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A Engenharia de Requisitos (ER) vem sendo reconhecida como uma área de pesquisa de extrema relevância para o desenvolvimento de sistemas ou artefatos. As maiores causas de falhas ocorridas em projetos são oriundas do processo de aquisição e tradução dos objetivos, necessidades ou restrições estabelecidas pelos clientes e/ou usuários. Estes erros podem aumentar de forma exponencial em projetos que se propõem a desenvolver sistemas ou artefatos que estejam diretamente associados à área cirúrgica, devido a diferença do domínio de conhecimento e o vocabulário entre as mencionadas áreas. Desta forma, verifica-se a importância científica para desenvolver modelos ou métodos que minimizem o problema apresentado. Ajudar na análise e definição, de maneira apurada e precisa, junto ao especialista da área médica, em relação aos movimentos executados em um procedimento minimamente invasivo e auxiliar a área de projetos de engenharia a desenvolver esse tipo de sistema. Este trabalho de dissertação apresenta o desenvolvimento de um modelo de conduta para o processo de eliciação e comunicação de requisitos no cenário em que o desenvolvedor e o especialista pertencem a diferentes domínios, técnicas e linguagens próprias. É também realizada a aplicação prática do modelo, em uma cirurgia minimamente invasiva, em específico à cirurgia da catarata. A aplicação prática foi realizada com o total apoio do Hospital Santa Luzia e do Instituto da Catarata, UNIFESP.

Este trabalho é uma contribuição importante para o desenvolvimento de um modelo numérico de arênquima pulmonar capaz de simular manobras de ventilação mecânica. O pulmão é um órgão estruturalmente complexo e hierarquizado. Por isso uma revisão bibliográfica multidisciplinar foi realizada. A revisão apresenta as propriedades mecânicas do parênquima, sua morfologia e os efeitos da tensão superficial para a contração e adesão dos septos interalveolares. Um aspecto importante para o modelo de alvéolo é um modelo de contato com adesão causada pela tensão superficial. Um modelo de contato adesivo simplificado foi desenvolvido e simulado em uma estrutura com parâmetros de mesma ordem de grandeza de um alvéolo real. A simulação foi realizada com o método dos elementos finitos não-linear e foi necessário empregar o método da corda para evitar divergência em pontos limites. Os resultados numéricos se aproximaram de resultados experimentais globai no pulmão com pressões de mesma ordem de grandeza.

Diversas metodologias e tipos de ensaios mecânicos têm sido utilizados para o estudo das propriedades mecânicas de tecidos biológicos moles, tais como as artérias. O ambiente de carga a que uma artéria é submetida pode ser simulado in-vitro mediante testes de tração biaxial. Uma máquina de tração biaxial está sendo construída atualmente no Laboratório de Engenharia Ambiental e Biomédica da Escola Politécnica da Universidade de São Paulo. Para conduzir futuras pesquisas neste tipo de equipamento uma metodologia para a realização do teste e o processamento dos dados foi proposta e testada. Testes de tração biaxiais em aortas e subclávias suínas foram feitos para avaliar a metodologia. As amostras foram levadas até à ruptura nos ensaios. Curvas de tensão-deformação foram obtidas. O limite à ruptura e o limite elástico foram calculados. O modelo de Função de Energia de Deformação bidimensional para materiais hiperelásticos proposto por Fung e o modelo bicamada proposto por Holzapfel foram utilizados para realizar um ajuste dos dados experimentais. Um programa computacional foi implementado para o processamento dos dados e para estimar as constantes dos modelos matemáticos. Análises histológicas das amostras foram realizadas com o objetivo de estimar a média do conteúdo de colágeno e elastina no tecido. Resulta deste trabalho uma descrição de metodologia para caracterização de tecidos biológicos moles.

