MIRACLE Project Plan

Social scientists have used agent-based models (ABMs) to explore the interaction and feedbacks among social agents and their environments. The bottom-up structure of ABMs enables simulation and investigation of complex systems and their emergent behaviour with a high level of detail; however the stochastic nature and potential combinations of parameters of such models create large non-linear multidimensional “big data,” which are difficult to analyze using traditional statistical methods. Our proposed project seeks to address this challenge by developing algorithms and web-based analysis and visualization tools that provide automated means of discovering complex relationships among variables. The tools will enable modellers to easily manage, analyze, visualize, and compare their output data, and will provide stakeholders, policy makers and the general public with intuitive web interfaces to explore, interact with and provide feedback on otherwise difficult-to-understand models.

On the Selection of Non-Invasive Methods Based on Speech Analysis Oriented to Automatic Alzheimer Disease Diagnosis

The work presented here is part of a larger study to identify novel technologies and biomarkers for early Alzheimer disease (AD) detection and it focuses on evaluating the suitability of a new approach for early AD diagnosis by non-invasive methods. The purpose is to examine in a pilot study the potential of applying intelligent algorithms to speech features obtained from suspected patients in order to contribute to the improvement of diagnosis of AD and its degree of severity. In this sense, Artificial Neural Networks (ANN) have been used for the automatic classification of the two classes (AD and control subjects). Two human issues have been analyzed for feature selection: Spontaneous Speech and Emotional Response. Not only linear features but also non-linear ones, such as Fractal Dimension, have been explored. The approach is non invasive, low cost and without any side effects. Obtained experimental results were very satisfactory and promising for early diagnosis and classification of AD patients.

Using the system dynamics paradigm in teaching and learning technological university subjets

2nd International Conference on Education and New Learning Technologies

Existence, uniqueness, and stability of solutions of a class of nonlinear partial differential equations

In this study we investigate the existence, uniqueness and asymptotic stability of solutions of a class of nonlinear integral equations which are representations for some time dependent non- linear partial differential equations. Sufficient conditions are established which allow one to infer the stability of the nonlinear equations from the stability of the linearized equations. Improved estimates of the domain of stability are obtained using a Liapunov Functional approach. These results are applied to some nonlinear partial differential equations governing the behavior of nonlinear continuous dynamical systems.

New variational principles for systems of partial differential equations

The question of finding variational principles for coupled systems of first order partial differential equations is considered. Using a potential representation for solutions of the first order system a higher order system is obtained. Existence of a variational principle follows if the original system can be transformed to a self-adjoint higher order system. Existence of variational principles for all linear wave equations with constant coefficients having real dispersion relations is established. The method of adjoining some of the equations of the original system to a suitable Lagrangian function by the method of Lagrange multipliers is used to construct new variational principles for a class of linear systems. The equations used as side conditions must satisfy highly-restrictive integrability conditions. In the more difficult nonlinear case the system of two equations in two independent variables can be analyzed completely. For systems determined by two conservation laws the side condition must be a conservation law in addition to satisfying the integrability conditions.

Mechanistic aspects of the Ziegler-Natta polymerization

The isotope effect on propagation rate was determined for four homogeneous ethylene polymerization systems. The catalytic system Cp_2Ti(Et)Cl + EtA1Cl_2 has a k^H_p/k^D_p = 1.035 ± 0.03. This result strongly supports an insertion mechanism which does not involve a hydrogen migration during the rate determining step of propagation (Cossee mechanism). Three metal-alkyl free systems were also studied. The catalyst I_2 (PMe_3)_3Ta(neopentylidene)(H) has a k^H_p/k^D_p = 1.709. It is interpreted as a primary isotope effect involving a non-linear a-hydrogen migration during the rate determining step of propagation (Green mechanism). The lanthanide complexes Cp*_2LuMe•Et_2O and Cp*_2YbMe•Et_2O have a k^H_p/k^D_p = 1.46 and 1.25, respectively. They are interpreted as primary isotope effects due to a partial hydrogen migration during the rate determining step of propagation.

The presence of a precoordination or other intermediate species during the polymerization of ethylene by the mentioned metal-alkyl free catalysts was sought by low temperature NMR spectroscopy. However, no evidence for such species was found. If they exist, their concentrations are very small or their lifetimes are shorter than the NMR time scale.

