Controlo automático de um interferómetro para monitorização e caracterização de sensores interferométricos

A indústria de sensores de fibra óptica está a tornar-se cada vez mais importante e emprega diferentes técnicas que permitem monitorizar uma grande variedade de parâmetros. Uma das técnicas que apresenta grandes potencialidades, devido ao seu elevado desempenho, é a técnica interferométrica, que fornece, simultaneamente, uma grande sensibilidade e uma larga gama dinâmica. Além destas vantagens, juntam-se as vantagens comuns associadas a todos os sensores de fibra óptica, tais como passividade eléctrica, fiabilidade e possibilidade de multiplexagem, que também se aplicam aos sensores interferométricos. Outra técnica muito utilizada no ramo dos sensores de fibra óptica, em configurações interferométricas com intuito de interrogação, é a técnica de interferometria de luz branca. Esta técnica permite precisão de medição, insensibilidade a flutuações da potência óptica ao longo do sistema de interrogação, assim como uma resolução elevada. Com o intuito de tornar os sistemas de instrumentação / interrogação mais compactos e flexíveis foi desenvolvida uma plataforma de instrumentação virtual, que consiste em aplicações de software que implementam as funções dos instrumentos físicos em ambiente computacional. Esta área permite obter sistemas de instrumentação / interrogação menos complexos, de maior portabilidade e com um custo mais reduzido. Esta dissertação tem como objectivo o desenvolvimento de um sistema de interrogação de sensores de fibra óptica interferométricos controlado automaticamente através de instrumentação virtual, sendo necessário numa fase inicial um estudo aprofundado dos sensores de fibra óptica, das diferentes técnicas de interrogação e da área de instrumentação virtual. O capítulo 1 é o capítulo de introdução, onde são apresentados de forma genérica os diferentes conceitos inerentes ao trabalho, nomeadamente sensores de fibra óptica e os conceitos de interrogação de sensores interferométricos e conceitos de instrumentação virtual. Os sensores interferométricos são abordados com mais detalhe no capítulo 2. Neste capítulo são abordados os conceitos teóricos de interferometria, assim como os diferentes esquemas interferométricos geralmente utilizados em sensores de fibra óptica.No capítulo 3 são apresentados os diferentes esquemas de detecção de sinal utilizados para interrogar sensores interferométricos de fibra óptica. É apresentada a técnica de interferometria de luz branca e os esquemas de detecção de sinal homódina e heteródina. O conceito de instrumentação, com ênfase nos sistemas de instrumentação virtual é apresentado no capítulo 4. É abordado o tema de sistemas de instrumentação tradicionais e de instrumentação virtual, dando ênfase às vantagens destes últimos. É também apresentado o ambiente de programação LabVIEW e o amplificador lock-in virtual, utilizado no desenvolvimento do projecto. No capítulo 5 é apresentado o desenvolvimento do sistema de interrogação de sensores interferométricos proposto inicialmente. Todo o desenvolvimento, desde implementação do interferómetro receptor, passando pelo sistema de controlo baseado em instrumentação virtual, até à caracterização do sistema está documentado neste capítulo. A monitorização e caracterização de sensores interferométricos com o sistema apresentado no capítulo 5 estão documentadas no capítulo 6. No capítulo 7 são apresentadas as conclusões relativas ao trabalho desenvolvido, assim como as perspectivas futuras de evolução do sistema implementado.

Implementação em hardware de uma Rede Neuronal com ummicroprocessador embebido em FPGA