Este trabalho discute a determinação de padrões respiratórios em sequências temporais de imagens obtidas por Ressonância Magnética (RM) e o seu uso no registro temporal de imagens coronais e sagitais. O registro é feito sem o uso de qualquer informação de sincronismo e qualquer gás especial para reforçar o contraste. As sequências temporais de imagens são adquiridas em respiração livre. O movimento real do pulmão nunca foi diretamente visto, pois é totalmente dependente dos músculos que o rodeiam. A visualização do pulmão em movimento é um tema atual de pesquisa na medicina. O movimento do pulmão não possui intervalos regulares e é suscetível a variações na respiração. Comparado à Tomografia Computadorizada (TC), a RM necessita de um maior tempo de aquisição e é preferível porque não envolve radiação. Como as sequências de imagens coronais e sagitais são ortogonais entre si, a sua intersecção corresponde a um segmento de reta no espaço tridimensional. O registro se baseia na análise deste segmento interseccional. A variação deste segmento de interseção no tempo pode ser enfileirada, definindo uma imagem espaço-temporal em duas dimensões (2DST). Supõe-se que o movimento diafragmático é o movimento principal de todas as estruturas do pulmão se movem quase que totalmente sincronicamente. A sincronização deste movimento é feita através de um padrão chamado função respiração. Este padrão é obtido através do processamento de uma imagem 2DST. Um algoritmo da transformada de Hough intervalar procura movimentos sincronizados na função respiração. O algoritmo de contornos ativos ajusta pequenas discrepâncias originadas por movimentos assíncronos nos padrões respiratórios . A saída é um conjunto de padrões respiratórios. Finalmente, a composição de imagens coronal e sagital que estão na mesma fase respiratória é realizada através da comparação de padrões respiratórios provenientes das superfícies de contorno superior e diafragmática. Quando disponíveis, os padrões respiratórios associados às estruturas internas do pulmão também são usados. Vários resultados e conclusões são apresentados.

Um sistema artificial pode usar raciocínio espacial qualitativo para inferir informações sobre seu ambiente tridimensional a partir de imagens bidimensionais. Inferências realizadas com base em raciocínio espacial qualitativo devem ser capazes de lidar com incertezas. Neste trabalho investigamos a utilização de técnicas probabilísticas para tornar o raciocínio espacial qualitativo mais robusto a incertezas e aplicável a agentes móveis em ambientes reais. Investigamos uma formalização de raciocínio espacial com lógica de descrição probabilística em um subdomínio de tráfego. Desenvolvemos também um método que combina raciocínio espacial qualitativo com um filtro Bayesiano para desenvolver dois sistemas que foram aplicados na auto localização de um robô móvel. Executamos dois experimentos de auto localização; um utilizando a teoria de relações qualitativas percebíveis sobre sombra com filtro Bayesiano; e outro utilizando o cálculo de oclusão de regiões e o cálculo de direção com filtro Bayesiano. Ambos os sistemas obtiveram resultados positivos onde somente o raciocínio espacial qualitativo não foi capaz de inferir a localização do robô. Os experimentos com dados reais mostraram robustez aos ruídos e à informação parcial.

Este trabalho descreve a implementação de algoritmos de inferência para modelos de primeira ordem. Três algoritmos foram implementados: ve, c-fove e ac-fove. Este último e o estado da arte no calculo de probabilidades em Redes Bayesianas Relacionais e não possua nenhuma implementação disponível. O desenvolvimento foi feito segundo uma metodologia ágil que resultou em um pacote de software que pode ser utilizado em outras implementações. Mostra-se que o software criado possui o desempenho esperado em teoria, embora apresente algumas limitações. Esta dissertação contribui também com novos tópicos teóricos que complementam o algoritmo.

