[pt] O controle de tensão em sistemas de potência no Brasil é realizado de forma sistemática através de instruções operativas elaboradas pelo Operador Nacional do Sistema Elétrico – ONS, onde constam instruções passo-a-passo de ações de utilização de recursos disponíveis dentro de uma região geoelétrica. Esse processo demanda elevado tempo de elaboração, simulação e análise de engenheiros para atender à operação em tempo real. Diante disso, este trabalho propõe um método onde há uma busca de uma solução operativa viável de forma automática, sendo desenvolvido um algoritmo em MATLAB. Dentre as soluções viáveis possíveis, o método irá buscar aquela que percebeu a mínima variação das tensões terminais das barras de tensão controlada. Esta solução encontrar-se-á na fronteira da região de viabilidade de tensão. A região de viabilidade de tensão será definida como uma região do espaço, onde as variáveis serão as tensões das barras de tensão controlada e, dado um determinado sistema ou área de controle, será possível antever a viabilidade ou não dos pontos de operação, de forma visual ou calculada, a depender do número de barras de tensão controlada. O método proposto é uma alternativa a vários outros métodos existentes, genericamente nomeados como Fluxo de Potência Ótimo. O método proposto tem características práticas. O algoritmo de busca, a partir de um ponto de operação inviável, realiza análise pelas suas vizinhanças em busca de uma solução viável, dentro da premissa de minimizar a variação das tensões terminais. Caso haja mais de um ponto de operação viável com a mesma variação de tensões terminais, o critério de desempate será dado pela máxima variação das tensões nas barras de cargas, as barras PQ, e então, o ponto de operação ótimo é encontrado. Os resultados se mostraram positivos, pois o algoritmo encontrou soluções ótimas para sistemas teste com duas, três, quatro e cinco barras de tensão controlada. As soluções encontradas pelo algoritmo foram pontos de operação factíveis, soluções que os operadores reconhecem como sendo um ponto de operação operável, dado que houve uma mínima variação da tensão terminal das barras de tensão controlada. Isso demonstra que é possível haver um maior desenvolvimento de ferramentas para aplicações no Sistema Interligado Nacional – SIN, a fim de automatizar, ou pelo menos auxiliar, a busca de pontos viáveis de operação. / [en] Voltage control in power systems in Brazil is performed systematically through operating instructions prepared by the National Electric System Operator (ONS), which contain step-by-step instructions for the use of resources available within a geoelectric region. This process takes a long time to design, simulate and analyze from engineers to support real-time operation. Given this, this work proposes a method where there is a search for a viable operating solution automatically, being developed an algorithm in MATLAB. Among the possible viable solutions, the method will look for the one that noticed the minimum variation of the terminal voltages of the controlled voltage bus bars. This solution will be at the boundary of the voltage viability region. The voltage viability region will be defined as a region of space, where the variables will be the voltages of the controlled voltage buses and, given a certain power system or a control area, it will be possible to predict the viability or unviability of the operating points. visual or calculated, depending on the number of voltage-controlled buses. The proposed method is an alternative to several other existing methods, generically named as Optimum Power Flow. The proposed method has practical characteristics. The search algorithm, from an unviable point of operation, analyzes its surroundings in search of a viable solution, under the premise of minimizing the variation of terminal voltages. If there is more than one viable operating point with the same voltage variation, the tie breaking criterion will be given by the maximum load bus voltage variation, the PQ buses, and then the optimal operating point is found. The results were positive because the algorithm found optimal solutions for two, three, four and five voltage-controlled test systems. The solutions found by the algorithm were feasible operating points, solutions that operators recognize as an operable operating point, since there was minimal variation in the terminal voltage of the controlled voltage buses. This demonstrates that further development of application tools is possible in the National Interconnected System (SIN) to automate, or at least assist, the search for viable operation points.