Two titanocene (alkenyl)chlorides (hexenyl 1 and heptenyl 2 were prepared from titanocene dichloride and a THF solution of the corresponding alkenylmagnesium chloride. They do not cyclize in solution when alone, but cyclization to their respective titanocene(methyl(cycloalkyl) chlorides occurs readily in the presence of a Lewis acid. It is demonstrated that such cyclization occurs with the alkenyl ligand within the coordination sphere of the titanium atom. Cyclization of 1 with EtAlCl_2 at 0°C occurs in less than 95 msec (ethylene insertion time), as shown by the presence of 97% cyclopentyl-capped oligomers when polymerizing ethylene with this system. Some alkyl exchange occurs (3%). Cyclization of 2 is slower under the same reaction conditions and is not complete in 95 msec as shown by the presence of both cyclohexyl-capped oligomers (35%) and odd number α-olefin oligomers (50%). Alkyl exchange is more extensive as evidenced by the even number n-alkanes (15%).

Cyclization of 2-d_1 (titanocene(hept-6-en-1-yl-1-d_1)chloride) with EtA1Cl_2 demonstrated that for this system there is no α-hydrogen participation during said process. The cyclization is believed to occur by a Cossee-type mechanism. There was no evidence for precoordination of the alkenyl double bond during the cyclization process.

Optimizations for the uniformity of the non-volatile volume grating in doubly doped LiNbO3 crystals

The formation of the non-uniformity of the non-volatile volume grating in doubly doped LiNbO3 crystals is studied in detail. We find that the non-uniformity of the grating is mainly caused by strong ultraviolet light absorption, and the average saturation space-charge field is small and the diffraction efficiency is low as a result of the non-uniformity of the grating. In order to optimize the uniformity of the grating, we propose the recording scheme by using two sensitizing beams simultaneously from the two opposite sides of the crystals. Theoretical simulations and experimental verifications are performed. Results show that the well uniformed grating with high diffraction efficiency can be obtained by using this optimization scheme. (c) 2004 Elsevier B.V. All rights reserved.

Transmission matrices and lumped parameter models for continuous systems

The use of transmission matrices and lumped parameter models for describing continuous systems is the subject of this study. Non-uniform continuous systems which play important roles in practical vibration problems, e.g., torsional oscillations in bars, transverse bending vibrations of beams, etc., are of primary importance.

A new approach for deriving closed form transmission matrices is applied to several classes of non-uniform continuous segments of one dimensional and beam systems. A power series expansion method is presented for determining approximate transmission matrices of any order for segments of non-uniform systems whose solutions cannot be found in closed form. This direct series method is shown to give results comparable to those of the improved lumped parameter models for one dimensional systems.

Four types of lumped parameter models are evaluated on the basis of the uniform continuous one dimensional system by comparing the behavior of the frequency root errors. The lumped parameter models which are based upon a close fit to the low frequency approximation of the exact transmission matrix, at the segment level, are shown to be superior. On this basis an improved lumped parameter model is recommended for approximating non-uniform segments. This new model is compared to a uniform segment approximation and error curves are presented for systems whose areas very quadratically and linearly. The effect of varying segment lengths is investigated for one dimensional systems and results indicate very little improvement in comparison to the use of equal length segments. For purposes of completeness, a brief summary of various lumped parameter models and other techniques which have previously been used to approximate the uniform Bernoulli-Euler beam is a given.

Self-Organized Criticality, Plasticity and Sensorimotor Coupling. Explorations with a Neurorobotic Model in a Behavioural Preference Task