O crescimento do emprego de materiais compósitos e a flexibilização dos processos de manufatura permitem a adoção deste tipo de material em diversos casos que antes não eram explorados. Este trabalho investiga técnicas de otimização aplicáveis a painéis compósitos laminados e com reforçadores co-curados. Painéis reforçados são amplamente utilizados na indústria aeronáutica por conferirem resistência a carregamentos no plano e de flexão à elementos de baixo peso estrutural que são empregados em estruturas aeronáuticas típicas, como fuselagens. Por meio da otimização paramétrica que adota como variáveis de projeto parâmetros pré-definidos da estrutura, a geometria e posicionamento dos reforçadores, bem como a orientação das lâminas dos painéis e reforçadores compósitos são otimizadas. O problema de otimização é formulado como a maximização da carga de flambagem do painel, calculada através de um programa de Elementos Finitos comercial (Abaqus), sujeito a restrições de massa, máxima deformação admissível e ordem de empilhamento das camadas dentro do laminado. O método de Otimização Discreta de Material (ODM) é utilizado para parametrizar as variáveis de orientação do laminado, de modo a tentar reduzir a ocorrência de mínimos locais dentre as soluções encontradas pelo otimizador, o algoritmo Método das Assíntotas Móveis. Esta metodologia de implementação do problema de otimização é comparada com técnicas baseadas em Algoritmo Genético e variáveis contínuas de orientação das fibras. Os resultados obtidos por meio da metodologia proposta são comparados com aqueles de um painel reforçado representativo com geometria e sequência de empilhamento típicos e por fim, são apresentadas as vantagens e desvantagens entre as metodologias. Em seguida, a utilização de otimização topológica para o projeto de estruturas compósitas é explorada, considerando como função objetivo a maximização da rigidez do painel, sujeita a restrições de volume e de tensão. Neste tipo de otimização, não presume-se a existência de uma distribuição de material fixa na estrutura, com material podendo ser inserido ou retirado de dentro do domínio. O desenvolvimento de técnicas de manufatura com a deposição automática de fibras pré-impregnadas com matriz torna possível este tipo de projeto. Neste caso, para a modelagem do material compósito um elemento finito de casca de 8 nós é implementado e associado à técnica de ODM, de modo a otimizar a distribuição de material no domínio, juntamente com o empilhamento das camadas do laminado nas regiões que contém material. Este método é aplicado em diversos casos exemplos, com formulações de otimização e condições de carregamento diferentes. Ao final, um painel típico aeronáutico é conceitualmente projetado e os resultados são discutidos e comparados com uma configuração típica.

A classificação estética de fotografias é um problema de separação de imagens como boas ou ruins esteticamente. Na fotografia, a qualidade e beleza de uma foto podem ser descritas segundo uma série de fatores, não só de cunho técnico, mas também de cunho emocional. Por se tratar de um processo trabalhoso mas que é baseado em regras estruturadas, pode-se considerar a utilização de algoritmos de aprendizado de máquina para automatizar a resolução do problema. Esses algoritmos possibilitam a avaliação da qualidade estética de uma fotografia através da extração e classificação de atributos. Para resolver este problema um sistema proposto consistindo numa rede neural profunda convolucional (DCNN) e uma máquina de vetores de suporte (SVM), numa abordagem denominada aprendizagem profunda usando L2-SVM (DLSVM) foi utilizado. A avaliação de diferentes arquiteturas de redes neurais e de camadas de saída foi feita com o intuito de encontrar a arquitetura de melhor desempenho e de avaliar se o uso de uma DLSVM leva a resultados superiores. As redes foram pré-treinadas usando o ImageNet Large Scale Visual Recognition Challenge no desafio de classificação de objetos em imagens para melhorar ainda mais o desempenho final do modelo, usando duas abordagens de transferência de conhecimento diferentes. Os resultados finais obtidos se comparam com os da literatura recente e as análises feitas formam uma base sobre a qual estudos futuros poderão ser feitos.

