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Emoções exercem influência direta sobre a vida humana, mediando a maneira como os indivíduos interagem e se relacionam, seja em âmbito pessoal ou social. Por essas razões, o desenvolvimento de interfaces homem-máquina capazes de manter interações mais naturais e amigáveis com os seres humanos se torna importante. No desenvolvimento de robôs sociais, assunto tratado neste trabalho, a adequada interpretação do estado emocional dos indivíduos que interagem com os robôs é indispensável. Assim, este trabalho trata do desenvolvimento de um modelo matemático para o reconhecimento do estado emocional humano por meio de expressões faciais. Primeiramente, a face humana é detectada e rastreada por meio de um algoritmo; então, características descritivas são extraídas da mesma e são alimentadas no modelo de reconhecimento de estados emocionais desenvolvidos, que consiste de um classificador de emoções instantâneas, um filtro de Kalman e um classificador dinâmico de emoções, responsável por fornecer a saída final do modelo. O modelo é otimizado através de um algoritmo de têmpera simulada e é testado sobre diferentes bancos de dados relevantes, tendo seu desempenho medido para cada estado emocional considerado.

Neste trabalho é proposta uma metodologia para modelar, construir e caracterizar um transdutor ultrassônico matricial bidimensional para acoplamento em água, com o objetivo de realizar imagens em duas e em três dimensões de objetos submersos. Buscando-se o desempenho do transdutor para aplicações subaquáticas, seis protótipos foram projetados e construídos. Foram usados dois tipos de matrizes de elementos piezelétricos: piezocerâmica Pz37 e piezocompósito 1-3. Os protótipos de cada tipo de matriz piezelétrica se diferenciam apenas pelo tipo de material utilizado na camada de retaguarda (backing layer). A cerâmica pura deu origem aos transdutores T1 - retaguarda de água, T2 - retaguarda de ar e T3 - retaguarda de compósito de epóxi com partículas de tungstênio. Dentre estes, o transdutor T2 apresentou a melhor sensibilidade para detectar ecos, o transdutor T3 proporcionou a melhor diretividade do feixe acústico e a melhor otimização dos lóbulos de espaçamento, e o transdutor T1 teve desempenho intermediário em todos os parâmetros. O piezocompósito 1-3 deu origem aos transdutores T4 - retaguarda de água, T5 - retaguarda de ar e T6 - retaguarda de resina epóxi. Dentre estes, o transdutor T5 teve a maior sensibilidade de detecção de ecos, o T4 proporcionou a maior largura de banda, e o T6 obteve sensibilidade intermediária e a menor largura de banda. Dentre os transdutores T4-T6, o transdutor T5 foi escolhido como o melhor compromisso entre sensibilidade e largura de banda, porque obteve a maior sensibilidade média de detecção dos ecos (T4 e T6 foram -3,5dB e -2,6dB inferiores, respectivamente), e proporcionou uma largura de banda média próxima a obtida com o transdutor T4 (apenas -0,2dB inferior à este) e maior do que a do transdutor T6 (0,7dB superior a este). Por fim, os transdutores T3 e T5 foram usados para gerar imagens em duas e em três dimensões de refletores imersos em um tanque (a até 1,15m de distância).

Propõe-se um sistema de visão computacional para leitura automática de dispositivos mostradores analógicos de instrumentos de medição que não possuem interface de comunicação digital. Esse sistema pode ser aplicado na automação de processos de calibração desses instrumentos ou em outros ensaios em que sejam feitas leituras repetitivas por um operador humano. Espera-se reduzir o tempo de leitura e os custos envolvidos nos processos e alcançar exatidão e incerteza ao menos equivalentes aos da leitura humana. A abordagem proposta se baseia na comparação da inclinação do ponteiro com as inclinações das marcas de escala do dispositivo mostrador. Em uma primeira etapa realiza-se o reconhecimento das marcas de escala e a correspondência de cada marca a um valor de leitura a partir de três imagens capturadas e algumas informações consideradas conhecidas como o número de escalas, o número de marcas principais por escala e os valores associados a essas marcas principais. Em seguida parte-se para uma segunda etapa em que para cada nova imagem capturada é obtido um valor de leitura por meio da interpolação entre valores de inclinações calculados e os valores de leitura associados às marcas de escala. Uma análise de incerteza de leitura mostra que para os instrumentos estudados e equipamentos empregados (câmera e lentes) a leitura automática é compatível com a leitura humana e que a incerteza poderia ser eventualmente melhorada. Foram realizados diversos testes de leitura automática. Os resultados obtidos confirmaram as expectativas de incertezas e a ocorrência de erros mais significativos foi da ordem de apenas um por cento o que revela a robustez do método para utilização real.

