组，分别在存在传播效应和无传播效应两种情况下，研究了调制掺杂的半导体量子阱中子带间的拉比振荡。研究发现，与电子-电子之间的相互作用的非线性相比较，传播效应对拉比振荡的影响更大；在不考虑传播效应时，脉冲可以使量子阱中的电子实现一次完整的布居反转，但是当传播效应存在情况下，完全的粒子数反转已不能实现。另外，研究还发现通过改变载流子的密度可以改变传播效应所产生的影响。

Comportamento estrutural de ligações tubulares T e KT.

Os perfis tubulares sem costura são largamente utilizados em diversos países, porém, no Brasil, o uso desses perfis era bastante limitado, restringindo-se praticamente a coberturas espaciais. A situação do mercado brasileiro começou a se alterar em razão da maior oferta desses perfis proporcionada pelo início da produção pela V&M do BRASIL no ano de 2000, sendo assim diante da novidade da tecnologia, impõe-se a necessidade de divulgação e implementação do uso desse tipo de perfil, além de uma ampliação do número de trabalhos de pesquisa para melhor compreensão de seu comportamento estrutural. O presente trabalho apresenta uma análise paramétrica de ligações tipo KT e T, através da determinação da resistência última da ligação obtida pelo critério de deformação limite proposto por diversos pesquisadores, comparando os resultados com as prescrições do Eurocode 3, do Projeto de Norma Brasileira e do CIDECT. Adicionalmente procedeu-se na comparação do comportamento numérico global do nó de uma treliça, com a análise do comportamento numérico do nó isolado. As ligações objeto deste estudo são compostas por perfil tubular retangular (RHS) no banzo e perfis circulares (CHS) nas diagonais e montantes. Os modelos em elementos finitos, foram desenvolvidos no programa Ansys 12.0, as não-linearidades físicas e geométricas foram incorporadas aos modelos, a fim de se mobilizar totalmente a capacidade resistente da ligação. Concluiu-se entre outras coisas que. para o nó da treliça em estudo neste trabalho, o carregamento de projeto máximo permitido através do dimensionamento pelas normas fica a favor da segurança quando comparado com o critério de deformação limite.

Avaliação de ligações K e T entre perfis estruturais tubulares circulares.

O difundido uso de perfis estruturais tubulares, principalmente devido às vantagens associadas ao comportamento estrutural e estético, levou a uma intensa utilização nos países da Europa, Sudeste Asiático, América do Norte e na Austrália. Países como Canadá, Inglaterra, Alemanha e Holanda fazem uso intensivo dessas estruturas e contam com uma produção corrente, industrializada e contínua com alto grau de desenvolvimento tecnológico. O aumento da oferta deste tipo de perfis, aliado a recentes pesquisas nesta área, leva o Brasil a se inserir neste cenário mundial. Entretanto, as normas brasileiras que regem o dimensionamento destes perfis ainda não se encontram atualizadas, principalmente no que tange ao dimensionamento de ligações de perfis tubulares. Considerando esta perspectiva, este trabalho apresenta uma análise de ligações tipo K e T com perfis tubulares circulares (CHS). Propõe-se estabelecer um quadro comparativo entre as formulações analíticas de dimensionamento proposta pelo Eurocode 3 Parte 1.8, 2 edição do guia de projeto de ligações tubulares do CIDECT, projeto de norma brasileira PN 02.125.03-004 e critérios de deformação limite. Para cada um dos tipos de ligações analisadas, desenvolveu-se um modelo em elementos finitos no programa Ansys, calibrado e validado com resultados experimentais e numéricos existentes na literatura. As não-linearidades física e geométrica foram incorporadas aos modelos, a fim de se mobilizar totalmente a capacidade resistente da ligação. A não-linearidade do material foi considerada através do critério de plastificação de Von Mises através de uma lei constitutiva tensão versus deformação bilinear. A não-linearidade geométrica foi introduzida no modelo através da Formulação de Lagrange Atualizado considerando-se a previsão de grandes deformações de forma a permitir a redistribuição de carregamento na ligação após o escoamento inicial. Esta dissertação propõe ainda, a modelagem de uma treliça planar constituída de perfis tubulares, objetivando estabelecer uma comparação entre um nó isolado e um nó da treliça planar.

