Service building in dense service provider environments

Genericamente falando, os serviços sobre redes têm vindo a afastar-se de um modelo monolítico para um modelo de criação de serviços que permite ou - como é mais frequente - requer a cooperação entre vários Provedores de Serviço. A Internet, que tem vindo a forçar a convergência de serviços, mostra que começa a ser virtualmente impossível a um único operador fornecer qualquer serviço com um mínimo de interesse para os utilizadores. Esta tese foca-se em serviços de transporte (e.g., connectividade) e discute o impacto das fronteira que as ofertas de serviços têm com o negócio. A questão central é a seguinte: o que muda quando o mesmo serviço é oferecido não apenas por um mas por mais do que um Provedor de Serviço. Por um lado, esta tese cobre, em abs tracto, a noção de Provedor se Serviço, como evoluiu e em que sentido está a evoluir, particularmente num contexto de muitos Provedores de Serviço. Os primeiros capítulos desta tese analizam e propõem arquitecturas para cooperação inter-Provedor-de-Serviço e para serviços comuns tais como multimédia. Por outro lado, oferece-se soluções práticas, com as respectivas avaliações, para alguns problemas, que ainda hoje se mantêm em aberto, tais como encaminhamento inter-domínio, Qualidade-de-Serviço, Mobilidade e distribuição de conteúdos, tais como as contribuições relacionadas com o impacto da noção administrativa de Sistemas Autónomos sobre encaminhamento inter-domínio, uma arquitectura de transporte inter-domínio e o problema que levanta da ineficiência que decorre do planeamento não- cooperativo de Redes de Entrega de Conteúdos.

Ultrasonic location system

Esta tese apresenta um sistema de localização baseado exclusivamente em ultrassons, não necessitando de recorrer a qualquer outra tecnologia. Este sistema de localização foi concebido para poder operar em ambientes onde qualquer outra tecnologia não pode ser utilizada ou o seu uso está condicionado, como são exemplo aplicações subaquáticas ou ambientes hospitalares. O sistema de localização proposto faz uso de uma rede de faróis fixos permitindo que estações móveis se localizem. Devido à necessidade de transmissão de dados e medição de distâncias foi desenvolvido um pulso de ultrassons robusto a ecos que permite realizar ambas as tarefas com sucesso. O sistema de localização permite que as estações móveis se localizem escutando apenas a informação em pulsos de ultrassons enviados pelos faróis usando para tal um algoritmo baseado em diferenças de tempo de chegada. Desta forma a privacidade dos utilizadores é garantida e o sistema torna-se completamente independente do número de utilizadores. Por forma a facilitar a implementação da rede de faróis apenas será necessário determinar manualmente a posição de alguns dos faróis, designados por faróis âncora. Estes irão permitir que os restantes faróis, completamente autónomos, se possam localizar através de um algoritmo iterativo de localização baseado na minimização de uma função de custo. Para que este sistema possa funcionar como previsto será necessário que os faróis possam sincronizar os seus relógios e medir a distância entre eles. Para tal, esta tese propõe um protocolo de sincronização de relógio que permite também obter as medidas de distância entre os faróis trocando somente três mensagens de ultrassons. Adicionalmente, o sistema de localização permite que faróis danificados possam ser substituídos sem comprometer a operabilidade da rede reduzindo a complexidade na manutenção. Para além do mencionado, foi igualmente implementado um simulador de ultrassons para ambientes fechados, o qual provou ser bastante preciso e uma ferramenta de elevado valor para simular o comportamento do sistema de localização sobre condições controladas.

Navigation in dynamic environments taking advantage of moving agents

Esta tese propõe uma forma diferente de navegação de robôs em ambientes dinâmicos, onde o robô tira partido do movimento de pedestres, com o objetivo de melhorar as suas capacidades de navegação. A ideia principal é que, ao invés de tratar as pessoas como obstáculos dinâmicos que devem ser evitados, elas devem ser tratadas como agentes especiais com conhecimento avançado em navegação em ambientes dinâmicos. Para se beneficiar do movimento de pedestres, este trabalho propõe que um robô os selecione e siga, de modo que possa mover-se por caminhos ótimos, desviar-se de obstáculos não detetados, melhorar a navegação em ambientes densamente populados e aumentar a sua aceitação por outros humanos. Para atingir estes objetivos, novos métodos são desenvolvidos na área da seleção de líderes, onde duas técnicas são exploradas. A primeira usa métodos de previsão de movimento, enquanto a segunda usa técnicas de aprendizagem por máquina, para avaliar a qualidade de candidatos a líder, onde o treino é feito com exemplos reais. Os métodos de seleção de líder são integrados com algoritmos de planeamento de movimento e experiências são realizadas para validar as técnicas propostas.