O objetivo deste trabalho é o estudo dos processos informados de automação, isto é, onde o fluxo e armazenagem de informação são determinantes para o processo de negócio (PN), além de servir para verificação de qualidade, recuperação de erros, rastreabilidade de ocorrências anômalas, etc. Aborda-se em especial um tratamento onde a internacionalização do acesso aos dados (sistema EPCIS) passa por um elemento de captura e distribuição local, chamado SAVANT-2, que acaba por ser o elemento chave para controle do fluxo e para o desenvolvimento dos projetos (Dos Santos, 2005). As informações são capturadas por leitores de RFID, e não em código de barras como é feito convencionalmente. As etiquetas de código de barras geraram uma revolução nos sistemas de identificação há algumas décadas atrás, mas hoje se mostram inadequadas num número crescente de casos. O código de barras pode ser extremamente barato, mas tem baixa produtividade além de baixa capacidade de armazenamento de dados e uma dependência maior das operações manuais, quando comparado a outras tecnologias de suporte de dados. Um estudo de caso será feito na automação de acervos, onde a informação de base é a retirada e a devolução de obras por usuários, que é atualizada dinamicamente e está intimamente ligada à missão do próprio sistema de controle do acervo. Esse trabalho segue a mesma abordagem proposta por (Tavares, 2006) e (Dos Santos, 2005), ou seja, controlar a informação corporativa localmente e selecionar, além do código de identificação, as informações que podem e devem ser estrategicamente compartilhadas com o restante do mundo. Em outras palavras utilizaremos a modelagem do fluxo de informação em Redes de Petri e os sistemas denominados de SAVANT-2 e EPCIS-2.Para isso, foram desenvolvidos novos módulos EPCIS-2 e SAVANT-2 adaptados dos já desenvolvidos, só que acoplados a leitores e sensores, que compõe um piloto simplificado de um sistema de controle para biblioteca. Este protótipo instalado no Design Lab da Escola Politécnica da Universidade de São Paulo gerencia o acervo de livros e mídias do laboratório. Este é não somente o 1º acervo da América Latina automatizado com sistema utilizando a tecnologia RFID, mas também o primeiro automatizado com base na Rede EPC e com a análise de eventos atípicos de seus processos no mundo.

The Dynamic Positioning (DP) System is responsible for the station keeping of vessels in several offshore operations. The forces required by the DP System are distributed among the available thrusters by a thrust allocation algorithm which should be accurate, efficient and robust. This means that the effective forces match the required forces while power consumption is minimized. Additionally, in case of impossibility of generating the required forces the heading of the vessel is maintained to avoid increasing environmental forces. To accurately generate the required forces, the physical limitations of the thrusters and the hydrodynamic interactions must be considered. The hydrodynamic interactions are consistently modelled to accommodate the following typical effects: thruster-hull, thruster-current and thruster-thruster interaction. The result of this modeling is a nonlinear optimization problem, which is solved using the Sequential Quadratic Programming (SQP) algorithm with slack variables. The DP simulation carried out show that by considering the hydrodynamic interactions on thrust allocation the overall performance (controllability and power consumption) of the DP system is improved.

Peen forming é um processo de conformação plástica a frio de laminas ou painéis metálicos através do impacto de um jato regulado de pequenas esferas de aço em sua superfície, a fim de produzir uma curvatura pré-determinada. A aplicação da técnica de shot peening como um processo de conformação já é conhecida da indústria desde a década de 1940, mas a demanda crescente por produtos de grande confiabilidade tem impulsionado o desenvolvimento de novas pesquisas visando o seu aperfeiçoamento e automação. . O planejamento do processo de peen forming requer medição e controle de diversas variáveis relacionadas à dinâmica do jato de granalhas e à sua interação com o material a ser conformado. Conforme demonstrado por diversos autores, a velocidade de impacto é uma das variáveis que mais contribui para a formação do campo de tensões residuais que leva o material a se curvar. Neste trabalho é apresentado um modelo dinâmico simplificado que descreve o movimento de um grande número de pequenas esferas arrastadas por um fluxo de ar em regime permanente e sujeitas a múltiplas colisões entre si e com a peça a ser conformada. Simulações deste modelo permitiram identificar a correlação entre o campo de velocidades das granalhas e os demais parâmetros do processo. Mediante a aplicação da técnica de projeto de experimentos pôde-se estimar os valores dos parâmetros que otimizam o processo. Ao final, elaborou-se um algoritmo que permite realizar o planejamento de processos de peen forming, ou seja, determinar os valores desses parâmetros, de modo tal a produzir uma curvatura pré-determinada em uma placa metálica originalmente plana.