O objectivo deste trabalho é a implementação em hardware de uma Rede Neuronal com um microprocessador embebido, podendo ser um recurso valioso em várias áreas científicas. A importância das implementações em hardware deve-se à flexibilidade, maior desempenho e baixo consumo de energia. Para esta implementação foi utilizado o dispositivo FPGA Virtex II Pro XC2VP30 com um MicroBlaze soft core, da Xilinx. O MicroBlaze tem vantagens como a simplicidade no design, sua reutilização e fácil integração com outras tecnologias. A primeira fase do trabalho consistiu num estudo sobre o FPGA, um sistema reconfigurável que possui características importantes como a capacidade de executar em paralelo tarefas complexas. Em seguida, desenvolveu-se o código de implementação de uma Rede Neuronal Artificial baseado numa linguagem de programação de alto nível. Na implementação da Rede Neuronal aplicou-se, na camada escondida, a função de activação tangente hiperbólica, que serve para fornecer a não linearidade à Rede Neuronal. A implementação é feita usando um tipo de Rede Neuronal que permite apenas ligações no sentido de saída, chamado Redes Neuronais sem realimentação (do Inglês Feedforward Neural Networks - FNN). Como as Redes Neuronais Artificiais são sistemas de processamento de informações, e as suas características são comuns às Redes Neuronais Biológicas, aplicaram-se testes na implementação em hardware e analisou-se a sua importância, a sua eficiência e o seu desempenho. E finalmente, diante dos resultados, fez-se uma análise de abordagem e metodologia adoptada e sua viabilidade.

Os robots nas aulas de informática: plataformas e problemas

Desde há alguns anos que vêm sendo desenvolvidas, em vários sítios do mundo, experiências com a utilização de Robots como uma ferramenta educativa, com especial incidência ao nível do Ensino Superior e em alguns casos no Ensino Básico ou Secundário. Neste trabalho de investigação pretende-se fazer uma análise crítica sobre o uso dos robots no ensino da programação nas disciplinas de Informática do Ensino Secundário e disciplina de Inteligência Artificial da Licenciatura do Curso de Engenharia Informática. Com o objectivo de usar o robot como mediador entre o aluno e o ensino da programação, identificamos os conteúdos programáticos das diversas disciplinas do Ensino Secundário e fizemos o levantamento de ferramentas e soluções tecnológicas existentes que pudessem ser aplicadas nas aulas. Como contributo desta investigação pretende-se: (i)disponibilizar uma série de problemas adequados aos vários conteúdos programáticos, para serem utilizados nas salas de aulas; (ii) criar e optimizar ferramentas, mais concretamente plataformas de programação, para os alunos resolverem os problemas através dos robots.

Detecção de bactérias no ar em ambiente hospitalar com recurso a técnicas moleculares

A Qualidade do Ar Interior (QAI) revela-se de grande importância no ambiente hospitalar devido à disseminação aérea de bactérias potenciar as infecções nosocomiais. Os estudos nesta temática são raros em Portugal e inexistentes na Madeira. Este trabalho tem como objectivos identificar com elevada precisão a flora bacteriana aerosolizada no Hospital Dr. João de Almada (HJA) utilizando técnicas moleculares, determinar a sua origem, disseminação e especificidades e analisar globalmente a QAI. O ar exterior e de 15 locais no interior do HJA foi amostrado em Abril de 2009. Foram medidas a temperatura, humidade e concentração de CO2 e NO2 e quantificadas as bactérias e fungos no ar. Utilizaram-se testes bioquímicos e técnicas moleculares para caracterização e identificação de bactérias e foram comparadas comunidades bacterianas. A biodiversidade bacteriana no ar interior do HJA é dominada pelo género Staphylococcus (68%), sendo as espécies mais frequentes S. cohnii urealyticus, S. haemolyticus, S. capitis ou S. caprae e Micrococcus luteus. A maioria das espécies encontradas é comum em ambiente hospitalar e na flora comensal humana. As Staphylococcus spp. detectadas são consideradas patogénicas oportunistas envolvidas em infecções nosocomiais. A QAI é conforme com a legislação na maioria dos locais, havendo microorganismos em excesso em 12 das 72 amostras. O excesso de fungos relacionou-se com eventos de bruma no exterior e o excesso de bactérias correlacionou-se com a actividade humana e foi potenciado pela fraca ventilação e a presença ou manipulação de materiais contaminados. O ar exterior tem boa qualidade para ventilação do HJA, excepto durante eventos de bruma. As comunidades bacterianas aerosolizadas têm maior similaridade entre locais do mesmo tipo, sendo os ocupantes o principal foco de contaminação. São propostas medidas correctivas como o aumento da ventilação dos locais com elevada actividade humana e cuidados na manipulação de roupa suja e resíduos.