[pt] Métodos computacionais se tornam essenciais diante de problemas complexos onde a intuição humana e métodos tradicionais falham. Trabalhos recentes apresentam redes neurais artificiais capazes de realizar eficientemente tarefas intratáveis por algoritmos convencionais com o emprego de aprendizado de máquina, tornando-se assim um dos métodos mais populares. Concomitantemente, algoritmos genéticos, inspirados pelos processos biológicos de seleção natural e mutação, têm sido utilizados como método metaheurístico para encontrar soluções de problemas de otimização. Levantamos então a questão se algoritmos genéticos possuem potencial para resolver problemas no contexto da computação quântica, onde a intuição humana decresce à medida que os sistemas físicos crescem. Especificamente, nos concentramos na evolução de códigos de correção de erros quânticos dentro do formalismo de códigos stabilizer. Ao especificar uma função de fitness apropriada, mostramos que somos capazes de evoluir códigos celebrados, como o código do Shor e o perfeito de 9 e 5 qubits respectivamente, além de novos exemplos não antecipados. Adicionalmente, comparamos com o método força bruta de busca aleatória e verificamos uma crescente superioridade do algoritmo genético conforme aumenta-se o número total de qubits. Diante dos resultados, imaginamos que algoritmos genéticos possam se tornar ferramentas valiosas para desempenhar aplicações complexas em sistemas quânticos e produzir circuitos sob medida que satisfaçam restrições impostas por hardware. / [en] Computational methods become essential in the face of complex problems where human intuition and traditional methods fail. Recent works present artificial neural networks capable of efficiently performing tasks intractable by conventional algorithms using machine learning, rendering it one of the most popular methods. Concomitantly, genetic algorithms, inspired by the biological processes of natural selection and mutation, have been used as a metaheuristic method to find solutions to optimization problems. We then raise the question of whether genetic algorithms have the potential to solve problems in the context of quantum computing, where human intuition decreases as physical systems grow. Specifically, we focus on the evolution of quantum error-correcting codes within the stabilizer code formalism. By specifying an appropriate fitness function, we show that we can evolve celebrated codes, such as the Perfect and Shor s code with respectively 5 and 9 qubits, in addition to new unanticipated examples. Additionally, we compared it with a brute force random search and verified an increasing superiority of the genetic algorithm as the total number of qubits increases. Given the results, we foresee that genetic algorithms can become valuable tools to perform complex applications in quantum systems and produce tailored circuits that satisfy restrictions imposed by hardware.

[pt] Apesar da dimensão continental brasileira, da grandeza de sua costa e da proximidade entre o litoral e os grandes centros urbanos, o transporte de cargas em contêineres utilizando a cabotagem ainda é muito restrito no Brasil. Neste cenário, para ganhar espaço, os armadores brasileiros de cabotagem buscam oferecer serviços porta-a-porta, conseguindo economias de escala na contratação dos fornecedores que realizam as pontas rodoviárias, aumentando assim a competitividade da cabotagem com seu principal concorrente, o modal rodoviário. Neste trabalho são apresentados dois modelos que visam minimizar o custo total de contratação de fornecedores rodoviários para uma lista de demandas que devem ser atendidas. O primeiro é um modelo matemático de programação linear inteira, o segundo é um algoritmo que utiliza uma heurística gulosa. Os modelos foram desenvolvidos e testados em cenários reais, vividos por armador de cabotagem brasileiro durante um período de tempo determinado. Os resultados dos dois modelos, que são comparados entre si e com as soluções realizadas manualmente por funcionários do armador de cabotagem, mostram que as soluções dos modelos de otimização são muito melhores do que as soluções manuais. Os resultados mostram ainda que o algoritmo guloso alcança resultados muito próximos aos do método exato, mostrando ser de grande utilidade dada a facilidade de sua implantação. / [en] Despite the Brazilian continental scale, the magnitude of its coastline and the proximity between the coast and the large urban centers, the transport of cargo in containers using cabotage is still very limited in Brazil. In this scenario, the Brazilian cabotage ship-owners seek to provide door-to-door services, achieving economies of scale in procurement for suppliers that perform road ends, thus increasing the competitiveness of cabotage with its main competitor, the transportation by trucks. This work presents two models that aim to minimize the total cost of hiring road suppliers to a list of demands that must be performed. The first is a mathematical model based on integer linear programming, the second is an algorithm that uses a greedy heuristic. The models were developed and tested in real scenarios, experienced by a Brazilian cabotage ship-owner for a period of time. The results of the two models, which are compared among each other and with the manually solutions performed by the company’s employees, show that the solutions of optimization models are much better than the manual solutions. The results also show that the greedy algorithm achieves very close results to the exact method, proving to be very useful given the ease of its implementation.

