Expression in cochlea and retina of myosin VIIa, the gene product defective in Usher syndrome type 1B.

Myosin VIIa is a newly identified member of the myosin superfamily of actin-based motors. Recently, the myosin VIIa gene was identified as the gene defective in shaker-1, a recessive deafness in mice [Gibson, F., Walsh, J., Mburu, P., Varela, A., Brown, K.A., Antonio, M., Beisel, K.W., Steel, K.P. & Brown, S.D.M. (1995) Nature (London) 374, 62-64], and in human Usher syndrome type 1B, an inherited disease characterized by congenital deafness, vestibular dysfunction, and retinitis pigmentosa [Weil, D., Blanchard, S., Kaplan, J., Guilford, P., Gibson, F., Walsh, J., Mburu, P., Varela, A., Levilliers, J., Weston, M.D., Kelley, P.M., Kimberling, W.J., Wagenaar, M., Levi-Acobas, F., Larget-Piet, D., Munnich, A., Steel, K.P., Brown, S.D.M. & Petit, C. (1995) Nature (London) 374, 60-61]. To understand the normal function of myosin VIIa and how it could cause these disease phenotypes when defective, we generated antibodies specific to the tail portion of this unconventional myosin. We found that myosin VIIa was expressed in cochlea, retina, testis, lung, and kidney. In cochlea, myosin VIIa expression was restricted to the inner and outer hair cells, where it was found in the apical stereocilia as well as the cytoplasm. In the eye, myosin VIIa was expressed by the retinal pigmented epithelial cells, where it was enriched within the apical actin-rich domain of this cell type. The cell-specific localization of myosin VIIa suggests that the blindness and deafness associated with Usher syndrome is due to lack of proper myosin VIIa function within the cochlear hair cells and the retinal pigmented epithelial cells.

Features of MotA proton channel structure revealed by tryptophan-scanning mutagenesis.

The MotA protein of Escherichia coli is a component of the flagellar motors that functions in transmembrane proton conduction. Here, we report several features of MotA structure revealed by use of a mutagenesis-based approach. Single tryptophan residues were introduced at many positions within the four hydrophobic segments of MotA, and the effects on function were measured. Function was disrupted according to a periodic pattern that implies that the membrane-spanning segments are alpha-helices and that identifies the lipid-facing parts of each helix. The results support a hypothesis for MotA structure and mechanism in which water molecules form most of the proton-conducting pathway. The success of this approach in studying MotA suggests that it could be useful in structure-function studies of other integral membrane proteins.

ncd and kinesin motor domains interact with both alpha- and beta-tubulin.

Motor domains of the Drosophila minus-end-directed microtubule (MT) motor protein ncd, were found to saturate microtubule binding sites at a stoichiometry of approximately one motor domain per tubulin dimer. To determine the tubulin subunit(s) involved in binding to ncd, mixtures of ncd motor domain and MTs were treated with the zero-length cross-linker 1-ethyl-3-(3-dimethylaminopropyl-carbodiimide) (EDC). EDC treatment generated covalently cross-linked products of ncd and alpha-tubulin and of ncd and beta-tubulin, indicating that the ncd motor domain interacts with both alpha- and beta-tubulin. When the Drosophila kinesin motor domain protein was substituted for the ncd motor domain, cross-linked products of kinesin and alpha-tubulin and of kinesin and beta-tubulin were produced. EDC treatment of mixtures of ncd motor domain and unassembled tubulin dimers or of kinesin motor domain and unassembled tubulin dimers produced the same motor-tubulin products generated in the presence of MTs. These results indicate that kinesin family motors of opposite polarity interact with both tubulin monomers and support a model in which some portion of each protein's motor domain overlaps adjacent alpha- and beta-tubulin subunits.

Fluctuation analysis of rotational speeds of the bacterial flagellar motor.

We measured the dependence of the variance in the rotation rate of tethered cells of Escherichia coli on the mean rotation rate over a regime in which the motor generates constant torque. This dependence was compared with that of broken motors. In either case, motor torque was augmented with externally applied torque. We show that, in contrast to broken motors, functioning motors in this regime do not freely rotationally diffuse and that the variance measurements are consistent with the predicted values of a stepping mechanism with exponentially distributed waiting times (a Poisson stepper) that steps approximately 400 times per revolution.

Multiclassificador inteligente de falhas no domínio do tempo em motores de indução trifásicos alimentados por inversores de frequência

Os motores de indução desempenham um importante papel na indústria, fato este que destaca a importância do correto diagnóstico e classificação de falhas ainda em fase inicial de sua evolução, possibilitando aumento na produtividade e, principalmente, eliminando graves danos aos processos e às máquinas. Assim, a proposta desta tese consiste em apresentar um multiclassificador inteligente para o diagnóstico de motor sem defeitos, falhas de curto-circuito nos enrolamentos do estator, falhas de rotor e falhas de rolamentos em motores de indução trifásicos acionados por diferentes modelos de inversores de frequência por meio da análise das amplitudes dos sinais de corrente de estator no domínio do tempo. Para avaliar a precisão de classificação frente aos diversos níveis de severidade das falhas, foram comparados os desempenhos de quatro técnicas distintas de aprendizado de máquina; a saber: (i) Rede Fuzzy Artmap, (ii) Rede Perceptron Multicamadas, (iii) Máquina de Vetores de Suporte e (iv) k-Vizinhos-Próximos. Resultados experimentais obtidos a partir de 13.574 ensaios experimentais são apresentados para validar o estudo considerando uma ampla faixa de frequências de operação, bem como regimes de conjugado de carga em 5 motores diferentes.