Esta tese apresenta um procedimento de identificação experimental de coeficientes hidrodinâmicos de veículos submarinos não tripulados. Apresenta-se o desenvolvimento de uma plataforma experimental para pesquisas em dinâmica, controle e navegação de veículos submarinos. A plataforma experimental inclui: 1) um veículo submarino não tripulado semi-autônomo do tipo estrutura-aberta chamado de LAURS, 2) um sistema multissensorial e multipropulsores para o controle de movimento, e 3) software e arquitetura de controle para a aquisição de dados dos sensores e o controle de movimento. A fim de deduzir as equações do movimento dinâmico do LAURS, apresenta-se a formulação geral das equações hidrodinâmicas não lineares de um veículo submarino com seis graus de liberdade. A partir destas equações gerais acopladas, são deduzidos modelos mais simples para um grau de liberdade (movimento unidirecional) e três graus de liberdade (movimento planar) do veículo. O método de estimação de parâmetros utilizado neste trabalho não requer medidas de aceleração e é baseado na aplicação da técnica dos mínimos quadrados à forma integral das equações dinâmicas do sistema. O procedimento de identificação proposto é baseado na informação dos sensores embarcados. Primeiramente, os coeficientes de arrasto são obtidos a partir de testes de velocidade constante e depois, fixando os coeficientes de arrasto do modelo matemático com estes valores obtidos, são identificados a inércia virtual e os coeficientes de acoplamento a partir de testes de velocidade variável. Nos testes de velocidade variável são aplicadas entradas de força do tipo senoidal. Apresentam-se os valores dos coeficientes hidrodinâmicos para os movimentos de avanço, deriva, arfagem, guinada e caturro do veículo, os quais foram obtidos usando o procedimento de identificação proposto. O desempenho dos modelos dinâmicos identificados é quantitativamente comparado ao movimento do veículo observado experimentalmente. Para o caso dos testes de velocidade constante em avanço e arfagem, foi feita uma comparação dos valores dos coeficientes obtidos usando a abordagem de identificação de sistemas com os dados obtidos a partir dos ensaios de reboque em tanque de provas. Os resultados obtidos validam o procedimento de identificação proposto. Além disso, são apresentados os resultados experimentais obtidos a partir de manobras do tipo zig-zag e é feita uma discussão da identificabilidade de coeficientes de modelos acoplados. Conclui-se que o procedimento de identificação proposto é eficaz na obtenção de valores reais (consistentes com a concepção física do veículo) para os coeficientes hidrodinâmicos de veículos submarinos. A fim de modelar a força hidrodinâmica que atua no veículo em avanço com movimento oscilatório e amplitudes menores do que um comprimento característico, são apresentados os resultados dos ensaios de oscilação forçada usando um mecanismo de movimento planar (MMP). Apresentam-se os valores dos coeficientes de arrasto e de inércia obtidos a partir dos ensaios em avanço no MMP para diferentes números de Keulegan-Carpenter. Os resultados mostram que os coeficientes de arrasto e de inércia para a faixa de velocidades de 0,1 até 0,8m/s dependem fortemente do número de Keulegan-Carpenter e não do número de Reynolds. A partir destes resultados, conclui-se que a amplitude da oscilação do veículo é o principal fator que causa a variação dos coeficientes hidrodinâmicos e não a velocidade do veículo.

Esse trabalho compara análises modais, obtidas por dois métodos distintos, de propriedades de imagens de chamas de um forno industrial. Visto que a combustão de gases e líquidos é caracterizada pelo tipo de injeção de combustível, pela formação aleatória de vórtices e pela distribuição de reagentes, o exato sinal de excitação do sistema é, na prática, muito pouco conhecido, cabendo aos métodos de análise a identificação dos parâmetros modais sem essa informação. Para vencer este obstáculo, na presente dissertação foram utilizados o método de Ibrahim no Domínio do Tempo (ITDM) e o método Eigensystem Realization Algorithm (ERA) associados à técnica do decremento aleatório (Random Decrement - RandomDec). A técnica RandomDec permite a obtenção de um sinal proporcional ao decaimento livre do sistema, a partir de uma excitação aleatória. Essa proporcionalidade permite que os métodos no domínio do tempo citados anteriormente sejam empregados na obtenção das características de vibração do sistema. O estudo da dinâmica de chamas com base em propriedades de suas imagens é tema muito pouco abordado na literatura; por esse motivo, inicialmente foi realizado, por meio de simulações numéricas em um sistema hipotético, um completo teste de sensibilidade de todos os métodos e da técnica a serem implementados no problema real do forno industrial. Posteriormente, os dados de chamas foram utilizados para obtenção dos modos de vibrar das propriedades de imagens. Os resultados mostram que a modelagem realizada pelo ERA para sistema SIMO (single input and multiple output) fornece modos de vibrar com amortecimentos mais condizentes com a dinâmica da chama e, assim, sugerem que, em princípio, está técnica poderia ser utilizada prontamente na identificação desse tipo de sistema, sem a necessidade da realização de qualquer outra análise modal para corroborar os resultados. Além disso, a identificação de um sistema complexo como o analisado, utilizando métodos de análise modal operacional, enseja a possibilidade de pesquisas visando obter sistemas de controle baseado em imagens para plantas com características semelhantes.

