Localização de Terminais Móveis utilizando Correlação de Assinaturas de Rádio-Frequência.

Nesta dissertação são analisados métodos de localização baseados na rede, com destaque para os métodos de correlação de assinaturas de rádio-frequência (DCM - Database Correlation Methods). Métodos baseados na rede não requerem modificações nos terminais móveis (MS - Mobile Stations), sendo portanto capazes de estimar a localização de MS legados, i.e., sem suporte específico a posicionamento. Esta característica, associada a alta disponibilidade e precisão dos métodos DCM, torna-os candidatos viáveis para diversas aplicações baseadas em posição, e em particular para a localização de chamadas para números de emergência - polícia, defesa civil, corpo de bombeiros, etc. - originadas de telefones móveis celulares. Duas técnicas para diminuição do tempo médio para produção de uma estimativa de posição são formuladas: a filtragem determinística e a busca otimizada utilizando algoritmos genéticos. Uma modificação é realizada nas funções de avaliação utilizadas em métodos DCM, inserindo um fator representando a inacurácia intrínseca às medidas de nível de sinal realizadas pelos MS. As modificações propostas são avaliadas experimentalmente em redes de telefonia móvel celular de segunda e terceira gerações em ambientes urbanos e suburbanos, assim como em redes locais sem fio em ambiente indoor. A viabilidade da utilização de bancos de dados de correlação (CDB - Correlation Database) construídos a partir de modelagem de propagação é analisada, bem como o efeito da calibração de modelos de propagação empíricos na precisão de métodos DCM. Um dos métodos DCM propostos, utilizando um CDB calibrado, teve um desempenho superior ao de vários outros métodos DCM publicados na literatura, atingindo em área urbana a precisão exigida dos métodos baseados na rede pela regulamentação FCC (Federal Communications Commission) para o serviço E911 (Enhanced 911 ).

Aplicação de Inteligência Computacional para a Solução de Problemas Inversos de Transferência Radiativa em Meios Participantes Unidimensionais

Esta pesquisa consiste na solução do problema inverso de transferência radiativa para um meio participante (emissor, absorvedor e/ou espalhador) homogêneo unidimensional em uma camada, usando-se a combinação de rede neural artificial (RNA) com técnicas de otimização. A saída da RNA, devidamente treinada, apresenta os valores das propriedades radiativas [ω, τ0, ρ1 e ρ2] que são otimizadas através das seguintes técnicas: Particle Collision Algorithm (PCA), Algoritmos Genéticos (AG), Greedy Randomized Adaptive Search Procedure (GRASP) e Busca Tabu (BT). Os dados usados no treinamento da RNA são sintéticos, gerados através do problema direto sem a introdução de ruído. Os resultados obtidos unicamente pela RNA, apresentam um erro médio percentual menor que 1,64%, seria satisfatório, todavia para o tratamento usando-se as quatro técnicas de otimização citadas anteriormente, os resultados tornaram-se ainda melhores com erros percentuais menores que 0,04%, especialmente quando a otimização é feita por AG.

Redes neurais artificiais aplicadas à determinação do tamanho ótimo da malha para o cálculo da intensidade útil

Neste trabalho é apresentado um estudo para a determinação do tamanho ótimo da malha de elementos, utilizando redes neurais artificiais, para o cálculo da intensidade útil. A ideia principal é treinar as redes de modo a possibilitar a aprendizagem e o reconhecimento do melhor tamanho para diversas áreas superficiais em fontes sonoras com geometria plana. A vantagem de se utilizar redes neurais artificiais deve-se ao fato de apresentarem um único tamanho para a obtenção da intensidade útil, consequentemente, uma redução significativa de tempo computacional quando comparado com o tempo de cálculo de uma malha bem refinada. Ensaios numéricos com placas planas - geometria separável que permite uma solução analítica - são utilizados para se realizar comparações. É apresentado um estudo comparativo entre o tempo computacional gasto para a obtenção da intensidade útil e o mesmo com a malha otimizada via redes neurais artificiais. Também é apresentada uma comparação do nível de potência sonora mediante solução numérica, a fim de validar os resultados apresentados pelas redes neurais.

