Analysis of Natural and Artificial Phenomena Using Signal Processing and Fractional Calculus

In this paper we study several natural and man-made complex phenomena in the perspective of dynamical systems. For each class of phenomena, the system outputs are time-series records obtained in identical conditions. The time-series are viewed as manifestations of the system behavior and are processed for analyzing the system dynamics. First, we use the Fourier transform to process the data and we approximate the amplitude spectra by means of power law functions. We interpret the power law parameters as a phenomenological signature of the system dynamics. Second, we adopt the techniques of non-hierarchical clustering and multidimensional scaling to visualize hidden relationships between the complex phenomena. Third, we propose a vector field based analogy to interpret the patterns unveiled by the PL parameters.

Generalized convolution

The paper revisits the convolution operator and addresses its generalization in the perspective of fractional calculus. Two examples demonstrate the feasibility of the concept using analytical expressions and the inverse Fourier transform, for real and complex orders. Two approximate calculation schemes in the time domain are also tested.

O papel da reflexão colaborativa entre pares na transformação das práticas

Este estudo teve como enfoque o papel da reflexão na escola, para transformação de práticas. Este implicou a realização de um projeto a nível de escola, que teve a colaboração e envolvimento de todos os docentes. A concretização deste projeto permitiu uma compreensão mais aprofundada de diversas potencialidades, quer do exercício da reflexão, como da colaboração entre pares, da investigação‐ação, promovendo a sua utilização, com uma participação ativa de todos. Estamos perante um estudo de natureza interpretativa, que se iniciou com a aplicação de um inquérito por questionário aos docentes participantes, implicando posteriormente, a formação de um grupo de trabalho, com recurso a encontros semanais de reflexão colaborativa, reflexões escritas em critical friend e uma entrevista final aos mesmos. Relativamente aos procedimentos de análise, estes foram do tipo qualitativo tendo‐se privilegiado o discurso oral e escrito utilizado ao longo de todo o estudo. Os resultados auferidos, não diferem muito de outros estudos que se centraram na mesma temática, reconhecendo portanto, as potencialidades formativas da reflexão colaborativa, da investigação‐ação, relativamente ao desenvolvimento dos saberes profissionais, que fomentam a construção de uma nova dinâmica na organização escola. Esta sensibilização possibilitou o desenvolvimento das nossas aprendizagens em toda a instituição facilitando assim a mudança.

O papel da reflexão colaborativa entre pares na transformação das práticas

Este estudo teve como enfoque o papel da reflexão na escola, para transformação de práticas. Este implicou a realização de um projeto a nível de escola, que teve a colaboração e envolvimento de todos os docentes. A concretização deste projeto permitiu uma compreensão mais aprofundada de diversas potencialidades, quer do exercício da reflexão, como da colaboração entre pares, da investigação‐ação, promovendo a sua utilização, com uma participação ativa de todos. Estamos perante um estudo de natureza interpretativa, que se iniciou com a aplicação de um inquérito por questionário aos docentes participantes, implicando posteriormente, a formação de um grupo de trabalho, com recurso a encontros semanais de reflexão colaborativa, reflexões escritas em critical friend e uma entrevista final aos mesmos. Relativamente aos procedimentos de análise, estes foram do tipo qualitativo tendo‐se privilegiado o discurso oral e escrito utilizado ao longo de todo o estudo. Os resultados auferidos, não diferem muito de outros estudos que se centraram na mesma temática, reconhecendo portanto, as potencialidades formativas da reflexão colaborativa, da investigação‐ação, relativamente ao desenvolvimento dos saberes profissionais, que fomentam a construção de uma nova dinâmica na organização escola. Esta sensibilização possibilitou o desenvolvimento das nossas aprendizagens em toda a instituição facilitando assim a mudança.

Risk-based decision support system for life cycle management of industrials plants

Dissertação para obtenção do Grau de Doutor em Engenharia Electrotécnica e de Computadores

Cilia motility studies in zebrafish embryos

A thesis submitted in fulfilment of the requirements for the degree of Masters in Molecular Genetics and Biomedicine