Com o aumento da demanda energética e preocupação em se utilizar fontes de energia consideradas limpas, a indústria de aerogeradores tem se expandido, sobretudo na produção de turbinas com maior capacidade de geração, que consequentemente exigem equipamentos maiores e mais robustos. Nesse ínterim, a necessidade de desenvolvimento de máquinas que sejam mais leves e menos custosas, aliada à preocupação em assegurar sua durabilidade em anos de exposição às adversidades do meio, como mudanças abruptas das condições atmosféricas ou mesmo acidentes durante a operação, levantam questões ligadas às especificações de esforços sob os quais o aerogerador está submetido em sua região de instalação. Em meio a esse contexto, o presente estudo apresenta e analisa uma coletânea de dados provenientes de simulações numéricas de turbinas eólicas em diferentes condições de vento para averiguar como os esforços solicitantes oscilam em dadas combinações de velocidade, turbulência e eventos extremos. O estudo foi desenvolvido com auxílio da ferramenta OpenFAST, uma plataforma para simulações de aerogeradores que combina métodos de dinâmica de sistemas multicorpos, teoria de quantidade de movimento no elemento de pá, dinâmica modal e rotinas de controle para compor a modelagem e descrever o comportamento de toda a turbina ao longo de sua operação. As simulações são tomadas com base em cenários descritos na norma técnica IEC 61400-1 para projeto de equipamentos eólicos, na qual encontram-se as definições do modelo de vento normal e modelagem de casos extraordinários, os quais o aerogerador deve ser capaz de suportar. Definidas as ferramentas de cálculo e a sua metodologia, foram selecionados três modelos de turbinas eólicas para realizar as simulações e fez-se o levantamento de parâmetros estatísticos para observar as principais tendências dos esforços em função das condições de vento. Em relação aos eventos extremos, são indicados os valores máximos e mínimos dos esforços em cada situação, a fim de determinar quais componentes das solicitações estruturais são mais impactados de acordo com os diferentes cenários de operação empregados.

Apresenta-se o desenvolvimento de modelos matemáticos e algoritmos de fusão sensorial para navegação terrestre usando uma unidade de medição inercial (UMI) de baixo desempenho e o Filtro Estendido de Kalman. Os modelos foram desenvolvidos com base nos sistemas de navegação inercial strapdown (SNIS). O termo baixo desempenho refere-se à UMIs que por si só não são capazes de efetuar o auto- alinhamento por girocompassing. A incapacidade de se navegar utilizando apenas uma UMI de baixo desempenho motiva a investigação de técnicas que permitam aumentar o grau de precisão do SNIS com a utilização de sensores adicionais. Esta tese descreve o desenvolvimento do modelo completo de uma fusão sensorial para a navegação inercial de um veículo terrestre usando uma UMI de baixo desempenho, um hodômetro e uma bússola eletrônica. Marcas topográficas (landmarks) foram instaladas ao longo da trajetória de teste para se medir o erro da estimativa de posição nesses pontos. Apresenta-se o desenvolvimento do Filtro de Kalman Adaptativo Suavizado (FKAS), que estima conjuntamente os estados e o erro dos estados estimados do sistema de fusão sensorial. Descreve-se um critério quantitativo que emprega as incertezas de posição estimadas pelo FKAS para se determinar a priori, dado os sensores disponíveis, o intervalo de tempo máximo que se pode navegar dentro de uma margem de confiabilidade desejada. Conjuntos reduzidos de landmarks são utilizados como sensores fictícios para testar o critério de confiabilidade proposto. Destacam-se ainda os modelos matemáticos aplicados à navegação terrestre, unificados neste trabalho. Os resultados obtidos mostram que, contando somente com os sensores inerciais de baixo desempenho, a navegação terrestre torna-se inviável após algumas dezenas de segundos. Usando os mesmos sensores inerciais, a fusão sensorial produziu resultados muito superiores, permitindo reconstruir trajetórias com deslocamentos da ordem de 2,7 km (ou 15 minutos) com erro final de estimativa de posição da ordem de 3 m.