Processos de montagem em geral necessitam de instruções para serem executados, desde a montagem de simples brinquedos até máquinas complexas. Tradicionalmente, essas instruções vem na forma de manuais em papel ou meio digital. Seja qual for o modo, os manuais de instruções utilizam desenhos, diagramas ou fotos, além de instruções textuais para indicar a sequência de montagem do início até o estado final. Procurando mudar esse paradigma, esse trabalho propõe um sistema para auxílio à montagem que utiliza realidade aumentada para guiar o usuário no processo. Através de processamento de imagens capturadas por uma câmera o sistema reconhece cada peça e por meio de sinais gráficos é indicado ao usuário qual a peça a ser manipulada e onde deve ser posicionada. Em seguida é feito a verificação do posicionamento das peças e o usuário é alertado quando a tarefa de montagem atinge o estado final. Muitos trabalhos na área utilizam algum tipo de dispositivo customizado como \"head mounted display\" (HMD) e marcadores para auxiliar o rastreamento da câmera e identificação das peças, limitando a popularização dessa tecnologia. Tendo esse último ponto em vista, propõe-se um sistema que não utiliza qualquer dispositivo customizado ou marcadores para rastreamento. Além disso, todos os processos do sistema são executados em software embarcado, não necessitando de comunicação com outros computadores para o processamento de imagens. Como o sistema não faz uso de marcadores para a identificação das peças, inicialmente é proposto a implementação do sistema para guiar o usuário na resolução de um quebra-cabeças plano. O sistema proposto é denominado como MARA (Montagem Assistida por Realidade Aumentada).

Acoustic levitation is a method which uses sound radiation to suspend matter in a medium. The main use of this phenomenon is for the contactless processing of matter, allowing to manipulate small objects without any solid contact. Contactless processing of matter presents many advantages in, for example, the fabrication of MEMS (microelectromechanical systems) where handling the components is challenging because of their fragile and surface-sensitive characteristics or in the chemical/biological industry when handling high-purity or hazardous materials. Thus, a new device for noncontact linear transportation of small solid objects is presented here. In this device, ultrasonic flexural vibrations are generated along the ring shaped vibrator using two Langevin transducers and by using a reflector parallel to the vibrator, small particles are trapped at the nodal points of the resulting acoustic standing wave. The particles are then moved by generating a traveling wave along the vibrator, which can be done by modulating the vibration amplitude of the transducers. The working principle of the traveling wave along the vibrator has been modeled by the superposition of two orthogonal standing waves, and the position of the particles can be predicted by using finite element analysis of the vibrator and the resulting acoustic field. A prototype consisting of a 3 mm thick, 220 mm long, 50 mm wide and 52 mm radius aluminum ring-type vibrator and a reflector of the same length and width was built and small polystyrene spheres have been successfully transported along the straight parts of the vibrator.