During the last two decades, analysis of 1/f noise in cognitive science has led to a considerable progress in the way we understand the organization of our mental life. However, there is still a lack of specific models providing explanations of how 1/f noise is generated in coupled brain-body-environment systems, since existing models and experiments typically target either externally observable behaviour or isolated neuronal systems but do not address the interplay between neuronal mechanisms and sensorimotor dynamics. We present a conceptual model of a minimal neurorobotic agent solving a behavioural task that makes it possible to relate mechanistic (neurodynamic) and behavioural levels of description. The model consists of a simulated robot controlled by a network of Kuramoto oscillators with homeostatic plasticity and the ability to develop behavioural preferences mediated by sensorimotor patterns. With only three oscillators, this simple model displays self-organized criticality in the form of robust 1/f noise and a wide multifractal spectrum. We show that the emergence of self-organized criticality and 1/f noise in our model is the result of three simultaneous conditions: a) non-linear interaction dynamics capable of generating stable collective patterns, b) internal plastic mechanisms modulating the sensorimotor flows, and c) strong sensorimotor coupling with the environment that induces transient metastable neurodynamic regimes. We carry out a number of experiments to show that both synaptic plasticity and strong sensorimotor coupling play a necessary role, as constituents of self-organized criticality, in the generation of 1/f noise. The experiments also shown to be useful to test the robustness of 1/f scaling comparing the results of different techniques. We finally discuss the role of conceptual models as mediators between nomothetic and mechanistic models and how they can inform future experimental research where self-organized critically includes sensorimotor coupling among the essential interaction-dominant process giving rise to 1/f noise.

Faltas de alta impedancia. Comportamiento y características.

[ES]El objetivo del presente trabajo es realizar un estado del arte sobre las faltas de alta impedancia en sistemas de distribución, sus características, causas y consecuencias. El estudio se acompaña con simulaciones software que se llevarán a cabo mediante el software Matlab a través de un modelo que represente su carácter no lineal y aleatorio.

Modelagem do comportamento estrutural de sistemas treliçados espaciais para escoramentos de estruturas de aço, concreto e mistas (aço-concreto).

A utilização de treliças para o escoramento de elementos estruturais de concreto armado e aço é considerada uma solução eficaz para o atual sistema de construção de engenharia civil. Uma mudança de atitude no processo de construção, associado com a redução dos custos causou um aumento considerável na utilização de treliças tridimensionais em aço com maior capacidade de carga. Infelizmente, o desenho destes sistemas estruturais baseia-se em cálculos muito simplificados relacionadas com vigas de uma dimensão, com propriedades de inércia constantes. Tal modelagem, muito simplificada, não pode representar adequadamente a resposta real dos modelos estruturais e pode levar a inviabilidade econômica ou mesmo inseguro desenho estrutural. Por outro lado, estas estruturas treliçadas estão relacionadas com modelos de geometria complexa e são desenhados para suportar níveis de cargas muito elevadas. Portanto, este trabalho de investigação propôs modelos de elementos finitos que representam o caráter tridimensional real do sistema de escoramento, avaliando o comportamento estático e dinâmico estrutural com mais confiabilidade e segurança. O modelo computacional proposto, desenvolvido para o sistema estrutural não linear de análise estática e dinâmica, aprovou as habituais técnicas de refinamento de malha presentes em simulações do método de elementos finitos, com base no programa ANSYS [1]. O presente estudo analisou os resultados de análises linear-elástica e não linear geométrica para ações de serviço, físicos e geométricos para as ações finais. Os resultados do presente estudo foram obtidas, com base na análise linear-elástica e não linearidade geométrica e física, e comparados com os fornecidos pela metodologia simplificada tradicional de cálculo e com os limites recomendadas por normas de concepção.

Influência do comportamento semi-rígido de placas de base e de ligações viga-coluna na resposta dinâmica de pórticos de aço.