Thermal shock – and its perfect imperfections

Dissertação de Mestrado em Arte e Ciência do Vidro

Valorização da Drêche Cervejeira: Fermentação de Pentoses

O presente trabalho tem como objetivo a otimização da etapa de fermentação dos açúcares obtidos a partir da drêche cervejeira para produção do bioetanol através da utilização das leveduras Pichia stipitis NCYC 1541 e Kluyveromyces marxianus NCYC 2791 como agentes fermentativos. O meio de cultura usado para manter as culturas destas leveduras foi Yeast Extract Peptone Dextrose (YEPD). O principal propósito deste trabalho foi o de encontrar alternativas aos combustíveis fósseis, pautando-se por soluções inofensivas para o meio ambiente e sustentáveis. Assim, o trabalho está dividido em quatro etapas: 1) caraterização química e biológica da drêche; 2) pré-tratamento ácido e hidrólise enzimática para primeiramente quebrar as moléculas de lenhina que envolvem os polímeros de celulose e hemicelulose e em seguida romper as ligações poliméricas destas macromoléculas por ação enzimática e transforma-las em açúcares simples, respetivamente, obtendo-se então a glucose, a maltose, a xilose e a arabinose; e, por último, 3) otimização da etapa de fermentação da glucose, maltose e das pentoses que constitui a condição essencial para se chegar à síntese do bioetanol de um modo eficiente e sustentável e 4) a recuperação do bioetanol produzido por destilação fracionada. A quantificação dos açúcares libertados no processo foi feita recorrendo a análises por cromatografia líquida de alta eficiência (HPLC). Neste estudo foram identificados e quantificados cinco açúcares: Arabinose, Glucose, Maltose, Ribose e Xilose. Na etapa de pré-tratamento e hidrólise enzimática foram usados os ácidos clorídrico (HCl) e nítrico (HNO3) com a concentração de 1% (m/m), e as enzimas Glucanex 100g e Ultraflo L. Foram testadas seis condições de pré-tratamento e hidrólise enzimática, alterando os parâmetros tempo de contacto e razão enzimas/massa de drêche, respetivamente, e mantendo a temperatura (50 ºC), velocidade de agitação (75 rpm) e concentração dos ácidos (1% (m/m)). No processamento de 25 g de drêche seca com 0,5 g de Glucanex, 0,5 mL de Ultraflo e um tempo de reação de 60 minutos para as enzimas foi obtida uma eficiência de 15%, em hidrolisado com 6% da celulose. Realizou-se a fermentação do hidrolisado resultante do pré-tratamento ácido e hidrólise enzimática de drêche cervejeira e de meios sintéticos preparados com os açúcares puros, usando as duas estirpes selecionadas para este estudo: Pichia stipitis NCYC 1541 e Kluyveromyces marxianus NYCY 2791. As eficiências de fermentação dos açúcares nos meios sintéticos foram superiores a 80% para ambas as leveduras. No entanto, as eficiências de fermentação do hidrolisado da drêche foram de 45,10% pela Pichia stipitis e de 36,58 para Kluyveromyces marxianus, para um tempo de fermentação de 72 horas e à temperatura de 30 °C. O rendimento teórico em álcool no hidrolisado da drêche é de 0,27 g/g, três vezes maior do que o real (0,0856 g/g), para Pichia stipitis e de 0,19 g/g seis vezes maior do que o real (0,0308 g/g), para a Kluyveromyces marxianus.

Desenvolvimento de um biossensor para Ácido Glutâmico

A presente dissertação tem com objetivo o desenvolvimento de um biossensor com base nos polímeros de impressão molecular para a deteção de uma molécula alvo, o ácido glutâmico que é convertido em glutamina pela glutamina sintetase, recorrendo à potenciometria. Nas células neoplásicas a glutamina não é sintetizada podendo-se considerar que o ácido glutâmico é um potencial agente anti-cancro. A técnica de impressão molécular utilizada foi a polimerização em bulk, combinando a acrilamida e a bis acrilamida com o ácido glutâmico. Para se verificar se a resposta potenciométrica obtida era de facto da molécula alvo foram preparados em paralelo com os sensores, materiais de controlo, ou seja, moléculas sem impressão molécular (NIP). Para se controlar a constituíção química dos vários sensores nomeadamente, do NIP e do polímero de impressão molecular (MIP) antes e após a remoção bem como a molécula foram realizados estudos de Espetroscopia de Infravermelhos de Transformada de Fourier (FTIR), Scanning electron microscope (SEM) e Espetroscopia de Raios X por dispersão em energia (EDS). Os materiais desenvolvidos foram aplicados em várias membranas que diferiam umas das outras, sendo seletivas ao ião. A avaliação das características gerais das membranas baseou-se na análise das curvas de calibração, conseguidas em meios com pHs diferentes, comparando os vários elétrodos. O pH 5 foi o que apresentou melhor resultado, associado a uma membrana que continha um aditivo, o p-tetra-octilphenol, e com o sensor com percentagem de 3%. Posto isto, testou-se em material biológico, urina, com as melhores características quer em termos de sensibilidade (18,32mV/década) quer em termos de linearidade (1,6x10-6 a 1,48x10-3 mol/L). Verificou-se ainda que aplicando iões interferentes na solução, estes não interferem nesta, podendo ser aplicados na amostra sem que haja alteração na resposta potenciométrica. O elétrodo é capaz de distinguir o ácido glutâmico dos restantes iões presentes na solução.