As montanhas-russas são as atrações mais populares dos parques de diversões. O projeto mecânico de uma montanha-russa compreende diversas áreas da engenharia, entre elas a dinâmica, a análise estrutural e a geometria computacional. O projeto geométrico de uma montanha-russa busca determinar as formas e as posições das entidades que representam o seu circuito - essencialmente os trilhos e os suportes -, consistindo portanto no passo inicial para a completa modelagem de um equipamento. A localização das entidades geométricas que compõem um circuito se dá a partir de um sistema referencial móvel, localizado sobre uma curva de referência. A contribuição deste trabalho consiste na dedução de um sistema referencial adequado ao projeto de montanhas-russas, mas também ao de autoestradas e de ferrovias, para todas as situações em que se deseja manter as forças laterais resultantes nulas e assim evitar o risco de capotamento. Esse sistema referencial é utilizado para a modelagem de dois tipos de circuitos: (1) o que deriva da própria natureza do sistema referencial (circuitos nos quais a a força lateral resultante é nula) e (2), circuitos onde o ângulo de rolagem dos trilhos é imposto. Este trabalho apresenta uma comparação entre os diferentes tipos de representação de curvas, incluindo aquelas escolhidas, as NURBS (Non Uniform Rational Basis Spline). Os sistemas referenciais de curvas mais comuns estabelecem uma base para a dedução de um sistema adaptado ao projeto de montanhas-russas. Exemplos de circuitos são gerados segundo os dois métodos propostos e as acelerações resultantes são então discutidas.

Dentre as tendências de uso racional de recursos, principalmente energia, e da necessidade de assegurar a produtividade e qualidade na execução de atividades produtivas, destaca-se o conceito de edifício inteligente. Este ambiente materializa o conceito de integração dos sistemas prediais potencializando a otimização dos recursos e a eficiência do trabalho humano. Neste contexto, abordagens conceituais baseadas em sistemas a eventos discretos e técnicas derivadas de rede de Petri têm sido introduzidas como uma alternativa eficaz de modelagem e análise das soluções de integração dos sistemas prediais. Um resultado expressivo destas iniciativas são os métodos propostos para a modelagem e análise de estratégias de gerenciamento de sistemas de ar condicionado, utilizando uma abordagem híbrida, onde são considerados os aspectos de sistemas a eventos discretos e as variáveis de dinâmica contínua. Contudo, as abordagens e métodos existentes são limitados a soluções específicas de implementação, como os sistemas de ar condicionado com volume de ar contínuo. Assim, o presente trabalho introduz uma extensão destas abordagens para modelar e analisar soluções de automação predial que incluem sistemas de ar condicionado com volume de ar variável. A eficiência deste método na concepção e validação destas soluções é ilustrada através de um estudo de caso.

A globalização reforça a necessidade das empresas aprimorarem seus processos e produtos continuamente para se manterem competitivas e atenderem às expectativas de um mercado dinâmico e de acionistas cada vez mais exigentes, que buscam maximizar seus lucros. A melhoria contínua acima mencionada não se refere apenas à qualidade percebida pelo consumidor final, mas também à qualidade e confiabilidade dos processos de produção. Desta forma, quando as empresas têm melhores processos, melhores são os produtos originados e também os seus custos. Porém, a questão é como esses processos são modelados na fase de projeto e como ferramentas de qualidade, sobretudo o Seis Sigma metodologia mais em voga na atualidade podem utilizar tais modelos para obter melhores resultados. Essa dissertação propõe a utilização de ferramentas de modelagem e simulação tais como as Redes de Petri para modelagem de processos produtivos fornecem um modelo formal para a representação de sistemas de produção, capturando aspectos inerentes a tais sistemas como concorrência, paralelismo e sincronização suportando a aplicação da metodologia Seis Sigma, a qual geralmente atua somente no nível de melhoria do processo produtivo e não do projeto que o originou. Dessa forma, essa dissertação trás uma proposta de integração entre os times que projetam o processo e os que executam a produção, demonstrando tal viabilidade por meio da análise dos projetos/modelos durante a aplicação da metodologia Seis Sigma. É realizado um estudo de caso na estamparia de uma indústria automotiva que ilustra a aplicação da metodologia proposta.