Avaliação de ligações KK entre perfis tubulares em aço.

Em virtude do elevado grau de desenvolvimento da tecnologia em sua produção, a utilização de perfis tubulares é grandemente difundida em países como, por exemplo, Canadá, Inglaterra, Alemanha e Holanda. A utilização de tais perfis no Brasil era bastante restrita, limitando-se a coberturas espaciais. Atualmente, a situação do mercado brasileiro começa a se alterar em decorrência do significativo aumento da oferta de perfis tubulares estruturais. Este trabalho apresenta uma análise de ligações tipo KK com perfis tubulares circulares (CHS), com o intuito de estabelecer um quadro comparativo entre as formulações analíticas de dimensionamento proposta pelo Eurocode 3 Parte 1.8, 2 edição do guia de projeto de ligações tubulares do CIDECT, ABNT NBR 16239:2013, pelas equações propostas por Paul e Kurobane e critérios de deformação limite. A calibração de um modelo foi feita com dados numéricos e experimentais. Para cada um dos tipos de ligações analisadas, desenvolveu-se um modelo em elementos finitos no programa Ansys. As não-linearidades física e geométrica foram incorporadas aos modelos, a fim de se mobilizar totalmente a capacidade resistente da ligação. A não-linearidade do material foi considerada com o uso do critério de plastificação de Von Mises através de uma lei constitutiva tensão versus deformação bilinear. A não-linearidade geométrica foi introduzida no modelo através da Formulação de Lagrange Atualizado considerando-se a previsão de grandes deformações de forma a permitir a redistribuição de carregamento na ligação após o escoamento inicial. Foi proposto um modelo de uma treliça espacial composta por perfis tubulares de seção circular para comparar os resultados de análises de uma ligação isolada e a resposta desta mesma ligação como parte de uma treliça em escala real.

Implementação paralelizada de métodos de resolução de sistemas algébricos na simulação de reservatórios de gás

Desde a década de 1960, devido à pertinência para a indústria petrolífera, a simulação numérica de reservatórios de petróleo tornou-se uma ferramenta usual e uma intensa área de pesquisa. O principal objetivo da modelagem computacional e do uso de métodos numéricos, para a simulação de reservatórios de petróleo, é o de possibilitar um melhor gerenciamento do campo produtor, de maneira que haja uma maximização na recuperação de hidrocarbonetos. Este trabalho tem como objetivo principal paralelizar, empregando a interface de programação de aplicativo OpenMP (Open Multi-Processing), o método numérico utilizado na resolução do sistema algébrico resultante da discretização da equação que descreve o escoamento monofásico em um reservatório de gás, em termos da variável pressão. O conjunto de equações governantes é formado pela equação da continuidade, por uma expressão para o balanço da quantidade de movimento e por uma equação de estado. A Equação da Difusividade Hidráulica (EDH), para a variável pressão, é obtida a partir deste conjunto de equações fundamentais, sendo então discretizada pela utilização do Método de Diferenças Finitas, com a escolha por uma formulação implícita. Diferentes testes numéricos são realizados a fim de estudar a eficiência computacional das versões paralelizadas dos métodos iterativos de Jacobi, Gauss-Seidel, Sobre-relaxação Sucessiva, Gradientes Conjugados (CG), Gradiente Biconjugado (BiCG) e Gradiente Biconjugado Estabilizado (BiCGStab), visando a uma futura aplicação dos mesmos na simulação de reservatórios de gás. Ressalta-se que a presença de heterogeneidades na rocha reservatório e/ou às não-linearidades presentes na EDH para o escoamento de gás aumentam a necessidade de métodos eficientes do ponto de vista de custo computacional, como é o caso de estratégias usando OpenMP.