Design e gestão de sistemas, robótica, redes e médias interativos

Este relatório pretende ilustrar a experiência profissional obtida, principalmente após a conclusão, em 1998, da Licenciatura em Engenharia de Sistemas e Computadores na Universidade da Madeira. Esta experiência circunscreve-se à proficiência nas áreas de redes de comunicação de dados, automação e robótica e desenvolvimento de média interativos (tanto na vertente de CD-ROMs como orientado à Internet). Embora também disponha de experiência no ensino destas áreas citadas, foram privilegiados os projetos com uma relevância mais técnica atendendo à natureza deste mestrado. Sendo assim, são apresentadas nestas quatro áreas primeiro uma descrição dos projetos realizados no âmbito do percurso profissional, para depois descrever uma implementação (relativa a cada área) utilizando uma metodologia científica que fora alvo de estudo na componente letiva deste mestrado, salientando as virtudes e defeitos de ambas as abordagens e comparando os resultados obtidos. Em síntese, é analisado o projeto de gestão de sistemas de redes das Escolas Secundárias Francisco Franco e Jaime Moniz (no âmbito do desempenho das funções de Diretor das Instalações Informáticas em ambas as instituições) culminando numa proposta de implementação utilizando equipamentos da Cisco; é analisado o projeto de CD-ROM sobre a Reserva Natural das Ilhas Desertas para depois completar um jogo educativo utilizando uma metodologia científica de Game Design; são descritos os websites desenvolvidos (com especial ênfase nos realizados enquanto técnico superior de informática na Secretaria Regional do Ambiente e dos Recursos Naturais) para concluir com uma proposta de implementação de um sistema de marcação de reuniões orientado para a Cloud; finalmente, é descrito a utilização dos kits Lego Mindstorms para o ensino da programação, propondo uma implementação de baixo custo (alternativa) baseada num Raspberry Pi e componentes acessórios (tanto estandardizados como construídos com uma RepRap). Em suma, é contraposto o rigor e método do ensino académico com o pragmatismo e metas de produtividade exigidas no mercado de trabalho.

Sistema de medição de energia baseado no medidor de energia Teridian 71M6515H

Esta tese de mestrado descreve o desenvolvimento, implementação e teste de um sistema de medição de energia concebido para um ambiente doméstico, baseado no circuito integrado medidor de energia Teridian 71M6515H. O sistema desenvolvido envia periodicamente os valores monitorizados para uma base de dados, através de uma rede sem fios com base no protocolo IEEE 802.11 (Wi-Fi). Os dados podem ser acedidos remotamente em tempo real, através de uma página na internet, onde é possível consultar a quantidade de energia consumida acumulada. Na primeira fase deste trabalho realizou-se o enquadramento do tema no contexto atual, realizando-se o estudo de alguns sistemas domésticos de monitorização do consumo de energia elétrica existentes no mercado. Numa segunda fase foi realizado o estudo dos componentes a serem utilizados, o desenho da placa de circuito impresso e o desenvolvimento do firmware, para que todo o processamento e manipulação dos dados fossem realizados pela unidade de aquisição de dados. Em seguida procedeu-se à construção da unidade de aquisição e à programação para o registo dos valores numa base de dados. A última fase consistiu nos testes de funcionamento da unidade de aquisição em conjunto com a aplicação de registo de dados. Com a implementação do sistema desenvolvido o consumidor doméstico poderá ter conhecimento, em tempo real, do custo de funcionamento dos equipamentos que possui e assim tomar decisões para os utilizar de forma mais racional, o que se pode traduzir numa economia dos recursos energéticos.

IP network usage accounting

De modo a manter políticas de utilização aceitável dos seus serviços de Internet, a NOS Madeira tem usado um sistema de fabrico próprio onde os clientes são catalogados de acordo com o tráfego que realizam. Contudo, esse sistema tornou-se demasiado antigo para as necessidades atuais da empresa. Usava tecnologias descontinuadas, não tinha interfaces de integração, faltava modularidade e não tinha a flexibilidade necessária para expandir as regras de negócio. Este projeto centra-se na implementação de um dos três subsistemas que substituem o sistema antigo: o subsistema controlador. O objetivo é modernizar, facilitar a manutenção e garantir maior flexibilidade. Tudo isto com recurso a linguagens de programação atuais como o PHP, ferramentas como a Zend Framework e mantendo em mente as melhores práticas de programação. São apresentados a especificação e modelação do sistema, assim como todos os detalhes da implementação em conjunto com as decisões e problemas encontrados. Os testes e resultados, incluindo a entrada com sucesso em produção do sistema, juntamente com sugestões de melhorias futuras concluem este trabalho.