Processamento e Análise de Imagens Adquiridas através de Cápsula Endoscópica para o Auxílio ao Diagnóstico Clínico

O carcinoma foi a principal causa de morte para cerca de 8,2 milhões de habitantes no ano de 2012 a nível mundial. Deste valor, estima-se que o carcinoma colo retal foi responsável por 694.000 mortes nesse mesmo ano. O tratamento eficaz deste carcinoma carece de uma deteção precoce de determinadas patologias associadas, nomeadamente, à presença de hemorragia ou pólipo na mucosa intestinal. Essa deteção precoce passa pela realização frequente de determinados exames clínicos invasivos, como a endoscopia e a colonoscopia, que poderão ser demasiado invasivos para o Homem para serem realizados regularmente. Assim surgiu a capsula endoscópica (CE) como método de diagnóstico pouco invasivo, confortável, seguro e com a funcionalidade de permitir a visualização de todo o trato gastrointestinal (TGI), uma vez que, com os métodos tradicionais de diagnóstico (endoscopia e colonoscopia) isso não acontece. Técnicas computacionais de processamento e análise de imagem automáticas, tais como filtros de suavização, remoção de ruído, deteção de contorno ou segmentação de zonas de interesse, podem ser utilizadas para facilitar a deteção destas patologias e homogeneizar a resposta entre diferentes clínicos, uma vez que, por cada exame de endoscopia por capsula são recolhidas cerca de 57 600 imagens. As imagens recolhidas a partir da CE passam por uma série de passos de processamento de imagem a m de clarificar a existência ou ausência de patologias no interior do TGI. Essa classificação pretende simplificar e auxiliar o clínico no diagnóstico precoce relativamente às patologias em causa, assim como reduzir o seu cansaço, aumentar a sua performance e aumentar a sua eficiência na análise de dados. Neste contexto e em parceria com a empresa INOVA+, esta tese está integrada no projeto PhotonicPill cofinanciado pelo QREN (Quadro de Referência Estratégico Nacional). Este projeto visa desenvolver um conjunto de módulos baseados em fotónica para incorporar numa CE, a m de possibilitar um diagnóstico mais preciso e atempado de diversas patologias, nomeadamente a presença de pólipos e hemorragias, assim como a possibilidade de terapêutica em locais do trato gastrointestinal de difícil acesso, como é o caso do intestino delgado. Um dos módulos baseados em fotónica assenta na tecnologia narrow band imaging (NBI). A contribuição desta tese no projeto prendeu-se no desenvolvimento de 3 métodos de deteção automática. O primeiro direcionado para a deteção de hemorragia, baseou-se na identificação dos valores mínimos e máximos dos canais de R,G,B para criar um valor de threshold duplo. De seguida, complementa-se o método através de operações morfológicas e operações locais. O segundo método de deteção automática é direcionado para a deteção de pólipo e baseou-se na aplicação da transformada de watershed juntamente com o cálculo de medidas associadas à forma típica de um pólipo. Por último, desenvolveu-se um método de deteção de vascularização na mucosa intestinal recorrendo essencialmente à deteção de valores máximos para cada canal do modelo RGB, definindo um valor de threshold máximo para cada um dos três canais. Uma vez testados os algoritmos e obtendo uma percentagem de especificidade e sensibilidade média superior a 70% em todos os métodos, desenvolveu-se um protótipo de uma interface gráfica para este sistema de apoio à decisão clínica que engloba os três parâmetros em análise: deteção de hemorragia, deteção de pólipo e deteção de vascularização. Esta interface fará toda a gestão do processo, ou seja, fara de forma automática a deteção e classificação das patologias a detetar, lançando uma mensagem de alerta ao clínico a informar se o paciente é ou não portador de alguma das anomalias em análise.

Geospatial data harmonization from regional level to european level: a usa case in forest fire data

Dissertation submitted in partial fulfillment of the requirements for the Degree of Master of Science in Geospatial Technologies.