Aprendizagem matemática no ensino superior: a influência da plataforma M@T-educar com sucesso

Novas abordagens educacionais têm vindo a surgir como resultado de mudanças económicas, sociais e políticas, que levaram, a nível europeu ao desenvolvimento do Processo de Bolonha. As instituições de ensino superior enfrentam, assim, novos desafios e oportunidades, nomeadamente, o desenvolvimento de contextos educativos mais centrados nas aprendizagens dos alunos, promotores de cidadãos mais autónomos, mais ativos e mais provocadores, capazes de responderem às exigências da Sociedade do Conhecimento global. Diversos estudos apontam a importância de ambientes online na persecução desses objetivos, designadamente na área da Matemática. Neste contexto, desenvolveu-se a plataforma online – M@t-educar com Sucesso – que, a partir da informação teórica, permite a resolução de tarefas interativas, algumas delas contendo animações, das quais se fornece um feedback imediato, a qual carece de avaliação. Assim, este estudo tem como objetivo principal avaliar a influência da exploração prévia às aulas da referida plataforma no desenvolvimento de conhecimentos e capacidades matemáticas, da autonomia e do interesse por essa área em estudantes do ensino superior. O estudo ocorreu na unidade curricular de Cálculo Infinitesimal do Curso Superior de Gestão de uma instituição do ensino superior. Metodologicamente, optou-se por uma abordagem mista de investigação e pelo design de estudo de caso, tendo-se partido de uma análise macro, envolvendo todos os alunos de Cálculo Infinitesimal, seguida de uma análise meso, considerando os alunos da turma da professora/investigadora, que foi evoluindo para uma análise micro, estudando cinco casos da turma. Para tal, utilizaram-se diversas técnicas de recolha de dados – inquirição, observação e análise documental, suportadas por variados instrumentos. A análise estatística e de conteúdo a que os dados foram submetidos permite concluir que a exploração prévia dos conteúdos através desta plataforma contribui para o desenvolvimento, principalmente, de autonomia e da capacidade de aplicação de conhecimento produzido à resolução de tarefas de diversa natureza.

Grounding human vocabulary in robot perception through interaction

This thesis addresses the problem of word learning in computational agents. The motivation behind this work lies in the need to support language-based communication between service robots and their human users, as well as grounded reasoning using symbols relevant for the assigned tasks. The research focuses on the problem of grounding human vocabulary in robotic agent’s sensori-motor perception. Words have to be grounded in bodily experiences, which emphasizes the role of appropriate embodiments. On the other hand, language is a cultural product created and acquired through social interactions. This emphasizes the role of society as a source of linguistic input. Taking these aspects into account, an experimental scenario is set up where a human instructor teaches a robotic agent the names of the objects present in a visually shared environment. The agent grounds the names of these objects in visual perception. Word learning is an open-ended problem. Therefore, the learning architecture of the agent will have to be able to acquire words and categories in an openended manner. In this work, four learning architectures were designed that can be used by robotic agents for long-term and open-ended word and category acquisition. The learning methods used in these architectures are designed for incrementally scaling-up to larger sets of words and categories. A novel experimental evaluation methodology, that takes into account the openended nature of word learning, is proposed and applied. This methodology is based on the realization that a robot’s vocabulary will be limited by its discriminatory capacity which, in turn, depends on its sensors and perceptual capabilities. An extensive set of systematic experiments, in multiple experimental settings, was carried out to thoroughly evaluate the described learning approaches. The results indicate that all approaches were able to incrementally acquire new words and categories. Although some of the approaches could not scale-up to larger vocabularies, one approach was shown to learn up to 293 categories, with potential for learning many more.