Aplicação de técnicas inteligentes com análise no domínio do tempo para reconhecimento de defeitos em motores de indução trifásicos

Os motores de indução trifásicos são os principais elementos de conversão de energia elétrica em mecânica motriz aplicados em vários setores produtivos. Identificar um defeito no motor em operação pode fornecer, antes que ele falhe, maior segurança no processo de tomada de decisão sobre a manutenção da máquina, redução de custos e aumento de disponibilidade. Nesta tese são apresentas inicialmente uma revisão bibliográfica e a metodologia geral para a reprodução dos defeitos nos motores e a aplicação da técnica de discretização dos sinais de correntes e tensões no domínio do tempo. É também desenvolvido um estudo comparativo entre métodos de classificação de padrões para a identificação de defeitos nestas máquinas, tais como: Naive Bayes, k-Nearest Neighbor, Support Vector Machine (Sequential Minimal Optimization), Rede Neural Artificial (Perceptron Multicamadas), Repeated Incremental Pruning to Produce Error Reduction e C4.5 Decision Tree. Também aplicou-se o conceito de Sistemas Multiagentes (SMA) para suportar a utilização de múltiplos métodos concorrentes de forma distribuída para reconhecimento de padrões de defeitos em rolamentos defeituosos, quebras nas barras da gaiola de esquilo do rotor e curto-circuito entre as bobinas do enrolamento do estator de motores de indução trifásicos. Complementarmente, algumas estratégias para a definição da severidade dos defeitos supracitados em motores foram exploradas, fazendo inclusive uma averiguação da influência do desequilíbrio de tensão na alimentação da máquina para a determinação destas anomalias. Os dados experimentais foram adquiridos por meio de uma bancada experimental em laboratório com motores de potência de 1 e 2 cv acionados diretamente na rede elétrica, operando em várias condições de desequilíbrio das tensões e variações da carga mecânica aplicada ao eixo do motor.

Estudo da topologia de motores de fluxo axial de excitação híbrida com foco na utilização em tração elétrica.

Os motores de corrente contínua convencionais são muito bem conhecidos pela sua robustez e pelo seu alto nível de controlabilidade, alem do fato de possibilitarem a operação na região de enfraquecimento de campo (modo motor), quando esta situação se fizer necessária. Por estas características, as máquinas de corrente contínua ainda são empregadas nos dias atuais em nichos específicos de utilização. Não obstante, a máquina c.c. apresenta algumas desvantagens, principalmente a intensiva e dispendiosa manutenção eletromecânica necessária para sua operação. Como opção de sanar este problema, surgiram na década de 60, as máquinas elétricas de corrente contínua sem escovas (brushless) com excitação por ímãs permanentes de fluxo trapezoidal. O problema destas máquinas se deve justamente a impossibilidade da variação de fluxo de excitação uma vez que são produzidos puramente pelos ímãs. Sendo assim, este trabalho tem como propósito, o estudo de topologias diferenciadas da máquina elétrica, através de um circuito magnético não convencional para aplicação e utilização em sistemas de tração elétrica para operação na região de enfraquecimento de campo através da variação do fluxo resultante no entreferro. Como objeto de estudo, foi focada a topologia de fluxo axial com excitação híbrida, ou seja, dupla excitação (excitação a ímãs permanentes e excitação elétrica). Para o projeto da topologia proposta, nesta tese, adicionalmente ao método analítico, foram realizadas simulações computacionais para a comparação e refinamento dos resultados das grandezas eletromagnéticas da máquina.

Controle de uma plataforma inercial estabilizada com três graus de liberdade.

Esta dissertação apresenta o desenvolvimento de uma plataforma inercial autônoma com três graus de liberdade para aplicação em estabilização de sensores - por exemplo, gravimétricos estacionários e embarcados - podendo ser utilizada também para estabilização de câmeras. O sistema é formado pela Unidade de Medida Inercial, IMU, desenvolvida utilizando um sensor micro eletromecânico, MEMS - que possui acelerômetro, giroscópio e magnetômetros nos três eixos de orientação - e um microcontrolador para aquisição, processamento e envio dos dados ao sistema de controle e aquisição de dados. Para controle dos ângulos de inclinação e orientação da plataforma, foi implementado um controlador PID digital utilizando microcontrolador. Este recebe os dados da IMU e fornece os sinais de controle utilizando as saídas PWM que acionam os motores, os quais controlam a posição da plataforma. Para monitoramento da plataforma foi desenvolvido um programa para aquisição de dados em tempo real em ambiente Matlab, por meio do qual se pode visualizar e gravar os sinais da IMU, os ângulos de inclinação e a velocidade angular. Testou-se um sistema de transmissão de dados por rádio frequência entre a IMU e o sistema de aquisição de dados e controle para avaliar a possibilidade da não utilização de slip rings ou fios entre o eixo de rotação e os quadros da plataforma. Entretanto, verificou-se a inviabilidade da transmissão em razão da baixa velocidade de transmissão e dos ruídos captados pelo receptor de rádio frequência durante osmovimentos da plataforma. Sendo assim, dois pares de fios trançados foram utilizados fios para conectar o sensor inercial ao sistema de aquisição e processamento.

Modelagem e controle de marcha de robôs bípedes com disco de inércia.

Esta tese trata de um robô bípede em caminhar dinâmico. Neste robô, que normalmente é um sistema sub-atuado, fazemos uso de um disco de inércia que funciona num certo sentido como um atuador adicional. Através deste disco, obtém-se mais liberdade para a elaboração de passos repetitivos e um aumento na robustez. Por outro lado, o sistema de controle dos passos deve controlar, além do passo propriamente dito, também a velocidade do disco, de modo que não sejam saturados os atuadores (motores elétricos). Apresentamos então um controlador capaz de realizar estas ações simultaneamente.