A tomografia por impedância elétrica é uma modalidade de imageamento médico recente, com diversas vantagens sobre as demais modalidades já consolidadas. O recozimento simulado é um algoritmo que apresentada qualidade de solução, mesmo com a utilização de uma regularização simples e sem informação a priori. Entretanto, existe a necessidade de reduzir o tempo de processamento. Este trabalho avança nessa direção, com a apresentação de um método de reconstrução que utiliza o recozimento simulado e paralelização massiva em GPU. A paralelização das operações matriciais em GPU é explicada, com uma estratégia de agendamento de threads que permite a paralelização efetiva de algoritmos, até então, considerados não paralelizáveis. Técnicas para sua aceleração são discutidas, como a heurística de fora para dentro. É proposta uma nova representação de matrizes esparsas voltada para as características da arquitetura CUDA, visando um melhor acesso à memória global do dispositivo e melhor utilização das threads. Esta nova representação de matriz mostrou-se vantajosa em relação aos formatos mais utilizados. Em seguida, a paralelização massiva do problema inverso da TIE, utilizando recozimento simulado, é estudada, com uma proposta de abordagem híbrida com paralelização tanto em CPU quanto GPU. Os resultados obtidos para a paralelização do problema inverso são superiores aos do problema direto. A GPU satura em aproximadamente 7.000 nós, a partir do qual o ganho em desempenho é de aproximadamente 5 vezes. A utilização de GPUs é viável para a reconstrução de imagens de tomografia por impedância elétrica.

Oil and gas exploitation in deep waters has become more than just a profit business to be a daily necessity, since the world energy matrix is based on fossil components. Risers are offshore structures that are intimately linked with oil and gas exploitation and those are subjected to a great variety of effects in field, e.g., marine currents, Vortex Induced Vibration (VIV), heave motion caused by gravitational waves, non-linear contact with the sea floor, and many others. Riser dynamics is essentially non-linear and experimental tests in real scale are almost impossible due to a great variety of control parameters acting concomitantly. Small-scale models are a better experimental approach. Nevertheless, there are many structural and hydrodynamical parameters to be evaluated. Considering only vertical risers in the present work, Galerkin\'s modal decomposition is used in order to reduce the dynamics of a vertical flexible cylinder to a few linear modes in which the majority of energy and information are contained. From the modal analysis, added mass and structural parameters damping of a vertical flexible cylinder using data obtained from free-decay tests performed both in water and in air are evaluated. Finally, a modal Mathieu-Hill oscillator with non-linear damping is constructed and, based on aStrutt diagram, modal stability under parametric resonance is discussed.

O principal objetivo dos veículos híbridos é diminuir o consumo de combustível em relação a veículos convencionais. Para isso, existe a necessidade de realizar a integração dos diferentes sistemas do trem-de-força e coordenar o seu funcionamento através de estratégias de controle. Tais estratégias são desenvolvidas e simuladas em conjunto com um modelo computacional da planta do veículo antes de serem aplicadas em uma unidade de controle eletrônica. O presente estudo tem como objetivo analisar o gerenciamento de energia em um veículo híbrido elétrico não-plugin do tipo série-paralelo visando à diminuição de consumo de combustível. O método de otimização global é utilizado para encontrar as variáveis de controle que resultam no mínimo consumo de combustível em um determinado ciclo de condução. Na primeira etapa, um modelo computacional da planta do veículo e da estratégia de controle não-ótima são criados. Os resultados obtidos da simulação são então comparados com dados experimentais do veículo operando em dinamômetro de chassis. A seguir, o método de otimização global é aplicado ao modelo computacional utilizando programação dinâmica e tendo como objetivo a minimização do consumo de combustível total ao final do ciclo. Os resultados mostram considerável redução do consumo de combustível utilizando otimização global e tendo como variável de controle não só a razão de distribuição de torque mas também os pontos de operação do motor de combustão. Os modelos computacionais criados nesse trabalho são disponibilizados e podem ser usados para o estudo de diferentes estratégias de controle para veículos híbridos.

