Um novo gerador central de padrões de locomoção para geração de trajectórias em tempo real de robôs quadrúpedes

Neste trabalho estuda-se a geração de trajectórias em tempo real de um robô quadrúpede. As trajectórias podem dividir-se em duas componentes: rítmica e discreta. A componente rítmica das trajectórias é modelada por uma rede de oito osciladores acoplados, com simetria 4 2 Z  Z . Cada oscilador é modelado matematicamente por um sistema de Equações Diferenciais Ordinárias. A referida rede foi proposta por Golubitsky, Stewart, Buono e Collins (1999, 2000), para gerar os passos locomotores de animais quadrúpedes. O trabalho constitui a primeira aplicação desta rede à geração de trajectórias de robôs quadrúpedes. A derivação deste modelo baseia-se na biologia, onde se crê que Geradores Centrais de Padrões de locomoção (CPGs), constituídos por redes neuronais, geram os ritmos associados aos passos locomotores dos animais. O modelo proposto gera soluções periódicas identificadas com os padrões locomotores quadrúpedes, como o andar, o saltar, o galopar, entre outros. A componente discreta das trajectórias dos robôs usa-se para ajustar a parte rítmica das trajectórias. Este tipo de abordagem é útil no controlo da locomoção em terrenos irregulares, em locomoção guiada (por exemplo, mover as pernas enquanto desempenha tarefas discretas para colocar as pernas em localizações específicas) e em percussão. Simulou-se numericamente o modelo de CPG usando o oscilador de Hopf para modelar a parte rítmica do movimento e um modelo inspirado no modelo VITE para modelar a parte discreta do movimento. Variou-se o parâmetro g e mediram-se a amplitude e a frequência das soluções periódicas identificadas com o passo locomotor quadrúpede Trot, para variação deste parâmetro. A parte discreta foi inserida na parte rítmica de duas formas distintas: (a) como um offset, (b) somada às equações que geram a parte rítmica. Os resultados obtidos para o caso (a), revelam que a amplitude e a frequência se mantêm constantes em função de g. Os resultados obtidos para o caso (b) revelam que a amplitude e a frequência aumentam até um determinado valor de g e depois diminuem à medida que o g aumenta, numa curva quase sinusoidal. A variação da amplitude das soluções periódicas traduz-se numa variação directamente proporcional na extensão do movimento do robô. A velocidade da locomoção do robô varia com a frequência das soluções periódicas, que são identificadas com passos locomotores quadrúpedes.

Robôs quadrúpedes: geração de trajectórias em tempo real usando sistemas dinâmicos não-lineares

A geração de trajectórias de robôs em tempo real é uma tarefa muito complexa, não existindo ainda um algoritmo que a permita resolver de forma eficaz. De facto, há controladores eficientes para trajectórias previamente definidas, todavia, a adaptação a variações imprevisíveis, como sendo terrenos irregulares ou obstáculos, constitui ainda um problema em aberto na geração de trajectórias em tempo real de robôs. Neste trabalho apresentam-se modelos de geradores centrais de padrões de locomoção (CPGs), inspirados na biologia, que geram os ritmos locomotores num robô quadrúpede. Os CPGs são modelados matematicamente por sistemas acoplados de células (ou neurónios), sendo a dinâmica de cada célula dada por um sistema de equações diferenciais ordinárias não lineares. Assume-se que as trajectórias dos robôs são constituídas por esta parte rítmica e por uma parte discreta. A parte discreta pode ser embebida na parte rítmica, (a.1) como um offset ou (a.2) adicionada às expressões rítmicas, ou (b) pode ser calculada independentemente e adicionada exactamente antes do envio dos sinais para as articulações do robô. A parte discreta permite inserir no passo locomotor uma perturbação, que poderá estar associada à locomoção em terrenos irregulares ou à existência de obstáculos na trajectória do robô. Para se proceder á análise do sistema com parte discreta, será variado o parâmetro g. O parâmetro g, presente nas equações da parte discreta, representa o offset do sinal após a inclusão da parte discreta. Revê-se a teoria de bifurcação e simetria que permite a classificação das soluções periódicas produzidas pelos modelos de CPGs com passos locomotores quadrúpedes. Nas simulações numéricas, usam-se as equações de Morris-Lecar e o oscilador de Hopf como modelos da dinâmica interna de cada célula para a parte rítmica. A parte discreta é modelada por um sistema inspirado no modelo VITE. Medem-se a amplitude e a frequência de dois passos locomotores para variação do parâmetro g, no intervalo [-5;5]. Consideram-se duas formas distintas de incluir a parte discreta na parte rítmica: (a) como um (a.1) offset ou (a.2) somada nas expressões que modelam a parte rítmica, e (b) somada ao sinal da parte rítmica antes de ser enviado às articulações do robô. No caso (a.1), considerando o oscilador de Hopf como dinâmica interna das células, verifica-se que a amplitude e frequência se mantêm constantes para -50.2. A extensão do movimento varia de forma directamente proporcional à amplitude. No caso das equações de Morris-Lecar, quando a componente discreta é embebida (a.2), a amplitude e a frequência aumentam e depois diminuem para - 0.170.5 Pode concluir-se que: (1) a melhor forma de inserção da parte discreta que menos perturbação insere no robô é a inserção como offset; (2) a inserção da parte discreta parece ser independente do sistema de equações diferenciais ordinárias que modelam a dinâmica interna de cada célula. Como trabalho futuro, é importante prosseguir o estudo das diferentes formas de inserção da parte discreta na parte rítmica do movimento, para que se possa gerar uma locomoção quadrúpede, robusta, flexível, com objectivos, em terrenos irregulares, modelada por correcções discretas aos padrões rítmicos.