[pt] Este trabalho descreve uma metodologia para modelagem de cargas elétricas, utilizando dados de tensão e corrente registrados durante distúrbios no sistema de potência. Estes modelos são utilizados na representação de subsistemas da rede elétrica em simulações computacionais que preveem o comportamento dinâmico do sistema de potência após perturbações em suas condições normais de operação.São apresentados resultados práticos da metodologia proposta, onde a carga é definida como um sistema cuja saída é a variação da potência consumida e a entrada é a variação da tensão, ambas medidas em barramentos de 69 kV da Companhia Hidroelétrica do São Francisco (CHESF), ponto de entrega de energia para concessionárias distribuidoras de energia do nordeste brasileiro. Estas distribuidoras são modeladas como cargas, supridas pelo sistema de transmissão da CHESF e todos os elementos consumidores de energia são agregados nestes modelos equivalentes, parametrizados para simular o maior número de contingências típicas medidas em cada um destes barramentos de carga.A técnica de estimação de parâmetros dos modelos de cargas é o Algoritmo Genético (AG) cujos resultados apresentaram precisão para a simulação de contingências de características bem distintas, caracterizando a abrangência alcançada no processo de identificação de sistemas.Ao final do trabalho são apresentadas curvas de desvios de potência ativa e reativa causadas por afundamentos de tensão, ambos registrados nos barramentos das subestações da CHESF. Estas curvas foram utilizadas para estimar os parâmetros dos modelos, obtidos individualmente para cada uma das subestações estudadas. / [en] This work describes a measurement-based load modeling methodology, using voltage and current data registered during power system disturbances. These load models are used on computational simulations for predicting power system stability after disturbances of system operational points. Practical results are presented of the proposed methodology, defining load as a system whose output is power deviation from its operational state and input is voltage sags, both measured at 69 kV bus bars of São Francisco Hydroelectric Company (CHESF), points of common coupling (PCC) between CHESF and local distribution utilities. Therefore, distribution utilities are seen as loads supplied by CHESF’s transmission system. All devices consuming power from the PCC are aggregated into an equivalent model, parameterized to simulate most typical contingencies measured by these 69kV load bars. Optimization technique used for load model parameter estimation is Genetic Algorithm (GA), showing his flexibility on implementation and good coverage and accuracy in the final results. At the end, it will be presented a set of active and reactive power curves during and after voltages sags, measured on CHESF’s substations. These curves were used as estimation data to parameterize load models for each substation chosen.

[pt] A crescente demanda de óleo observada nas últimas décadas tem motivado as indústrias de petróleo a explorarem novas reservas em águas cada vez mais profundas, o que representa um maior desafio operacional, de segurança e econômico. Nesse novo cenário, as condições ambientais se tornam mais severas, conferindo às unidades flutuantes movimentos de amplitude cada vez maiores. Em consequência, os risers, que são os principais componentes responsáveis pelo transporte de óleo desde o reservatório até as unidades flutuantes, passam a ser solicitados de forma mais intensa. Um grande desafio tem sido colocado para as indústrias de petróleo no sentido de desenvolverem configurações para os risers capazes de reduzir os efeitos dinâmicos que lhes são impostos e, consequentemente, viabilizarem o seu uso em águas profundas e ultraprofundas. Configurações do tipo Lazy-S, Pliant-Wave, entre outras, têm sido propostas, porém, além de complexas, demandam muita logística e apresentam elevados custos para a sua implantação. Esta dissertação propõe uma solução alternativa que consiste no estudo de configurações ótimas de risers em catenária utilizando amortecedores hidrodinâmicos. As dimensões e o posicionamento desses amortecedores são obtidos por meio de técnicas de otimização multiobjetivo, buscando-se minimizar os efeitos provocados pelas ondas de compressão ao longo dos risers e os custos envolvidos na utilização desses amortecedores, respeitando-se algumas restrições geométricas. O processo de otimização é realizado por meio do algoritmo genético NSGA-II, disponível no programa modeFRONTIER. O equilíbrio dinâmico dos risers, verificado em cada passo da otimização, é obtido por meio do programa Anflex. Exemplos representativos são utilizados para demonstrar a eficiência e a viabilidade da utilização da metodologia proposta. / [en] The growing demand for oil, observed in recent decades has motivated the oil industry to exploit new oil reserves in ever-deeper waters, representing a greater operational challenge, security and economic. In this new scenario, the environmental conditions become more severe, causing the floating units movements with increasing amplitude. Consequently, the risers, which are the main components responsible for the transport of oil from the reservoir to the floating units, shall be requested more intensely. The oil industry confronts a major challenge in order to develop riser configurations that can reduce the dynamic effects that are imposed on it and hence to enable its use in deep and ultra-deep waters. Lazy-S, Pliant-Wave, among others riser configurations, have been proposed, however, besides complex, require a lot of logistics and have high costs for their deployment. This thesis proposes an alternative solution that consists of the study of optimum catenary risers configurations using hydrodynamic dampers. The dimensions and placement of these dampers are obtained by means of multi-objective optimization techniques seeking to minimize the effects caused by compression waves over the risers and the costs involved in using these dampers, fullfilling certain geometric constraints. The optimization process is performed by the genetic algorithm NSGA-II, available at modeFRONTIER program. The dynamic equilibrium of risers, evaluated at each step of the optimization is obtained through Anflex program. Representative examples are used to demonstrate the efficiency and feasibility of using the proposed methodology.