Recent progress in high-bit-rate applications of four-wave-mixing in SOAs

Non-linearities in semiconductor optical amplifiers have been used to demonstrate a wide range of functions applicable to future optical networks such as wavelength conversion and optical switching. Four-wave-mixing effects in SOAs have been studied extensively in many laboratories with respect to the underlying physical processes and system applications. At BT Labs an optimization of SOAs for FWM has been achieved by altering the device active layer composition and by increasing the device length. We will review recent progress at BT Labs in dispersion compensation, wavelength conversion and demultiplexing at bit-rates of 40 Gbit/s using these devices.

Recent progress in high-bit-rate applications of four-wave-mixing in SOAs

Non-linearities in semiconductor optical amplifiers have been used to demonstrate a wide range of functions applicable to future optical networks such as wavelength conversion and optical switching. Four-wave-mixing effects in SOAs have been studied extensively in many laboratories with respect to the underlying physical processes and system applications. At BT Labs an optimisation of SOAs for FWM has been achieved by altering the device active layer composition and by increasing the device length. We will review recent progress at BT Labs in dispersion compensation, wavelength conversion and demultiplexing at bit-rates of 40Gbit/s using these devices.

Multiple Mode Vibration Suppression in Controlled Flexible Systems

Prior research has led to the development of input command shapers that can reduce residual vibration in single- or multiple-mode flexible systems. We present a method for the development of multiple-mode shapers which are simpler to implement and produce smaller response delays than previous designs. An MIT / NASA experimental flexible structure, MACE, is employed as a test article for the validation of the new shaping method. We examine the results of tests conducted on simulations of MACE. The new shapers are shown to be effective in suppressing multiple-mode vibration, even in the presence of mild kinematic and dynamic non-linearities.

A novel approach to dynamic modelling of polymer extrusion for improved process control

Polymer extrusion is a complex process and the availability of good dynamic models is key for improved system operation. Previous modelling attempts have failed adequately to capture the non-linearities of the process or prove too complex for control applications. This work presents a novel approach to the problem by the modelling of extrusion viscosity and pressure, adopting a grey box modelling technique that combines mechanistic knowledge with empirical data using a genetic algorithm approach. The models are shown to outperform those of a much higher order generated by a conventional black box technique while providing insight into the underlying processes at work within the extruder.

Multiple Input Governor Control for a Diesel Generating Set

The paper presents a multiple input single output fuzzy logic governor algorithm that can be used to improve the transient response of a diesel generating set, when supplying an islanded load. The proposed governor uses the traditional speed input in addition to voltage and power factor to modify the fuelling requirements during various load disturbances. The use of fuzzy logic control allows the use of PID type structures that can provide variable gain strategies to account for non-linearities in the system. Fuzzy logic also provides a means of processing other input information by linguistic reasoning and a logical control output to aid the governor action during transient disturbance. The test results were obtained using a 50 kVA naturally aspirated diesel generator testing facility. Both real and reactive load tests were conducted. The complex load test results demonstrate that, by using additional inputs to the governor algorithm, enhanced generator transient speed recovery response can be obtained.

Electronic stopping power of H and He in Al and LiF from first principles

Non-linearities in the electronic stopping power of light projectiles in bulk Al and LiF are addressed from first principles using time-evolving time-dependent density functional theory. In the case of Al, the agreement of the calculations with experiments for H and He projectiles is fair, but a recently observed transition for He from one value of the electronic friction coefficient to a higher value at v ~ 0.3 a.u. is not reproduced by the calculations. For LiF, better accuracy is obtained as compared with previously published simulations, albeit the threshold remains overestimated. © 2013 Elsevier B.V.