Adequações curriculares para os alunos com necessidades educativas especiais no 1º Ciclo do Ensino Básico: um estudo exploratório em três concelhos de Lisboa e de Vale do Tejo

Dissertação apresentada à Escola Superior de Educação de Lisboa para obtenção de grau de mestre em Ciências da Educação, especialidade Educação Especial, ramo Problemas de Cognição e Multideficiência

And I say to myself: “What a fractional world!”

This paper discusses several complex systems in the perspective of fractional dynamics. For prototype systems are considered the cases of deoxyribonucleic acid decoding, financial evolution, earthquakes events, global warming trend, and musical rhythms. The application of the Fourier transform and of the power law trendlines leads to an assertive representation of the dynamics and to a simple comparison of their characteristics. Moreover, the gallery of different systems, both natural and man made, demonstrates the richness of phenomena that can be described and studied with the tools of fractional calculus.

O jazz e a música do mediterrâneo: modos e ritmos de influência árabe num contexto de escrita para Large Ensemble

Dissertação para obtenção do grau de Mestre em Música - Interpretação Artística

Fractional central pattern generators for bipedal locomotion

Locomotion has been a major research issue in the last few years. Many models for the locomotion rhythms of quadrupeds, hexapods, bipeds and other animals have been proposed. This study has also been extended to the control of rhythmic movements of adaptive legged robots. In this paper, we consider a fractional version of a central pattern generator (CPG) model for locomotion in bipeds. A fractional derivative D α f(x), with α non-integer, is a generalization of the concept of an integer derivative, where α=1. The integer CPG model has been proposed by Golubitsky, Stewart, Buono and Collins, and studied later by Pinto and Golubitsky. It is a network of four coupled identical oscillators which has dihedral symmetry. We study parameter regions where periodic solutions, identified with legs’ rhythms in bipeds, occur, for 0<α≤1. We find that the amplitude and the period of the periodic solutions, identified with biped rhythms, increase as α varies from near 0 to values close to unity.

Martulus e a questão polimétrica

O presente trabalho foi realizado como parte integrante do mestrado em música da Escola Superior de Música de Lisboa (ESML), e procurou explorar a utilização de “novos ritmos” (Belling, 2010), sobretudo a polimetria em uma peça para piano e percussão intitulada de “Martulus”, com pequena influência de células rítmicas afro-brasileiras e composta durante o último semestre do mestrado. A polimétrica realiza-se na peça sobrepondo, em vários momentos, os diferentes instrumentos em compassos diferentes uns dos outros o que resulta no fato de as barras de compassos por vezes não serem simétricas e o primeiro tempo do compasso acontecer em vários momentos diferentes, os instrumentos que utilizam duas claves, como o piano e a marimba, puderam utilizar às vezes de compassos diferentes em cada clave de forma sobreposta. A peça termina com o compasso de 0/8 e sem barras de compasso, o 8 do denominador faz alusão as colcheias que passa a ser a única forma de guia para os instrumentistas e ausência de primeiro tempo deixando a música suspensa sem acentos implícitos. A peça foi composta para 7 instrumentistas e 7 instrumentos; piano, marimba, tímpano, bumbo grande, caixa, congas, bongôs, e da forma como foi escrita um mesmo percussionista não pode tocar mais do que um instrumento.