Grupos de pesquisa espalhados pelo mundo vêm empregando a Tomografia por Impedância Elétrica (TIE) em aplicações médicas. Entretanto estas pesquisas vem sendo limitadas pelos sistemas de aquisição atualmente empregados, que, frequentemente, n~ao possuem a flexibilidade em termos de números de canais, capacidade de sincronismo temporal e velocidade exigidos nas pesquisas mais recentes. Para facilitar o progresso das pesquisas este trabalho propõe uma arquitetura aberta para aquisição, transferência e armazenamento de sinais. A arquitetura proposta compreende unidades de medição e processamento de sinais, chamadas Canais de Medição. Cada canal de medição é composto por três módulos, o Condicionador de Sinal, o Conversor AD e o Demodulador. Um módulo Supervisor, que essencialmente é um software de configuração e armazenamento, possibilita o controle e monitoramento destes canais através de um módulo Concentrador, que gerencia um barramento de comunicação. Estes módulos, operando em conjunto, têm desempenho equiparável às soluções existentes, porém com ganho de flexibilidade e velocidade. Manutenção e modificações da arquitetura ficam facilitadas pela estrutura modular, aspecto importante nos ambientes de pesquisa. Os dados são armazenados em banco de dados, com a velocidade de coleta compatível com estimação de 50 imagens de TIE por segundo.

Este trabalho apresenta aspectos teóricos e práticos relevantes do desenvolvimento do Sistema de Navegação e Controle (SNC) a ser implementado em um Veículo Submarino Semi-Autônomo (VSSA), tipo não carenado e auto propelido, que está em desenvolvimento e construção na Escola Politécnica da USP, para a Petrobrás. Os três graus de liberdade horizontais são controlados para seguirem trajetórias pré-definidas, enviadas como sinais de referência para navegação por uma estação de apoio localizada na superfície, responsável pela guiagem do veículo. Os sinais de referência enviados são acústicos propagados pela água. A implementação física do SNC e o controle dos três graus de liberdade verticais não fazem parte do escopo deste trabalho. O SNC consiste em um controlador determinístico, um seguidor de trajetórias linear quadrático alimentado por um vetor de estados estimado assintoticamente. Por segurança, em caso de falha de algum sensor, e para filtrar ruídos nos sinais medidos, um estimador de estados de ordem plena é utilizado conjuntamente. Pela simplicidade de síntese e implementação, esta arquitetura de controle é considerada a melhor alternativa para capacitar o VSSA a executar os movimentos semi-autônomos desejados. As técnicas de controle utilizadas requerem a linearização do modelo matemático não-linear que descreve o comportamento dinâmico do veículo. O modelo é obtido de maneira simplificada. Os resultados são gerados por simulações com o modelo não-linear.