Conservação in vitro de germoplasma de Petiveria alliacea L. utilizando cultura de tecidos e criopreservação

A implementação de estratégias visando à conservação de espécies medicinais apresenta grande importância, tanto do ponto de vista ecológico quanto econômico. Petiveria alliacea L., espécie da família Phytolacaceae, conhecida como guiné, erva-de alho, erva-tipi ou amansa-senhor, pode ser encontrada desde a América Central até a América do Sul. Esta espécie possui ampla utilização medicinal, devido à presença, em sua composição, de vários polissulfetos, como o DTS (dibenziltrissulfeto), com propriedades antifúngica, antineoplásica e imunomodulatória, entre outras. O objetivo deste trabalho foi a conservação in vitro de germoplasma de Petiveria alliacea obtido de diferentes populações ocorrentes no Rio de Janeiro, através de métodos baseados em cultura de tecidos e criopreservação. Plantas obtidas através da germinação in vitro foram utilizadas como matrizes para a micropropagação através da multiplicação de meristemas pré-existentes em meio MS sem reguladores de crescimento, e embriões somáticos foram obtidos de forma direta a partir da cultura de explantes foliares das linhagens estudadas (Magé MG; Marechal Hermes MH; Niterói NT; Vila Isabel VI e Planta envasada AL), em presença de PIC (20μM) e 2,4D (22,6 μM), após 60 dias de cultivo. Os ápices caulinares das plantas micropropagadas e os embriões somáticos obtidos foram submetidos à criopreservação através de técnicas de vitrificação, encapsulamento-vitrificação e encapsulamento-desidratação, com a avaliação da pré-cultura e de soluções crioprotetoras (PVS2 e PVS3), em diferentes concentrações e tempos de exposição. Os resultados mostraram uma taxa de 100% de germinação in vitro. As condições para a pré-cultura de ápices foram padronizadas, entretanto não foram obtidos resultados positivos após o descongelamento. Por outro lado, os embriões da linhagem AL (linhagem embriogênica em cultura há 24 meses) mantiveram sua capacidade multiplicativa (100%) (embriogênese secundária) quando submetidos à desidratação em sacarose (0,5M) e expostos às soluções de vitrificação PVS2 e PVS3 pelos menores tempos (15 e 30 minutos). Os diferentes meios de recuperação apresentaram respostas variáveis em relação à capacidade multiplicativa dos embriões. O encapsulamento/vitrificação foi a técnica que promoveu maior tolerância dos embriões ao congelamento. A recuperação dos embriões através de multiplicação após a criopreservação abre uma perspectiva de conservação de genótipos com alta produção de polissulfetos, de interesse para a indústria farmacêutica

Modelo de Alocação de Mamógrafos Móveis: Um estudo para a Região Serrana do Estado do Rio de Janeiro.

O Estado do Rio de Janeiro possui indicadores de produção muito baixos na realização de exames de câncer de mama. Na tentativa de melhorar o acesso aos exames, principalmente em regiões com baixa densidade populacional onde a aquisição de mamógrafos não é custo-efetiva, o uso da mamografia móvel é uma alternativa para aumentar a execução de exames de rastreamento de câncer de mama. O objetivo desta pesquisa é a construção de um modelo computacional para definir a alocação de mamógrafos móveis. O Modelo considera as variáveis associadas com os custos e prazos, indicando quando, onde e por quanto tempo, as unidades móveis de mamografia devem permanecer em cada cidade. O modelo foi construído no software de modelagem e simulação Anylogic, usando técnicas de modelagem baseada em agentes. O principal resultado é determinar o percurso de cada veículo disponível, para oferecer a cobertura desejada em cada cidade. Todas as entradas são parametrizadas, permitindo simular diferentes cenários e fornecer informações importantes para o processo de tomada de decisão. O horizonte de tempo, número de mamógrafos (fixos e móveis), a cobertura desejada da população, a capacidade de produção de cada dispositivo, a adesão da população urbana e rural, entre outras variáveis, foram consideradas no modelo. Os dados da Região Serrana do Rio de Janeiro foram usados nas simulações, onde menos de metade das cidades possuem mamógrafos fixos. Com o modelo proposto foi possível determinar a distribuição de cada dispositivo físico e o número ótimo de unidades móveis de mamografia para oferecer cobertura à totalidade da população no ciclo de dois anos. O número de mamógrafos para oferecer cobertura de toda a população da região poderia ser reduzido pela metade com o modelo de alocação proposto neste trabalho. A utilização de mamografia móvel, em conjunto com a rede existente de mamógrafos fixos, procura maximizar a disponibilização de exames de testes de diagnóstico de câncer de mama no estado do Rio de Janeiro. O desenvolvimento de um modelo de roteamento que aperfeiçoa a cobertura de rastreio do câncer de mama é apresentado como um complemento importante na tentativa de melhorar o acesso à população residente em áreas urbanas e rurais dos municípios.