Sequencing educational resources with Seqins

Existing adaptive educational hypermedia systems have been using learning resources sequencing approaches in order to enrich the learning experience. In this context, educational resources, either expository or evaluative, play a central role. However, there is a lack of tools that support sequencing essentially due to the fact that existing specifications are complex. This paper presents Seqins as a sequencing tool of digital educational resources. Seqins includes a simple and flexible sequencing model that will foster heterogeneous students to learn at different rhythms. The tool communicates through the IMS Learning Tools Interoperability specification with a plethora of e-learning systems such as learning management systems, repositories, authoring and automatic evaluation systems. In order to validate Seqins we integrate it in an e-learning Ensemble framework instance for the computer programming learning domain.

Foraging at the Edge of Chaos: Internal Clock versus External Forcing

Activity rhythms in animal groups arise both from external changes in the environment, as well as from internal group dynamics. These cycles are reminiscent of physical and chemical systems with quasiperiodic and even chaotic behavior resulting from “autocatalytic” mechanisms. We use nonlinear differential equations to model how the coupling between the self-excitatory interactions of individuals and external forcing can produce four different types of activity rhythms: quasiperiodic, chaotic, phase locked, and displaying over or under shooting. At the transition between quasiperiodic and chaotic regimes, activity cycles are asymmetrical, with rapid activity increases and slower decreases and a phase shift between external forcing and activity. We find similar activity patterns in ant colonies in response to varying temperature during the day. Thus foraging ants operate in a region of quasiperiodicity close to a cascade of transitions leading to chaos. The model suggests that a wide range of temporal structures and irregularities seen in the activity of animal and human groups might be accounted for by the coupling between collectively generated internal clocks and external forcings.

Detrimental role of prolonged sleep deprivation on adult neurogenesis

Adult mammalian brains continuously generate new neurons, a phenomenon called adult neurogenesis. Both environmental stimuli and endogenous factors are important regulators of adult neurogenesis. Sleep has an important role in normal brain physiology and its disturbance causes very stressful conditions, which disrupt normal brain physiology. Recently, an influence of sleep in adult neurogenesis has been established, mainly based on sleep deprivation studies. This review provides an overview on how rhythms and sleep cycles regulate hippocampal and subventricular zone neurogenesis, discussing some potential underlying mechanisms. In addition, our review highlights some interacting points between sleep and adult neurogenesis in brain function, such as learning, memory, and mood states, and provides some insights on the effects of antidepressants and hypnotic drugs on adult neurogenesis.

Standarização no IKEA Industry de Paço de Ferreira

Standarização de um posto de trabalho não é mais que definir o melhor método de trabalho que vai ser seguido por todos os operadores que trabalham no mesmo. Uma vez definido esse método, é importante para uma empresa ter noção da produtividade que podem alcançar, dado que pode ser retirado a partir deste método, e é no seguimento disto que surge o estudo dos métodos e tempos, mais concretamente o estudo dos tempos por cronometragem. A aplicação deste estudo foi despoletada pela necessidade do IKEA Industry de Paços de Ferreira, em dar o próximo passo na standarização dos seus postos de trabalho, área a área, e da necessidade de terem uma pessoa em cada área que analisa-se o trabalho que estava a ser feito e calcula-se o tempo de cada rotina. Neste documento, é realizada uma interligação entre os conceitos teóricos que o método exige, como todo o conjunto de fórmulas, restrições, análises e ponderações, com o contexto laboral onde o mesmo foi aplicado e a estratégia desenvolvida pelo IKEA na realização do estudo. O estudo dos métodos e tempos por cronometragem, de todos os métodos existentes, pode ser considerado o mais completo e complexo, uma vez que é mais que observar, registar e retirar uma média ponderada das observações. Este método baseia-se num modelo matemático, que interliga uma série de conceitos e que tem sempre o operador em consideração, seja na avaliação e análise das tarefas que requerem mais esforço dos mesmos, físico ou psicológico, seja em termos de tempos de pausas pessoais que a lei obriga a que as empresas deem. Este detalhe, neste método, é de grande importância, uma vez que a standarização é sempre vista pelos operadores como uma punição. As desvantagens deste método estão no grau de conhecimento e capacidade de observação exigidas ao analista para o executar. Melhor dizendo, um analista que vá executar este trabalho necessita observar muito bem a rotina de trabalho e conhecer onde começa, acaba e tudo o que a ela não pertence, antes de começar a registar seja que tempos forem. Para além disso, é exigido ao analista que perceba o ritmo de trabalho dos operadores através da observação dos mesmos, de modo a que ninguém seja prejudicado. E por fim, é necessária uma grande disponibilidade da parte do analista para retirar o máximo de observações possíveis. Com o intuito de facilitar esta análise, o IKEA Industry criou um ficheiro que compila toda a informação relacionada com o método, e uma explicação de todos os parâmetros que o analista necessita ter em atenção. Esta folha de trabalho foi validada à luz do método, como é possível verificar no decorrer do documento. Um detalhe importante a referir, é que por muito fidedigno que seja este método, tal como qualquer método de standarização, a mínima alteração da rotina de trabalho invalida de imediato o tempo total da rotina, tornando necessário realizar o estudo novamente. Uma vantagem do documento criado pelo IKEA, está na rápida adaptação a estas alterações, uma vez que, caso seja acrescentado ou removido um elemento à rotina, basta alterar o documento, observar e cronometrar os operadores a executar esse novo elemento, e quase automaticamente é definido um novo tempo total padronizado na rotina. Este documento foi criado para fins académicos e de conclusão de um grau académico, mas o estudo quando aplicado na empresa deu origem a contratações, o que só por si mostra as vantagens e impacto que o mesmo pode ter em contexto laboral. Em termos de produtividade, uma vez que a sua aplicação não foi executada a tempo de ser estudada neste documento, não foi possível avaliar a mesma.