Materiais e dispositivos sensores para a Norfloxacina

O trabalho consistiu no desenvolvimento e caracterização de sensores potenciométricos com base em polímeros de impressão molecular para a determinação de um antibiótico, a norfloxacina, em aquacultura. A simplicidade, o baixo custo e a interação rápida e reversível dos sensores potenciométricos com os analitos fizeram com que este fosse o tipo de sensor escolhido. O material sensor foi obtido por tecnologia de impressão molecular, baseada em polimerização em bulk, em que a NOR foi a molécula molde e foram utilizados como monómeros para autoconstrução dos sensores o pirrol, isoladamente, ou em conjunto com partículas de sílica gel funcionalizadas com 3-aminopropil. Também foi obtido material sensor, para controlo, em que a molécula molde NOR não estava presente (NIP). As características dos materiais sensores foram sujeitas a análise de microscopia eletrónica SEM e análise por espectrómetro de infravermelhos com transformada de Fourier. Os materiais sensores foram incluídos em membranas poliméricas, que seriam incorporadas em elétrodos. A avaliação do desempenho dos elétrodos foi feita através de curvas de calibração em diferentes meios (PBS, MES e HEPES). Também foi efetuada com sucesso a análise da sensibilidade dos elétrodos em água dopada. As diversas avaliações e análises efetuadas levaram a concluir que o MIP de pirrol com aditivo aniónico, foi o material sensor testado que permitiu obter melhores propriedades de resposta.

Automatic Small Bowel Tumor Diagnosis by Using Multi-Scale Wavelet-Based Analysis in Wireless Capsule Endoscopy Images

BACKGROUND: Wireless capsule endoscopy has been introduced as an innovative, non-invasive diagnostic technique for evaluation of the gastrointestinal tract, reaching places where conventional endoscopy is unable to. However, the output of this technique is an 8 hours video, whose analysis by the expert physician is very time consuming. Thus, a computer assisted diagnosis tool to help the physicians to evaluate CE exams faster and more accurately is an important technical challenge and an excellent economical opportunity. METHOD: The set of features proposed in this paper to code textural information is based on statistical modeling of second order textural measures extracted from co-occurrence matrices. To cope with both joint and marginal non-Gaussianity of second order textural measures, higher order moments are used. These statistical moments are taken from the two-dimensional color-scale feature space, where two different scales are considered. Second and higher order moments of textural measures are computed from the co-occurrence matrices computed from images synthesized by the inverse wavelet transform of the wavelet transform containing only the selected scales for the three color channels. The dimensionality of the data is reduced by using Principal Component Analysis. RESULTS: The proposed textural features are then used as the input of a classifier based on artificial neural networks. Classification performances of 93.1% specificity and 93.9% sensitivity are achieved on real data. These promising results open the path towards a deeper study regarding the applicability of this algorithm in computer aided diagnosis systems to assist physicians in their clinical practice.

IPTV data reduction strategy to measure real users’ behaviours

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Informática

Relatório de estágio em ensino do 1.º ciclo do ensino básico

Relatório EPE - Relatório de estágio em Educação Pré-Escolar: O trabalho realizado no relatório de estágio tem como propósito a reflexão e análise crítica de todo o processo desenvolvido no contexto de educação pré-escolar, no âmbito da Unidade Curricular (UC) de Prática Pedagógica Supervisionada, Ao longo do presente relatório será mobilizado o quadro teórico e conceptual da formanda que sustentou e orientou as práticas desenvolvidas no decorrer do período de estágio, evocando autores conceituados como Piaget, Vygotsky, Oliveira-Formosinho, Zabalza, Roldão, entre muitos outros. Deste modo, será mencionado o papel da criança bem como a natureza do seu processo de desenvolvimento e de construção, evidenciando o seu papel ativo, participativo e construtivo. Também, será referida a importância do papel do Educador de infância, bem como os princípios deontológicos que o orientam na sua construção profissional e pessoal. Torna-se, também, fundamental referir os referenciais legais que norteiam a Educação Pré-Escolar referindo a sua importância no desenvolvimento das crianças, assim como os modelos curriculares e pedagógicos que orientam a práxis pedagógica, permitindo a construção de práticas fundamentadas e conscientes. Para isso é, também, imprescindível adotar uma atitude indagadora de caráter investigativo, crítico e reflexivo, permitindo responder de forma adequada às necessidades individuais de cada criança, numa perspetiva diferenciada e individualizada, mas também global. Neste sentido, ao longo de todo o período de estágio, foi adotada, a metodologia de investigação-ação, denotando a importância dos momentos de observação, planificação, ação e reflexão. Só desta forma foi possível compreender a realidade, de modo a transformá-la com o intuito de melhorar a qualidade da Educação