Este trabalho descreve o desenvolvimento de um algoritmo para avaliar o grau de corrosão em paredes de oleodutos, através de ultrassom. O algoritmo desenvolvido será implementado em um circuito digital, fazendo parte de um sistema que poderá ser embarcado em pigs ultrassônicos para inspeção de dutos à procura de corrosão. O modelo matemático conhecido como filtro casado é usado como base do algoritmo, além de um método de detecção de picos para localização dos sinais de eco de ultrassom, provenientes das reflexões do sinal nas paredes dos dutos. Um dos problemas é a definição do sinal (e do filtro) que será utilizado, mas por meio de sinais sintetizados (signal design) uma grande gama de alternativas foi analisada e apenas algumas foram selecionadas para testes em experimentos. Por último os melhores sinais foram utilizados na inspeção de um corpo de prova feito à partir de um duto corroído, e os resultados são analisados. A detecção da primeira parede do oleoduto apresenta resultados promissores em comparação com a medição tridimensional das mesmas paredes. O sistema foi capaz de reconstruir o perfil da parede interna do duto com elevada verossimilhança, mesmo em regiões severamente corroídas. A detecção da segunda parede apresenta resultados satisfatórios para baixos níveis de corrosão, porém alguns problemas foram encontrados para níveis mais altos de corrosão, prejudicando a medição direta da espessura da parede nestas condições.

Human machine interface has been a growing field of scientific research for the last years. Conventional robots have been conceived as rigid metallic structures and, when metal meets human tissue, it is necessary to break the mindset in order to achieve better interaction. Exoskeletons, often called wearable robots, shares the same challenges with applications ranging from industry, to military, medicine and entertainment. This work introduces a systematic design of a development platform for exoskeleton research supported by Requirement Engineering and implemented through prototyping. The dynamics of the human joint and the robotic joint are modelled with different couplings between them. A Model Reference Adaptive Control is proposed as a solution for exoskeleton control and simulations indicate that it is capable of estimating human joint parameters in real time. The Model Reference controller is implemented, with successful modulation of the robotic joint apparent impedance. From a practical perspective, we present the design and construction of an experimental workbench and the use of an on-line repository for the control software development. The on-line repository results in a viable way for collaborative project management, software versioning and scientific contribution. The experimental workbench which was designed to meet the stakeholders needs - the university, patients and therapists - being of modular application, easy to operate and relatively low cost, can be used to conduct motor control experiments and rehabilitation tasks.

O mancal magnético base deste trabalho é de 1-GDL(grau de liberdade) de controle uni-axial com circuito magnético híbrido do tipo atração, o qual foi desenvolvido em 2000 na Escola Politécnica da Universidade de São Paulo por Silva e Horikawa [1][2]. Nas duas extremidades do rotor são fixados ímãs, e em oposição ficam os atuadores eletromagnéticos com núcleos ferromagnéticos. Os ímãs são atraídos para os atuadores pelas forças magnéticas devido à presença dos núcleos ferromagnéticos dos dois atuadores. Devido à concorrência entre as forças magnéticas de atração, o rotor fica confinado na posição central do eixo axial resultando numa rigidez passiva para esforços radiais. E na direção axial, a posição do rotor é definida pelo controle ativo que produz o efeito da levitação magnética do rotor. Se o rotor do mancal magnético sofrer esforços na direção axial, o sistema de controle deve aplicar mais corrente elétrica nos atuadores para assegurar o correto posicionamento do rotor, isto pode gerar um enorme consumo de energia elétrica. Este trabalho estuda o princípio de controle de mancal magnético com potência nula para ser aplicado no projeto de uma bomba centrífuga mista, que tem seu rotor suspenso magneticamente. É chamada de potência nula a condição de operação com o mínimo de consumo de energia na levitação do rotor. A bomba em projeto será utilizada no auxílio da circulação sanguínea, aliviando a carga do bombeamento do ventrículo esquerdo do coração doente, por isso o projeto da bomba é chamado de Dispositivo de Assistência Ventricular (DAV). As necessidades técnicas do DAV justificam o emprego do sistema de mancal magnético e do controle de potência nula. Para se aplicar a técnica de controle de potência nula é essencial que o sistema magnético do mancal seja do tipo híbrido. Este estudo se desenvolveu a partir do sistema de mancal magnético desenvolvido por Silva e Horikawa [1][2] pela semelhança de propriedades que o mancal do DAV solicita. O Algoritmo do controle de potência nula (ZPC- zero power control) foi desenvolvido para proporcionar um código simples e pequeno sem comprometer a robustez do controle que o projeto do DAV requer.