Analysis of the EEG Dynamics of Epileptic Activity in Gelastic Seizures Using Decomposition in Independent Components

Objective: Gelastic seizures are a frequent and well established manifestation of the epilepsy associated with hypothalamic hamartomas. The scalp EEG recordings very seldom demonstrate clear spike activity and the information about the ictal epilepsy dynamics is limited. In this work, we try to isolate epileptic rhythms in gelastic seizures and study their generators. Methods: We extracted rhythmic activity from EEG scalp recordings of gelastic seizures using decomposition in independent components (ICA) in three patients, two with hypothalamic hamartomas and one with no hypothalamic lesion. Time analysis of these rhythms and inverse source analysis was done to recover their foci of origin and temporal dynamics. Results: In the two patients with hypothalamic hamartomas consistent ictal delta (2–3 Hz) rhythms were present, with subcortical generators in both and a superficial one in a single patient. The latter pattern was observed in the patient with no hypothalamic hamartoma visible in MRI. The deep generators activated earlier than the superficial ones, suggesting a consistent sub-cortical origin of the rhythmical activity. Conclusions: Our data is compatible with early and brief epileptic generators in deep sub-cortical regions and more superficial ones activating later. Significance: Gelastic seizures express rhythms on scalp EEG compatible with epileptic activity originating in sub-cortical generators and secondarily involving cortical ones.

Modelling and Forecasting Mortality Patterns

Thesis submitted in partial fulfillment of the requirements for the Degree of Doctor of Statistics and Information Management

Age effects on EEG correlates of the Wisconsin card sorting test

Body and brain undergo several changes with aging. One of the domains in which these changes are more remarkable relates with cognitive performance. In the present work, electroencephalogram (EEG) markers (power spectral density and spectral coherence) of age-related cognitive decline were sought whilst the subjects performed the Wisconsin Card Sorting Test (WCST). Considering the expected age-related cognitive deficits, WCST was applied to young, mid-age and elderly participants, and the theta and alpha frequency bands were analyzed. From the results herein presented, higher theta and alpha power were found to be associated with a good performance in the WCST of younger subjects. Additionally, higher theta and alpha coherence were also associated with good performance and were shown to decline with age and a decrease in alpha peak frequency seems to be associated with aging. Additionally, inter-hemispheric long-range coherences and parietal theta power were identified as age-independent EEG correlates of cognitive performance. In summary, these data reveals age-dependent as well as age-independent EEG correlates of cognitive performance that contribute to the understanding of brain aging and related cognitive deficits.

A cooperar é que se aprende?: a aprendizagem cooperativa e educação intercultural: um contributo na construção da autonomia do aluno

Relatório de estágio de mestrado em Ensino de Inglês e Espanhol no 3º Ciclo do Ensino Básico e Ensino Secundário