Perfil dos HPA prioritários na exaustão de veículo a diesel, no combustível diesel utilizado durante os ensaios de emissão veicular e no óleo lubrificante do motor

As concentrações na exaustão e os fatores de emissão dos hidrocarbonetos policíclicos aromáticos (HPA) prioritários de um veículo a diesel e as suas respectivas concentrações no diesel usado durante os ensaios de emissão veicular foram determinados com a finalidade de estimar a contribuição dos HPA provenientes do combustível nas emissões. Os produtos da combustão foram coletados diretamente nas emissões brutas do escapamento, utilizando um sistema de amostragem a volume constante sem diluição dos gases da exaustão. Os HPA associados ao MP foram amostrados de forma estratificada, utilizando um impactador em cascata MOUDI e filtros de fibra de vidro como substratos, e os HPA em fase gasosa foram amostrados usando cartuchos de amberlite XAD-2. A concentração dos HPA no óleo lubrificante do motor também foi monitorada ao longo do tempo até a sua troca após 12.000 km de uso. Após a extração e tratamento das amostras, a identificação e quantificação dos HPA foram realizadas, utilizando cromatografia de fase gasosa acoplada à espectrometria de massas (CG-EM) com injetor de grande volume de vaporização com a temperatura programável (PTV-LVI). Cinco variáveis do PTV-LVI foram otimizadas, utilizando planejamento de experimentos, o que permitiu obter limites de detecção menores do que 2,0 g L-1. Somente 7 dos 16 HPA prioritários foram identificados na exaustão: NAP, ACY, ACE, FLU, FEN, FLT e PYR. Os ensaios de emissão veicular foram realizados com o veículo em modo estacionário, sem aplicação de carga e com baixa velocidade de rotação do motor (1500 rpm), utilizando um diesel com menor teor de enxofre (10 mg kg-1) e com 5% v/v de biodiesel. Esses fatores possivelmente contribuíram para reduzir as emissões dos outros 9 HPA a valores abaixo dos limites de detecção do método desenvolvido. Aproximadamente 80% da massa dos HPA totais associados ao MP estavam presentes em partículas com tamanho entre 1,0 m e 56 nm, e aproximadamente 4,5% estavam presentes em partículas menores do que 56 nm. Partículas menores que 2,5 m são facilmente inaladas e depositadas no trato respiratório e na região alveolar, justificando a preocupação com relação às emissões de HPA associados a partículas provenientes da exaustão veicular de motores a diesel. Somente 5 dos 7 HPA identificados na exaustão foram detectados no diesel: NAP, ACY, FLU, FEN e PYR. A razão entre os fatores de emissão (g L-1diesel) dos HPA na exaustão e suas respectivas concentrações do diesel (g L-1) variaram de 0,01 0,02 a 0,05 0,029, dependendo do HPA. Esses valores indicam que pelo menos 95 a 99% dos HPA identificados no diesel foram destruídos e/ou transformados em outros compostos durante a combustão, e/ou foram retidos no reservatório do óleo lubrificante. Por outro lado, os HPA que tiveram maiores concentrações no diesel também apresentaram maiores fatores de emissão, o que sugere que os HPA provenientes do diesel possuem uma contribuição significativa para as emissões dos HPA totais. O perfil dos HPA prioritários no óleo lubrificante mostrou-se semelhante ao perfil dos HPA no diesel e nas emissões totais, onde o NAP, FEN e PYR foram os HPA majoritários

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.

Field emission vacuum power switch using vertically aligned carbon nanotubes

The best field emission properties from carbon nanotube cathodes were obtained when their heights, diameters and spacings were optimized. Field emission currents as high as 10 mA were obtained from 1 cm × 1 cm vertically aligned CNT cathode with optimized parameters grown using dc plasma CVD in situ. It was found that in order to obtain large emission current of >10 mA, space charge effects within the electron beam must be taken into account.

Linking energy policy, electricity generation and transmission using strong sustainability and co-optimization

The design of a sustainable electricity generation and transmission system is based on the established science of anthropogenic climate change and the realization that depending on imported fossil-fuels is becoming a measure of energy insecurity of supply. A model is proposed which integrates generation fuel mix composition, assignment of plants and optimized power flow, using Portugal as a case study. The result of this co-optimized approach is an overall set of generator types/fuels which increases the diversity of Portuguese electricity supply, lowers its dependency on imported fuels by 14.62% and moves the country towards meeting its regional and international obligations of 31% energy from renewables by 2020 and a 27% reduction in greenhouse gas emissions by 2012, respectively. The quantity and composition of power generation at each bus is specified, with particular focus on quantifying the amount of distributed generation. Based on other works, the resultant, overall distributed capacity penetration of 19.02% of total installed generation is expected to yield positive network benefits. Thus, the model demonstrates that national energy policy and technical deployment can be linked through sustainability and, moreover, that the respective goals may be mutually achieved via holistic, integrated design. ©2009 IEEE.