[pt] Uma das tarefas mais importantes da Engenharia de Reservatórios é definir a estratégia de produção. Isso significa estabelecer, dentre outras coisas, quantidade, características, localização, planejamento operacional e cronograma de abertura dos poços, a fim de maximizar a recuperação de óleo e o valor presente líquido (VPL) do projeto. Assim, a definição da melhor estratégia de produção representa um problema de otimização complexo, devido à quantidade de variáveis envolvidas. Geralmente, muitas dessas etapas são executadas manualmente, demandando assim muito tempo e esforço por parte do especialista. A disponibilidade de uma ferramenta computacional, que possa auxiliar o especialista em parte desse processo, pode ser de grande utilidade tanto para a obtenção de respostas mais rápidas, quanto para a tomada de decisões mais acertadas. Diante disso, este trabalho propõe um modelo computacional, baseado em Algoritmos Genéticos, para otimizar o cronograma de abertura de poços, considerando restrições técnicas e operacionais impostas pelo problema. O modelo proposto foi avaliado por meio do estudo de três casos. O primeiro consiste em um reservatório simples que foi utilizado, principalmente, para identificar a configuração mais adequada dos parâmetros evolutivos do algoritmo genético. O segundo, que consiste em um reservatório com características similares às de um reservatório real, foi submetido a uma análise econômica para avaliar o desempenho do modelo de solução diante de cenários econômicos: real, favorável e desfavorável. Em todos os testes realizados, o modelo de solução obteve resultados promissores, com VPL s superiores em até 18,8 porcento comparados ao VPL obtido com o cronograma proposto pelo especialista. / [en] One of the most important tasks of Reservoir Engineering is setting the production strategy. That means establishing, among other things, amount, character, location, operational planning and well opening scheduling in order to maximize oil recovery and net present value (NPV) of the project. Thus, the definition of the best strategy for production represents a complex optimization problem due to the many variables involved. Generally, many of these steps are performed manually, requiring so much time and effort on the part of the expert. The availability of a computational tool that can assist the expert part of this process, may be useful both to obtain faster responses, as for making better decisions. Thus, this work proposes a computational model based on genetic algorithms to optimize the schedule of digging wells, considering technical and operational constraints imposed by the problem. The proposed model was evaluated by the study of three cases. The first consists of a single reservoir that was used primarily to identify the most suitable configuration of parameters evolutionary genetic algorithm. The second, consisting of a reservoir with characteristics similar to those of a real reservoir, was subjected to an economic analysis to evaluate the performance of the model solution in the face of economic scenarios: real, favorable and unfavorable. And the third is in a real reservoir. In all tests, the model solution obtained promising results, with higher NPV s up 18.8 percent compared to the NPV obtained with the schedule proposed by the expert.