Este trabalho propõe estudar o projeto de estruturas submetidas a grandes deslocamentos utilizando o Método de Otimização Topológica (MOT). O MOT é um método numérico capaz de fornecer de forma sistemática a distribuição ótima de material no domínio de uma estrutura de forma a atender a um dado requisito de projeto, por exemplo, o valor de flexibilidade máxima permitida em uma estrutura. Desde sua introdução, há quase três décadas, o MOT ganhou popularidade na área acadêmica e na indústria. Até o presente momento (2011), a maioria dos trabalhos relacionados com o método tem se preocupado com a otimização de estruturas com o comportamento linear, ou seja, pequenos deslocamentos. Um pequeno número de artigos e trabalhos tem sido relacionado com a modelagem e otimização topológica de estruturas submetidas a efeitos não-lineares. Este trabalho propõe compilar as formulações descritas na literatura e agregar novas técnicas na implementação da OT de forma a melhorar a robustez na obtenção de resultados sob não-linearidade geométrica. O MOT para o comportamento não-linear geométrico neste trabalho foi implementado utilizando o modelo de material SIMP. O comportamento não-linear geométrico é representado utilizando a formulação Lagrangiana para as leis de material de Kirchhoff-Saint Venant e neo-Hookiana. Ambas as leis de material foram implementadas utilizando o método de elementos finitos (MEF) e o equilíbrio estático da estrutura é obtido através de uma rotina incremental e iterativa de Newton incluindo todos os elementos (inclusive os de baixa densidade) dentro do domínio de projeto. A sensibilidade da função objetivo é deduzida utilizando o método adjunto e o problema de otimização é resolvido utilizando o Método das Assíntotas Móveis (MAM) em conjunto com uma função de Relaxação proposta para estabilizar a solução de OT não-linear. A função de projeção não-linear em conjunto com o Método da Continuação é utilizada para eliminar o problema de tabuleiro e independência de malha, melhorando a convergência dos resultados. A função objetivo para minimização da flexibilidade no ponto de aplicação do carregamento é testada, considerando um carregamento fixo. Neste trabalho, os exemplos mostram que as diferenças na rigidez das estruturas otimizadas utilizando modelagem linear e não-linear são geralmente pequenas para pequenos carregamentos, mas elas podem ser grandes em certos casos envolvendo grandes cargas, acarretando em instabilidades na estrutura, o que pode degenerar a solução obtida.

Este trabalho investigou o uso de tomografia por impedância elétrica (TIE) na discriminação de fases em sistemas bifásicos água-ar. A TIE é uma técnica não-intrusiva em que são estimados parâmetros de condutividade elétrica de um sistema de interesse a partir de correntes elétricas impostas e potenciais elétricos medidos na fronteira desse meio. Esta técnica se traduz em um problema desafiador, por ser inverso, não-linear e mal-posto. Adicionalmente, na aplicação em análise, a dinâmica do sistema é rápida a ponto de influir nas estimativas procuradas. Foi sistematizada uma abordagem para integrar informações de medições a de outras fontes, como um regularizador generalizado de Tikhonov (filtro gaussiano), parametrização de estado e modelos de evolução, construindo um modelo adaptativo de estimação. Tal combinação de métodos é inédita na literatura. Parametrização do estado (vetor de condutividades do sistema de interesse, após discretização espacial) em condutividade logarítmica foi implementada para assegurar a obtenção de valores condizentes com a física, i.e., as estimativas em condutividade são mantidas estritamente positivas, com benefícios adicionais de aumento da região de convergência monotônica e melhoria na uniformidade da taxa de convergência das estimativas. O estudo de um sistema numérico evidenciou que a parametrização do estado permitiu o aumento do fator de sub-relaxação no método de Gauss-Newton, de 4~ para 15~, o que torna o algoritmo mais rápido. Dois modelos de evolução para escoamentos foram propostos e, comparativamente com o modelo de passeio aleatório, proporcionaram convergência mais rápida, melhor distinção das fases e melhoria do grau de observabilidade do problema de TIE. Esses modelos descrevem uma velocidade representativa para o escoamento, avaliada experimentalmente em 0; 47 m_s. Ensaios experimentais estáticos sugerem que os métodos aplicados diferenciam a presença das fases em um duto. No caso em que a dinâmica é relevante (passagem de bolhas ao longo do duto), o algoritmo desenvolvido permite o devido acompanhamento de não homogeneidades. Portanto, os resultados dessa pesquisa têm o potencial de apoiar a estimação de vazões bifásicas em trabalhos futuros, uma vez que a avaliação da fração de ocupação das fases é um passo crucial para o desenvolvimento de um medidor real de vazão multifásica.