Long-wavelength monolithic mode-locked diode lasers

A detailed study of the design issues relevant to long-wavelength monolithic mode-locked lasers is presented. Following a detailed review of the field, we have devised a validated travelling wave model to explore the limits of mode-locking in monolithic laser diodes, not only in terms of pulse duration and repetition rate, but also in terms of stability. It is shown that fast absorber recovery is crucial for short pulse width, that the ratio of gain to absorption saturation is key in accessing ultrashort pulses and that low alpha factors give only modest benefit. Finally, optimized contact layouts are shown to greatly enhance pulse stability and the overall operational success. The design rules show high levels of consistency with published experimental data.

32 Gb/s multilevel modulation of an 850 nm VCSEL for next-generation datacommunication standards

An 850 nm vertical-cavity surface-emitting laser is modulated at 32 Gb/s using pulse-amplitude modulation with four levels. Transmitter predistortion generates an optimized modulation waveform, which requires a receiver bandwidth of only 15 GHz. © 2011 OSA.

Transparent liquid-crystal-based microlens array using vertically aligned carbon nanofiber electrodes on quartz substrates.

A novel transparent liquid-crystal-based microlens array has been fabricated using an array of vertically aligned multi-wall carbon nanofibers (MWCNFs) on a quartz substrate and its optical characteristics investigated. Electron beam lithography was used for the catalyst patterning on a quartz substrate to grow the MWCNF array of electrodes. The structure of the electrode array was determined through simulation to achieve the best optical performance. Both the patterned catalyst and growth parameters were optimized for optimal MWCNF properties. We report an in-depth optical characterization of these reconfigurable hybrid liquid crystal and nanofiber microlens arrays.

Dynamic modulation of detection window in conducting polymer based biosensors.

Here we demonstrate a novel application that employs the ion exchange properties of conducting polymers (CP) to modulate the detection window of a CP based biosensor under electrical stimuli. The detection window can be modulated by electrochemically controlling the degree of swelling of the CP associated with ion transport in and out of the polymer. We show that the modulation in the detection window of a caffeine imprinted polypyrrole biosensor, and by extension other CP based biosensors, can be achieved with this mechanism. Such dynamic modulation in the detection window has great potential for the development of smart biosensors, where the sensitivity of the sensor can be dynamically optimized for a specific test solution.

Liquid crystal over silicon device characteristics for holographic projection of high-definition television images.

We discuss some fundamental characteristics of a phase-modulating device suitable to holographically project a monochrome video frame with 1280 x 720 resolution. The phase-modulating device is expected to be a liquid crystal over silicon chip with silicon area similar to that of commercial devices. Its basic characteristics, such as number of pixels, bits per pixel, and pixel dimensions, are optimized in terms of image quality and optical efficiency. Estimates of the image quality are made from the noise levels and contrast, while efficiency is calculated by considering the beam apodization, device dead space, diffraction losses, and the sinc envelope.

A modular planar robotic manipulandum with end-point torque control.

Robotic manipulanda are extensively used in investigation of the motor control of human arm movements. They permit the application of translational forces to the arm based on its state and can be used to probe issues ranging from mechanisms of neural control to biomechanics. However, most current designs are optimized for studying either motor learning or stiffness. Even fewer include end-point torque control which is important for the simulation of objects and the study of tool use. Here we describe a modular, general purpose, two-dimensional planar manipulandum (vBOT) primarily optimized for dynamic learning paradigms. It employs a carbon fibre arm arranged as a parallelogram which is driven by motors via timing pulleys. The design minimizes the intrinsic dynamics of the manipulandum without active compensation. A novel variant of the design (WristBOT) can apply torques at the handle using an add-on cable drive mechanism. In a second variant (StiffBOT) a more rigid arm can be substituted and zero backlash belts can be used, making the StiffBOT more suitable for the study of stiffness. The three variants can be used with custom built display rigs, mounting, and air tables. We investigated the performance of the vBOT and its variants in terms of effective end-point mass, viscosity and stiffness. Finally we present an object manipulation task using the WristBOT. This demonstrates that subjects can perceive the orientation of the principal axis of an object based on haptic feedback arising from its rotational dynamics.