Aplicação de retroanálise na escavação de um túnel na Ilha da Madeira

Pretende-se determinar os parâmetros geomecânicos de um maciço atravessado por um túnel construído na ilha da Madeira, através de retroanálise. Para tal, recorre-se a um modelo numérico tridimensional para simular o avanço da escavação e a dados obtidos a partir da instrumentação da obra, nomeadamente, através da medição de convergências e deslocamentos superficiais. A análise numérica é aplicada a um problema de identificação de parâmetros geomecânicos, em três secções localizadas muito próximas do emboquilhamento do Faial, do túnel do Faial/Cortado. Este problema rege-se por um comportamento elástico perfeitamente plástico e um critério de rotura de Mohr-Coulomb. Para a resolução do problema recorreu-se à utilização do software de diferenças finitas, FLAC3D, tendo-se usufruído da sua base de programação para modelar o processo complexo de escavação e suporte do túnel. A modelação tridimensional no FLAC3D é conseguida através da sua linguagem de programação interna, FISH, criando funções capazes de simular o processo da escavação parcial, instalação dos elementos de suporte, e monitorizar e extrair as variáveis pretendidas. Numa primeira fase realizou-se uma análise paramétrica relativamente ao comportamento do maciço fazendo variar alguns parâmetros geomecânicos deste. Numa segunda fase do estudo, procedeu-se à otimização de um conjunto de parâmetros elásticos e resistentes, intrínsecos ao material envolvente do túnel, através de retroanálise. A otimização dos parâmetros foi realizada por meio da utilização de expressões de cálculo de medida de dispersão estatística entre os dados obtidos a partir da instrumentação em obra e os resultados correspondentes obtidos a partir da análise numérica. Os valores obtidos para os diferentes parâmetros do maciço rochoso foram comparados com os respetivos valores recolhidos na bibliografia para maciços da ilha da Madeira, bem como com os valores previstos pela caracterização geomecânica efetuada durante a fase de construção do túnel objeto de estudo.

New bacterial cellulose nanocomposites prepared by in situ radical polymerization of methacrylate monomers

Bacterial cellulose/polymethacrylate nanocomposites have received attention in numerous areas of study and in a variety of applications. The attractive properties of methacrylate polymers and bacterial cellulose, BC, allow the synthesis of new nanocomposites with distinct characteristics. In this study, BC/poly(glycidylmethacrylate) (BC/PGMA) and BC/poly(ethyleneglycol)methacrylate (BC/PPEGMA) nanocomposites were prepared through in situ free radical polymerization of GMA and PEGMA, respectively. Ammonium persulphate (APS) was used as an initiator and N,N’methylenebisacrilamide (MBA) was used as a crosslinker in BC/PGMA. Chemical composition, morphology, thermal stability, water absorption, mechanic and surface properties were determined through specific characterization techniques. The optimal polymerization was obtained at (1:2) for BC/PGMA, (1:2:0.2) ratio for BC/GMA/MBA and (1:20) for BC/PPEGMA, with 0.5% of initiator at 60 ºC during 6 h. A maximum of 67% and 87% of incorporation percentage was obtained, respectively, for the nanocomposites BC/PGMA/MBA and BC/PPEGMA. BC/PGMA nanocomposites exhibited an increase of roughness and compactation of the three-dimensional structure, an improvement in the thermal and mechanical properties, and a decrease in their swelling ability and crystallinity. On the other hand, BC/PPEGMA showed a decrease of stiffness of three-dimensional structure, improvement in thermal and mechanical properties, an increase in their swelling ability and a decrease the crystallinity. Both BC/polymethacrylate nanocomposites exhibited a basic surface character. The acid treatment showed to be a suitable strategy to modifiy BC/PGMA nanocomposites through epoxide ring-opening reaction mechanism. Nanocomposites became more compact, smooth and with more water retention ability. A decrease in the thermal and mechanical proprieties was observed. The new nanocomposites acquired properties useful to biomedical applications or/and removal of heavy metals due to the presence of functional groups.