Neste trabalho desenvolveu-se desenvolver uma versão sem linearizações do método D-bar para Tomografia por Impedância Elétrica (TIE). O problema inverso de TIE é não-linear e mal-posto. O algoritmo baseia-se na prova de existência e unicidade de Adrian Nachman [Ann. of Math. 143 (1996)] para domínios com distribuição de condutividade duas vezes diferenciáveis. O método faz uso de uma Transformada de Fourier não-linear chamada scattering transform, e o caráter mal-posto do Problema Inverso torna-se evidente no cálculo desta transformada, mais especificamente na determinação das soluções Complex Geometrical Optics (CGO). Atuais implementações práticas do método D-bar para padrões trigonométricos tem aproximado os valores na fronteira das soluções CGO por seu comportamento assintótico no cálculo da scattering transform, o que constitue uma linearização nesta etapa específica do método. Neste trabalho calcula-se a scattering transform a partir das soluções exponencialmente crescentes, o que implica calcular as funções Green de Faddeev, com o objetivo de encontrar imagens com maior resolução espacial e precisão nos valores de condutividade por ter resolvido o problema não-linear de forma completa. Dados de simulação numérica e experimentais usando padrões de injeção pula eletrodos e trigonométricos foram usados na avaliação do método. As imagens obtidas apresentam comportamento diferente em função do padrão de injeção utilizado. Do cálculo completo da transformada scattering resultam imagens com melhor resolução espacial. As imagens reconstruídas a partir de padrões de injeção trigonométricos apresentam também melhor resolução espacial comparadas as imagens reconstruídas a partir de padrões por pares, separados por três eletrodos.

A Engenharia Offshore está sempre em evolução, motivada pela busca de novos poços de petróleo, o que acarreta em maiores lâminas dágua e demanda novas tecnologias que tornem o processo viável. Neste contexto, não apenas novos tipos de plataformas são desenvolvidas, mas também novos tipos de tubos flexíveis e cabos umbilicais. A maior dificuldade de gerar esses novos tipos de cabos é determinar a sua viabilidade. Tubos flexíveis e cabos umbilicais são de difícil modelagem, devido à interação entre as camadas, além de difícil concepção, dada a grande variedade de componentes e o grande número de configurações possíveis. O processo de concepção desses cabos é baseado nas funções que os elementos que os compõem têm de cumprir, levando aos tipos de componente que serão utilizados. O processo consiste em definir as funções que o cabo deverá executar e selecionar os elementos que o irão compor. Esse processo deve levar em conta as características estruturais e respeitar restrições definidas no projeto. Com o objetivo de tornar o processo de concepção desses cabos menos laboriosa, propõe-se neste trabalho uma ferramenta computacional do tipo CAD (do inglês Computer Aided Design), bem como um modelo de mecânica interna para tratar da interação entre as camadas. A ferramenta CAD aqui proposta difere das demais por facilitar em muito a definição do cabo e de suas funções. Ela inclui ainda ferramentas de verificação da configuração final através de um modelo 3D. Ela permite ao usuário criar uma configuração totalmente nova a partir de uma biblioteca de elementos previamente definido. O software ainda oferece a visualização tridimensional, que facilita a verificação de certos erros de projeto intrínsecos a esses tipos de cabo bem como a visualização de resultados advindos do modelo. Outra possibilidade que o CAD traz é a utilização de seus módulos bi e tridimensional como pré e pós processadores de outros modelos, não somente o proposto aqui. Isso aumenta em muito as possibilidades de utilização. Propõe-se um modelo de elementos finitos com elementos feitos sob medida, denominados aqui como macro-elementos. Nessa modelagem, os elementos são descritos com mais detalhes, procurando levar em conta as características dos elementos físicos que pretendem representar, minimizando o número de elementos necessários para descrever o problema como um todo. Com esse tipo de abordagem, pretende-se utilizar todas as potencialidades dos modelos numéricos, como por exemplo o abrandamento de certas hipóteses, com as do modelo analítico, incorporando características do elemento físico no modelo matemático. Nesse trabalho propõe-se elementos cilíndricos para capas e tubos equivalentes, elementos de tendão e elementos de ligação e contato.

O objetivo deste trabalho é estudar sistemas de coxinização, também conhecidos como sistemas de isolamento, desenvolvidos para motores automotivos juntamente com os modelos analíticos para calcular o comportamento dinâmico do motor suspenso, complementados por análises numéricas com o emprego do método dos elementos finitos e estudos experimentais. Estudos para verificar o efeito dos parâmetros de projeto do sistema de coxinização na resposta modal do motor isolado foram realizados utilizando os modelos analíticos desenvolvidos. Foi possível identificar como a variação de tais parâmetros interfere na resposta modal do motor suspenso. Os resultados fornecidos por tais modelos analíticos auxiliaram na compreensão do comportamento modal do sistema, mostrando que são ferramentas úteis para auxiliar o projeto de sistemas de isolamento de motores, especialmente em estágios iniciais do projeto, onde os parâmetros do veículo ainda estão por ser determinados e protótipos ainda não estão disponíveis.