Architecture for real-time coordination of multiple autonomous mobile units

Interest on using teams of mobile robots has been growing, due to their potential to cooperate for diverse purposes, such as rescue, de-mining, surveillance or even games such as robotic soccer. These applications require a real-time middleware and wireless communication protocol that can support an efficient and timely fusion of the perception data from different robots as well as the development of coordinated behaviours. Coordinating several autonomous robots towards achieving a common goal is currently a topic of high interest, which can be found in many application domains. Despite these different application domains, the technical problem of building an infrastructure to support the integration of the distributed perception and subsequent coordinated action is similar. This problem becomes tougher with stronger system dynamics, e.g., when the robots move faster or interact with fast objects, leading to tighter real-time constraints. This thesis work addressed computing architectures and wireless communication protocols to support efficient information sharing and coordination strategies taking into account the real-time nature of robot activities. The thesis makes two main claims. Firstly, we claim that despite the use of a wireless communication protocol that includes arbitration mechanisms, the self-organization of the team communications in a dynamic round that also accounts for variable team membership, effectively reduces collisions within the team, independently of its current composition, significantly improving the quality of the communications. We will validate this claim in terms of packet losses and communication latency. We show how such self-organization of the communications can be achieved in an efficient way with the Reconfigurable and Adaptive TDMA protocol. Secondly, we claim that the development of distributed perception, cooperation and coordinated action for teams of mobile robots can be simplified by using a shared memory middleware that replicates in each cooperating robot all necessary remote data, the Real-Time Database (RTDB) middleware. These remote data copies, which are updated in the background by the selforganizing communications protocol, are extended with age information automatically computed by the middleware and are locally accessible through fast primitives. We validate our claim showing a parsimonious use of the communication medium, improved timing information with respect to the shared data and the simplicity of use and effectiveness of the proposed middleware shown in several use cases, reinforced with a reasonable impact in the Middle Size League of RoboCup.

Perception and software architecture for mobile robotics

When developing software for autonomous mobile robots, one has to inevitably tackle some kind of perception. Moreover, when dealing with agents that possess some level of reasoning for executing their actions, there is the need to model the environment and the robot internal state in a way that it represents the scenario in which the robot operates. Inserted in the ATRI group, part of the IEETA research unit at Aveiro University, this work uses two of the projects of the group as test bed, particularly in the scenario of robotic soccer with real robots. With the main objective of developing algorithms for sensor and information fusion that could be used e ectively on these teams, several state of the art approaches were studied, implemented and adapted to each of the robot types. Within the MSL RoboCup team CAMBADA, the main focus was the perception of ball and obstacles, with the creation of models capable of providing extended information so that the reasoning of the robot can be ever more e ective. To achieve it, several methodologies were analyzed, implemented, compared and improved. Concerning the ball, an analysis of ltering methodologies for stabilization of its position and estimation of its velocity was performed. Also, with the goal keeper in mind, work has been done to provide it with information of aerial balls. As for obstacles, a new de nition of the way they are perceived by the vision and the type of information provided was created, as well as a methodology for identifying which of the obstacles are team mates. Also, a tracking algorithm was developed, which ultimately assigned each of the obstacles a unique identi er. Associated with the improvement of the obstacles perception, a new algorithm of estimating reactive obstacle avoidance was created. In the context of the SPL RoboCup team Portuguese Team, besides the inevitable adaptation of many of the algorithms already developed for sensor and information fusion and considering that it was recently created, the objective was to create a sustainable software architecture that could be the base for future modular development. The software architecture created is based on a series of di erent processes and the means of communication among them. All processes were created or adapted for the new architecture and a base set of roles and behaviors was de ned during this work to achieve a base functional framework. In terms of perception, the main focus was to de ne a projection model and camera pose extraction that could provide information in metric coordinates. The second main objective was to adapt the CAMBADA localization algorithm to work on the NAO robots, considering all the limitations it presents when comparing to the MSL team, especially in terms of computational resources. A set of support tools were developed or improved in order to support the test and development in both teams. In general, the work developed during this thesis improved the performance of the teams during play and also the e ectiveness of the developers team when in development and test phases.

Hábitos de leitura de alunos dos 2.º e 3.º ciclos do ensino básico na E.B. 2,3 Poeta Emiliano da Costa

Dissertação de mest., Promoção e Mediação da Leitura, Faculdade de Ciências Humanas e Sociais, Univ. do Algarve, 2012