Os robots na aprendizagem da trignometria

Este trabalho foi elaborado no âmbito do Mestrado de Ensino de Matemática do 3º Ciclo do Ensino Básico e Secundário da Universidade da Madeira, no ano letivo de 2012/2013. Os grandes objetivos deste estudo são os de analisar qualitativamente uma atividade, para compreender como é que os alunos aprendem trigonometria, utilizando os robots NXT da Lego. De igual modo, se procede também, de forma sucinta, à apresentação do trabalho desenvolvido pelo grupo de estágio, ao longo da Prática de Ensino Supervisionado. Para a realização da investigação, foram recolhidos dados pelo investigador, através de registos audiovisuais do trabalho dos alunos, com câmara e vídeo. Com o fim de melhor estudar o problema aqui apresentado, o mesmo foi dissecado em três questões de investigação: (a) Que aprendizagens os alunos realizam com a montagem, programação e interação com os robots? (b) De que forma é que os alunos aprendem trigonometria, quando utilizam os Robots? (c) Quais as dificuldades manifestadas pelos alunos na resolução de problemas? As questões de investigação iluminaram a análise dos dados. Das conclusões que advêm deste estudo destaca-se o papel essencial da robótica e dos materiais manipuláveis, na construção e concetualização do conhecimento dos alunos.

JCML: A specification language for the runtime verification of Java Card programs

COSTA, Umberto Souza; MOREIRA, Anamaria Martins; MUSICANTE, Matin A.; SOUZA NETO, Plácido A. JCML: A specification language for the runtime verification of Java Card programs. Science of Computer Programming. [S.l]: [s.n], 2010.

Prevention of bacterial translocation using β-(1-3)-D-glucan in small bowel ischemia and reperfusion in rats

To investigate the role of β-(1-3)-D-glucan on 99mTc labelled Escherichia coli translocation and cytokines secretion in rats submitted to small bowel ischemia/reperfusion injury. Methods: Five groups (n=10 each) of Wistar rats were subjected to control(C), sham(S), group IR subjected to 45 min of bowel ischemia/60 min of reperfusion(I/R), and group I/R+glucan subjected to 45 min of bowel ischemia/60 min of reperfusion(I/R) and injected with 2mg/Kg intramuscular. Translocation of labelled bacteria to mesenteric lymph nodes, liver, spleen, lung and serum was determined using radioactivity/count and colony forming units/g(CFU/g). Serum TNFα, IL-1β, IL-6, IL-10 were measured by ELISA. Results: CFU/g and radioactivity/count were higher in I/R than in I/R+glucan rats. In C, S and S+glucan groups, bacteria and radioactivity/count were rarely detected. The I/R+glucan rats had enhancement of IL-10 and suppressed production of serum TNFα, IL-1β and, IL-6, compared to I/R untreated animals. Conclusion: The β-(1-3)-D-glucan modulated the production of pro-inflammatory and anti-inflammatory cytokines during bowel ischemia/reperfusion, and attenuated translocation of labelled bacteria

Proteção pela glucana em modelo experimental de sepse

OBJETIVO: Neste trabalho avaliou-se a ação da glucana ? ? 1-3 insolúvel, um polissacarídeo extraído da parede celular interna do fungo Saccharomyces cerevisae, como agente imunoestimulante inespecífico em camundongos submetidos a modelo de sepse experimental. MÉTODOS: Foram utilizados 73 camundongos Swiss, os quais receberam glucana em diferentes doses pelas vias intraperitoneal (i.p.). Sepse difusa foi induzida através da técnica de ligadura e punção do ceco, transfixado e drenado com fio multifilamentar. RESULTADOS: Os animais tratados com glucana apresentaram um aumento significante no número de leucócitos no lavado peritoneal, diminuição no número de unidades formadoras de colônias bacterianas. Observou-se um aumento significante na sobrevida dos animais tratados com glucana insolúvel, a qual proporcionou um maior controle da infecção bacteriana por aumentar o número de células de defesa. CONCLUSÃO: A glucana insolúvel, quando usada em camundongos por via intraperitoneal, em modelo de sepse abdominal, contribuiu para melhorar a sobrevida, induziu proteção contra a formação de colônias bacterianas no líquido peritoneal e aumentou a migração leucocitária