O presente trabalho aborda a modelagem unidimensional do regime misto de lubrificação para problemas caracterizados por condições genéricas de carga, velocidade e geometria. Tal modelagem foi desenvolvida a partir de modelos clássicos, tais como a equação de Reynolds relacionada com os fenômenos hidrodinâmicos, e as formulações de Greenwood & Williamson e Greenwood & Tripp utilizadas na descrição do contato de asperezas entre superfícies rugosas. A cavitação do fluido lubrificante foi considerada através dos modelos tradicionais de half-Sommerfeld e Swift-Steiber (Reynolds). Com relação à reologia do lubrificante, as possíveis variações de viscosidade devidas ao próprio campo de pressões hidrodinâmicas e às altas taxas de cisalhamento do fluido (\"shear-thinning\") foram também contempladas na modelagem proposta. Adicionalmente, quatro filtros não convencionais de rugosidade foram propostos e implementados com o objetivo de eliminar as distorções verificadas na definição do plano (ou linha) médio(a) de referência em topografias caracterizadas pela presença de vales profundos, tais como as obtidas após a aplicação da técnica de texturização a laser (LST). A definição adequada desse plano (ou linha) médio(a) de referência é imprescindível para a correta determinação dos parâmetros necessários para a utilização dos modelos de contato de Greenwood a partir das metodologias consideradas neste trabalho. Toda a modelagem unidimensional foi implementada em um programa computacional denominado VTL (\"Virtual Tribology Laboratory\"), cujo código fonte está disponível para qualquer usuário interessado em realizar simulações envolvendo sistemas lubrificados caracterizados por perfis com geometrias genéricas. A validação da modelagem unidimensional proposta foi verificada utilizando os resultados experimentais de um teste de atrito com movimento alternado (\"reciprocating test\") publicado na literatura. Como resultado, a correlação experimental dos resultados calculados com o programa VTL foi excelente. O programa VTL foi também utilizado para verificar a possibilidade da redução de atrito em sistemas lubrificados envolvendo superfícies planas texturizadas, como as obtidas utilizando a técnica de texturização a laser (LST). Devido à limitação unidimensional da modelagem proposta, as fileiras ortogonais de 7 micro-cavidades foram aproximadas como sendo ranhuras (\"grooves\") de dimensões fixas. Para tais situações, apesar da limitação comentada acima, a modelagem unidimensional proposta pode ser utilizada para analisar qualitativamente o mecanismo de micro-mancais responsável pela geração de pressão hidrodinâmica entre superfícies paralelas caracterizadas por esse tipo de micro-texturas.

Este trabalho trata da aplicação de técnicas de identificação de sistemas dinâmicos a ensaios com veículos submarinos não tripulados ou com modelos em escala auto-propelidos de veículos submarinos. Complementa-se, desta forma as investigações que vêm sendo realizadas no Laboratório de Veículos Não Tripulados, LVNT, voltadas à estimativa de parâmetros hidrodinâmicos de veículos autônomos submarinos, AUVs. Estas têm utilizado os métodos pertencentes a outras classes de abordagens para a estimativa de modelos de manobras para veículos submarinos como os métodos CFD e ASE (de BARROS, et. al., 2004, 2006, 2008a, 2008b; de BARROS e DANTAS, 2012). Outras atribuições deste trabalho dizem respeito à compreensão e desenvolvimento na modelagem linear da dinâmica de manobra de veículos submarinos, teoria e implementação de métodos de identificação de sistemas aplicados a resultados de ensaios com modelos auto-propelidos. As atividades de estudo foram divididas de acordo com os temas relativos à dinâmica de veículos submarinos, conceitos físicos envolvidos nas derivadas hidrodinâmicas de estabilidade, técnicas de identificação de sistemas e aspectos tecnológicos e experimentais da utilização de ensaios com modelos auto-propelidos. As atividades voltadas ao atendimento de tais metas envolveram, durante o programa de pesquisa, estudos de modelos analíticos, simulação numérica do movimento, realização de experimentos em piscina e campo com um AUV, e a implementação de ferramentas numéricas de análise de dados e estimação de parâmetros de manobra.