Atitudes e emoções de alunos do 4º ano perante desafios matemáticos

Neste estudo, procuro compreender quais as atitudes e emoções de alunos do 4.º ano do ensino básico na resolução de desafios matemáticos, num ambiente extra-curricular. Para focar o problema de investigação, formulei as seguintes questões: i) Quais as atitudes de alunos do 4.º ano perante desafios matemáticos fora do contexto de sala de aula?; ii) Que tipo de emoções manifestam os alunos no âmbito ‘não escolar’?; iii) Que tipo de interacções se desenvolvem neste ambiente? e iv) Qual a relação entre estas interacções e as atitudes e emoções dos alunos fora da sala de aula? O quadro teórico ressalta a importância de considerarmos o domínio afectivo nas relações dos alunos com a Matemática e, consequentemente, no seu desempenho escolar. Mostra a complexidade de se atingir um consenso na definição de conceitos, na determinação dos conceitos a ter em conta e das fronteiras que os separem. Por último, esclareço o que entendo por atitude, emoção e desafio matemático. A experiência educacional desenvolveu-se uma vez por semana durante aproximadamente uma hora em horário extra-curricular, entre os meses de Outubro e Fevereiro de 2008/2009. Foram trabalhados treze desafios matemáticos, num total de dezassete sessões, com treze alunos voluntários do 4.º ano de escolaridade. Optei por uma metodologia de estudo de caso, dentro do paradigma de investigação qualitativa. A recolha de dados foi feita através de uma entrevista, dois questionários, observação participante e gravação áudio das sessões e registo das emoções expressas pelos alunos. Da análise dos dados, concluí que a principal preocupação dos alunos não foi apenas solucionar cada desafio, mas sim resolvê-lo no menor tempo possível, mostrando-se os participantes bastante competitivos entre si. O contentamento e o fascínio surgiram, na maioria dos casos, associados a emoções que viveram no meio e no fim da actividade. Os alunos mostraram-se empolgados quando lhes foram apresentados novos desafios e desanimados quando tinham de dar continuidade a uma tarefa já iniciada e para a qual ainda não tinham obtido êxito. Sentiram uma certa frustração quando falharam e alguns revelaram-se pouco autónomos e pouco confiantes. As emoções, tal como foram declaradas pelos alunos, não parecem traduzir fielmente as suas dificuldades, pelo contrário, sugerem um certo agrado dos alunos por definir livremente estratégias, testá-las e tirar conclusões.

Capacidade funcional e qualidade de vida: um estudo comparativo entre idosos institucionalizados e no domicílio

Os progressos registados nas últimas décadas a nível científico e tecnológico conduziram, nos países desenvolvidos, ao aumento da esperança média de vida. A este facto juntou-se a diminuição da taxa de natalidade, em virtude de alterações sociais, assistindo-se atualmente a um envelhecimento populacional. Ao longo do ciclo de vida ocorrem alterações fisiológicas que se manifestam de forma mais rápida e drástica na terceira idade, podendo condicionar o grau de dependência do idoso relativamente ao desempenho das atividades de vida diária e consequentemente influenciar a sua qualidade de vida. Neste sentido, surgiu a necessidade de estudar a capacidade funcional e a qualidade de vida do idoso de forma a conhecer as suas necessidades para poder intervir ao nível da promoção de um envelhecimento saudável. O presente trabalho é um estudo transversal, de metodologia quantitativa, que teve por objetivo comparar a capacidade funcional e qualidade de vida do idoso em contexto de institucionalização e em contexto domiciliário. A investigação foi realizada com idosos, institucionalizados em lares e centros de dia da Santa Casa da Misericórdia do concelho de Vila Real de Santo António e do concelho de Castro Marim e numa associação de apoio domiciliário, a ABESFA, sedeada no último concelho, aos quais foram aplicados o Índice de Barthel e a WHOQOL-bref. Foi, também, feita a caracterização das diferentes instituições e dos indivíduos que fazem parte da amostra. Os resultados obtidos não foram estatisticamente significativos para as variáveis género, idade e estado civil, não permitindo inferir a sua associação com a capacidade funcional. Contudo, obtiveram-se dados estatisticamente significativos no referente às características da instituição, à tipologia da instituição, ao facto de se viver sozinho e à qualidade de vida. Concluímos que os idosos em contexto domiciliário são mais autónomos do que os idosos institucionalizados.

Adversidade psicossocial, recursos de resiliência e qualidade de vida na adolescência: um estudo comparativo entre adolescentes portugueses e imigrantes

Tese de doutoramento, Psicologia, Faculdade de Ciências Humanas e Sociais, Universidade do Algarve, 2015

Impactos do programa de formação de professores do 1º ciclo do ensino básico em ensino experimental das ciências nas aprendizagens das crianças

Tese de mestrado, Educação (Desenvolvimento Curricular), Universidade de Lisboa, Instituto de Educação, 2010

A investigação-acção e a mudança no Movimento da Escola Moderna : um estudo de caso

Tese de mestrado, Ciências da Educação (Formação de Professores), Universidade de Lisboa, Instituto de Educação, 2010

Migrações, geografia escolar e educação para a cidadania

Relatório da prática de ensino supervisionada, Mestrado em Ensino da História e da Geografia, Universidade de Lisboa, 2011

As TIC como formação transdisciplinar : potencialidades e dificuldades de implementação no contexto do ensino básico em portugal

Tese de doutoramento, Educação (Teoria e Desenvolvimento Curricular), Universidade de Lisboa, Instituto de Educação, 2015