Optical processing devices and techniques for next generation optical networks

Este trabalho surge do interesse em substituir os nós de rede óptica baseados maioritariamente em electrónica por nós de rede baseados em tecnologia óptica. Espera-se que a tecnologia óptica permita maiores débitos binários na rede, maior transparência e maior eficiência através de novos paradigmas de comutação. Segundo esta visão, utilizou-se o MZI-SOA, um dispositivo semicondutor integrado hibridamente, para realizar funcionalidades de processamento óptico de sinal necessárias em nós de redes ópticas de nova geração. Nas novas redes ópticas são utilizados formatos de modulação avançados, com gestão da fase, pelo que foi estudado experimentalmente e por simulação o impacto da utilização destes formatos no desempenho do MZI-SOA na conversão de comprimento de onda e formato, em várias condições de operação. Foram derivadas regras de utilização para funcionamento óptimo. Foi também estudado o impacto da forma dos pulsos do sinal no desempenho do dispositivo. De seguida, o MZI-SOA foi utilizado para realizar funcionalidades temporais ao nível do bit e do pacote. Foi investigada a operação de um conversor de multiplexagem por divisão no comprimento de onda para multiplexagem por divisão temporal óptica, experimentalmente e por simulação, e de um compressor e descompressor de pacotes, por simulação. Para este último, foi investigada a operação com o MZI-SOA baseado em amplificadores ópticos de semicondutor com geometria de poço quântico e ponto quântico. Foi também realizado experimentalmente um ermutador de intervalos temporais que explora o MZI-SOA como conversor de comprimento de onda e usa um banco de linhas de atraso ópticas para introduzir no sinal um atraso seleccionável. Por fim, foi estudado analiticamente, experimentalmente e por simulação o impacto de diafonia em redes ópticas em diversas situações. Extendeu-se um modelo analítico de cálculo de desempenho para contemplar sinais distorcidos e afectados por diafonia. Estudou-se o caso de sinais muito filtrados e afectados por diafonia e mostrou-se que, para determinar correctamente as penalidades que ocorrem, ambos os efeitos devem ser considerados simultaneamente e não em separado. Foi estudada a escalabilidade limitada por diafonia de um comutador de intervalos temporais baseado em MZI-SOA a operar como comutador espacial. Mostrou-se também que sinais afectados fortemente por não-linearidades podem causar penalidades de diafonia mais elevadas do que sinais não afectados por não-linearidades. Neste trabalho foi demonstrado que o MZI-SOA permite construir vários e pertinentes circuitos ópticos, funcionando como bloco fundamental de construção, tendo sido o seu desempenho analisado, desde o nível de componente até ao nível de sistema. Tendo em conta as vantagens e desvantagens do MZI-SOA e os desenvolvimentos recentes de outras tecnologias, foram sugeridos tópicos de investigação com o intuito de evoluir para as redes ópticas de nova geração.

Inteligência artificial aplicada na previsão de mercados financeiros

Neste documento, são investigados vários métodos usados na inteligência artificial, com o objetivo de obter previsões precisas da evolução dos mercados financeiros. O uso de ferramentas lineares como os modelos AR, MA, ARMA e GARCH têm muitas limitações, pois torna-se muito difícil adaptá-los às não linearidades dos fenómenos que ocorrem nos mercados. Pelas razões anteriormente referidas, os algoritmos como as redes neuronais dinâmicas (TDNN, NARX e ESN), mostram uma maior capacidade de adaptação a estas não linearidades, pois não fazem qualquer pressuposto sobre as distribuições de probabilidade que caracterizam estes mercados. O facto destas redes neuronais serem dinâmicas, faz com que estas exibam um desempenho superior em relação às redes neuronais estáticas, ou outros algoritmos que não possuem qualquer tipo de memória. Apesar das vantagens reveladas pelas redes neuronais, estas são um sistema do tipo black box, o que torna muito difícil extrair informação dos pesos da rede. Isto significa que estes algoritmos devem ser usados com precaução, pois podem tornar-se instáveis.