Quando as atividades de um sistema mecatrônico são realizadas em ambientes com intenso campo elétrico e ou magnético, os dispositivos que irão executar as tarefas devem ser cuidadosamente projetados para que a presença de peças metálicas não se torne um risco. O campo elétrico pode gerar descargas elétricas e o campo magnético, exercer forças não previstas sobre peças metálicas. Assim o uso de alguns elementos, como motores elétricos, peças metálicas ou sensores eletrônicos se torna inviável. A motivação inicial para esse trabalho foi encontrar um atuador que possa ser construído sem o uso de elementos metálicos e com ele, construir um manipulador inerte a campos magnéticos e elétricos. Neste contexto, a transmissão de energia para os atuadores por meios hidráulicos ou pneumáticos se torna a opção mais indicada. Frequentemente, sistemas pneumáticos e hidráulicos apresentam atuadores com componentes metálicos, devido a resistência mecânica destes componentes. Em situações na qual os requisitos quanto a esforços são menores, elementos metálicos podem ser substituídos por materiais poliméricos de uso comum na Engenharia. Entre os atuadores hidráulicos e pneumáticos, um que já apresenta poucas partes metálicas é o músculo pneumático artificial (MPA). O MPA possui características tais como: baixo peso relacionado ao esforço gerado, escala de esforços similar a um cilindro pneumático de mesmo tamanho e construção simples. Assim, o MPA foi escolhido como atuador para o manipulador não-condutor desenvolvido neste trabalho. Adotando o MPA como elemento central, este trabalho tem por objetivo identificar as diretrizes para a aplicação do MPA na construção de um manipulador inerte a campos elétricos e magnéticos. Para isso, primeiramente foi desenvolvido um MPA livre de qualquer parte metálica. Visando sua aplicação, as características do músculo como: gama de esforços, tempo de resposta e histerese foram avaliadas através de testes. Algumas estratégias de controle do atuador foram testadas e comparadas, e com o atuador desenvolvido foi construído um manipulador inerte a campos magnéticos e elétricos. O manipulador construído tem como objetivo exercer movimentos distintos sobre a mão de um paciente, o mesmo deve acompanhar o paciente durante um exame de ressonância magnética. O atuador apresentou uma gama de esforços dentro do previsto, um tempo de resposta característico de atuadores pneumáticos e ao contrário do esperado, uma baixa histerese. Através de elementos mecânicos e com o uso de dois MPA, o manipulador foi capaz de exercer um trabalho sobre a mão de um voluntario fora do campo da RM, mostrando a viabilidade da aplicação.

O avanço tecnológico recente tem atraído tanto a comunidade acadêmica quanto o mercado para a investigação de novos métodos, técnicas e linguagens formais para a área de Projeto de Engenharia. A principal motivação é o atendimento à demanda para desenvolver produtos e sistemas cada vez mais completos e que satisfaçam as necessidades do usuário final. Necessidades estas que podem estar ligadas, por exemplo, à análise e reconhecimento de objetos que compõe uma imagem pela sua textura, um processo essencial na automação de uma enorme gama de aplicações como: visão robótica, monitoração industrial, sensoriamento remoto, segurança e diagnóstico médico assistido. Em vista da relevância das inúmeras aplicações envolvidas e pelo fato do domínio de aplicação ser muito próximo do contexto do desenvolvedor, é apresentada uma proposta de um processo de design baseado no Projeto Axiomático como sendo o mais indicado para esta situação. Especificamente, se espera que no estudo de caso da análise de textura haja uma convergência mais rápida para a solução - se esta existir. No estudo de caso, se desenvolve uma nova concepção de arquitetura de rede neural artificial (RNA), auto-organizável, com a estrutura espacial bidimensional da imagem de entrada preservada, tendo a extração e reconhecimento/classificação de textura em uma única fase de aprendizado. Um novo conceito para o paradigma da competição entre os neurônios também é estabelecida. O processo é original por permitir que o desenvolvedor assuma concomitantemente o papel do cliente no projeto, e especificamente por estabelecer o processo de sistematização e estruturação do raciocínio lógico do projetista para a solução do problema a ser desenvolvido e implementado em RNA.