Tradicionalmente, na análise e dimensionamento de estruturas de aço, assume-se que as ligações viga-coluna são rígidas ou flexíveis (rotuladas). Por outro lado, é de conhecimento geral que a grande maioria das ligações viga-coluna apresenta um comportamento intermediário, ou seja, semi-rígido. Inúmeros trabalhos de pesquisa têm sido desenvolvidos nos últimos vinte e cinco anos, de forma a estudar o comportamento desse tipo de ligação. Um dos principais objetivos desta investigação é o de propor uma metodologia de análise que represente de forma apropriada a influência do comportamento semi-rígido de placas de base e de ligações viga-coluna, sobre a resposta dinâmica (linear e não-linear) de estruturas de aço. Outra contribuição desta dissertação diz respeito à investigação do comportamento dinâmico (linear e não-linear) de pórticos de aço, a partir da consideração de ligações viga-coluna simétricas e não-simétricas e especialmente das placas de base. A análise estrutural é desenvolvida com base no emprego do programa de elementos finitos ANSYS [27]. Nos modelos em elementos finitos foram considerados os efeitos de não-linearidade geométrica (efeitos de segunda ordem), o comportamento não-linear das placas de base e das ligações viga-coluna e, bem como, o efeito de histerese que ocorre quando a estrutura é submetida a cargas cíclicas. Os resultados alcançados indicaram que o fenômeno físico da ressonância não ocorre no que se refere à resposta dinâmica dos modelos semi-rígidos não-lineares. A ressonância não ocorre na resposta dos modelos devido ao fato de que, na análise dinâmica não-linear, o efeito de histerese presente nas ligações (placas de base e viga-coluna), essencialmente com comportamento não-linear, provoca um amortecimento na resposta dinâmica da estrutura.

Aperfeiçoamento da previsão global em séries temporais caóticas

A previsão de valores futuros em séries temporais produzidas por sistemas caóticos pode ser aplicada em diversas áreas do conhecimento como Astronomia, Economia, Física, Medicina, Meteorologia e Oceanografia. O método empregado consiste na reconstrução do espaço de fase seguido de um termo de melhoria da previsão. As rotinas utilizadas para a previsão e análise nesta linha de pesquisa fazem parte do pacote TimeS, que apresenta resultados encorajadores nas suas aplicações. O aperfeiçoamento das rotinas computacionais do pacote com vistas à melhoria da acurácia obtida e à redução do tempo computacional é construído a partir da investigação criteriosa da minimização empregada na obtenção do mapa global. As bases matemáticas são estabelecidas e novas rotinas computacionais são criadas. São ampliadas as possibilidades de funções de ajuste que podem incluir termos transcendentais nos componentes dos vetores reconstruídos e também possuir termos lineares ou não lineares nos parâmetros de ajuste. O ganho de eficiência atingido permite a realização de previsões e análises que respondem a perguntas importantes relacionadas ao método de previsão e ampliam a possibilidade de aplicações a séries reais.

Análise dinâmica não-linear de pisos mistos (aço-concreto) submetidos a ações humanas rítmicas.

Atualmente, o crescimento dos problemas de vibrações excessivas sobre pisos mistos (aço-concreto) tem conduzido à necessidade de desenvolvimento de critérios específicos para projetos estruturais submetidos à ação de atividades humanas rítmicas. Com base no desenvolvimento desta dissertação de mestrado, objetiva-se, principalmente, verificar a influência das ligações estruturais (ligações viga-viga), sobre a resposta dinâmica não-linear de pisos mistos (aço-concreto) de edificações, quando submetidos a cargas dinâmicas humanas rítmicas. Deste modo, o carregamento dinâmico empregado para a simulação das atividades humanas sobre o modelo estrutural investigado foi obtido através de testes experimentais com indivíduos praticando atividades rítmicas e não rítmicas. O modelo analisado nesta dissertação corresponde a um piso misto (aço-concreto) com uma área total de 1600m2 e consiste de um ambiente onde serão desenvolvidas atividades de ginástica aeróbica. O sistema estrutural é constituído por lajes de concreto armado apoiadas sobre vigas de aço, simulando o comportamento de um sistema estrutural misto (aço-concreto) com interação total. A metodologia de análise desenvolvida emprega técnicas usuais de discretização presentes no método dos elementos finitos, com base no emprego do programa ANSYS. A modelagem do sistema contempla ligações estruturais do tipo rígidas, semirrígidas e flexíveis. Os valores das acelerações de pico foram comparados com os limites recomendados por normas de projeto, baseando-se em critérios de conforto humano. As conclusões alcançadas ao longo deste trabalho de pesquisa revelam que as ligações estruturais do tipo viga-viga não apresentam influência significativa, no que diz respeito a resposta dinâmica não-linear da estrutura. Por outro lado, as acelerações de pico obtidas com base na análise dinâmica não-linear apresentam valores elevados indicando que o piso misto (aço-concreto) investigado apresenta problemas de vibração excessiva inerentes ao conforto humano.