Bacterial translocation in rats nonfunctioning diverted distal colon

To investigate whether the alterations of the diverted colon segment mucosa, evidenced in fecal colitis, would be able to alter Bacterial Translocation (BT). Methods: Sixty-two Wistar male rats ranging from 220 to 320 grams of weight, were divided in two groups: A (Colostomy) and B (Control), with 31 animals each one. In group A, all animals underwent end colostomy, one stoma, in ascending colon; and in the 70th POD was injected in five rats, by rectal route – diverted segment - 2ml of a 0.9% saline solution in animals (A1 subgroup); in eight it was inoculated, by rectal route, 2ml of a solution containing Escherichia coli ATCC 25922 (American Type Culture Collection), in a concentration of 108 Colony Forming Unit for milliliters (CFU/ml) - A2 Subgroup; in ten animals the same solution of E. coli was inoculated, in a concentration of 1011 CFU/ml (A3 Subgroup); and in eight it was collected part of the mucus found in the diverted distal colonic segment for neutral sugars and total proteins dosage (A4 subgroup). The animals from the group B underwent the same procedures of group A, but with differences in the colostomy confection. In rats from subgroups A1, A2, A3, B1, B2, and B3 2ml of blood were aspirated from the heart, and fragments from mesenteric lymphatic nodule, liver, spleen, lung and kidney taken for microbiological analysis, after their death. This analysis consisted of evidencing the presence of E. coli ATCC 25922 CFU. Mann-Whitney and ANOVA Tests were applied as analytic techniques for association of variables. Results: The occurrence of BT was evidenced only in those animals in which inoculated concentration of E. coli ATCC 25922, reached levels of 1011CFU/ml, i.e. in Subgroups A3 and B3, although, being significantly greater (80%) in those animals without colostomy (subgroup B3) when compared to the ones with colostomy (20%) from the subgroup A3 (P <0.05). Lung, liver and mesenteric lymphatic nodules were the tissues with larger percentile of bacterial recovery, so much in subgroup A3, as in B3. Blood culture was considered positive in 60% of the animals from subgroup B3 and in 10% of those from subgroup A3 (p <0.05). There was greater concentration of neutral sugars, in subgroup A4 - mean 27.3mg/ml -, than in subgroup B4 - mean 8.4mg/ml - (P <0.05). Conclusion: The modifications in the architecture of intestinal mucosa in colitis following fecal diversion can cause alterations in the intestinal barrier, but it does not necessarily lead to an increased frequency of BT

Prevention of bacterial translocation using β-(1-3)-D-glucan in small bowel ischemia and reperfusion in rats

To investigate the role of β-(1-3)-D-glucan on 99mTc labelled Escherichia coli translocation and cytokines secretion in rats submitted to small bowel ischemia/reperfusion injury. Methods: Five groups (n=10 each) of Wistar rats were subjected to control(C), sham(S), group IR subjected to 45 min of bowel ischemia/60 min of reperfusion(I/R), and group I/R+glucan subjected to 45 min of bowel ischemia/60 min of reperfusion(I/R) and injected with 2mg/Kg intramuscular. Translocation of labelled bacteria to mesenteric lymph nodes, liver, spleen, lung and serum was determined using radioactivity/count and colony forming units/g(CFU/g). Serum TNFα, IL-1β, IL-6, IL-10 were measured by ELISA. Results: CFU/g and radioactivity/count were higher in I/R than in I/R+glucan rats. In C, S and S+glucan groups, bacteria and radioactivity/count were rarely detected. The I/R+glucan rats had enhancement of IL-10 and suppressed production of serum TNFα, IL-1β and, IL-6, compared to I/R untreated animals. Conclusion: The β-(1-3)-D-glucan modulated the production of pro-inflammatory and anti-inflammatory cytokines during bowel ischemia/reperfusion, and attenuated translocation of labelled bacteria