[pt] A dissertação aborda a complexa relação entre o ser humano e a hegemonia tecnológica, utilizando os conceitos filosóficos de Martin Heidegger e Aristóteles para analisar como as Tecnologias de Informação e Comunicação (TICs) e as inteligências artificiais moldam e reconfiguram a existência humana. O conceito heideggeriano de Gestell, é explorado para compreender como a tecnologia moderna estrutura a realidade e a relação do homem com o ser. A dissertação propõe que o pensamento meditativo pode contrabalançar o pensamento calculador, permitindo uma experiência mais autêntica com a tecnologia. O mito, em acepção a ser precisada, é apresentado como um elemento poético e pedagógico fundamental para uma paideia digital, em que a phronesis aristotélica atue como uma virtude ética para guiar as interações humanas com a tecnologia. A ideia de ágora digital é, nesse sentido, pensada como um espaço onde a tecnologia pode ser vivenciada de forma comunitária e ética. Por fim, a noção de serenidade, conforme definida por Heidegger, é discutida como uma disposição que possibilita uma lida equilibrada com a tecnologia, buscando uma eudaimonia digital – uma forma de felicidade autêntica, decerto mediada, mas não dominada, pela tecnologia. / [en] The dissertation addresses the complex relationship between human beings and technological hegemony, drawing on the philosophical concepts of Martin Heidegger and Aristotle to analyze how Information and Communication Technologies (ICTs) and artificial intelligences shape and reconfigure human existence. The Heideggerian concept of Gestell is explored to understand how modern technology structures reality and the human relationship with being. The dissertation proposes that meditative thinking can counterbalance calculative thinking, allowing for a more authentic experience with technology. The concept of myth, in a sense yet to be clarified, is introduced as a fundamental poetic and pedagogical element for a digital paideia, where Aristotelian phronesis functions as an ethical virtue to guide human interactions with technology. In this regard, the idea of a digital agora is conceived as a space where technology can be experienced in a communal and ethical manner. Finally, the notion of serenity, as defined by Heidegger, is discussed as a disposition that enables a balanced approach to technology, seeking a digital eudaimonia – a form of authentic happiness, certainly mediated, but not dominated, by technology.

[pt] A robótica aplicada à reabilitação e amplificação humana está em uma fase iminente de se tornar parte de nossa vida diária. A justaposição da capacidade de controle humana e o poder mecânico desenvolvido pelas máquinas oferecem uma promissora solução para auxílio físico e de amplificação humana. O presente trabalho apresenta um exoesqueleto ativo para membros superiores controlado por uma alternativa e simples Interface Homem-Máquina (HMI) que utiliza o Modelo Muscular de Hill para aumentar a força e resistência mecânica do usuário. Músculos Pneumáticos Artificiais (PAM) são utilizados como atuadores por sua alta razão entre potência e peso e atuam o sistema através de um esquema com cabos de aço. Algoritmos Genéticos (GA) aproximam localmente os parâmetros do modelo matemático do atuador e o modelo fisiológico do músculo, que utiliza sinais eletromiográficos superficiais (sEMG) para estimar o torque na articulação do exoesqueleto. A metodologia proposta oferece três vantagens principais: (i) reduz o número de eletrodos necessários para monitorar a atividade muscular, (ii) elimina a necessidade de transdutores de força ou pressão entre o exoesqueleto e o usuário ou o ambiente e (iii) reduz o custo de processamento em tempo-real, necessário para implementações de sistemas embarcados. O exoesqueleto é restrito ao membro superior direito e a estratégia de controle é avaliada verificando o desempenho do usuário ao manipular uma carga de 3.1kg estática e dinamicamente com e sem o auxílio do equipamento assistivo. / [en] Robotics for rehabilitation and human amplification is imminent to become part of our daily life. The juxtaposition of human control capability and machine mechanical power offers a promising solution for human assistance and physical enhancement. This work presents an upper limb active exoskeleton controlled by an alternative and simple Human-Machine Interface (HMI) that uses a Hill Muscle Model for strength and endurance amplification. Pneumatic Artificial Muscles (PAM) are used as actuators for its high power-to-weight ratio and to drive the system through a cable arrangement. Genetic Algorithms (GA) approach locally optimizes the model parameters for the actuator mathematical model and the physiologic muscle model that uses the surface electromyography (sEMG) to estimate the exoskeleton joint torque. The proposed methodology offers three main advantages: (i) it reduces the number of electrodes needed to monitor the muscles, (ii) it eliminates the need for user force or pressure sensoring, and (iii) it reduces the real-time processing effort which is necessary for embedded implementation and portability. The exoskeleton is restricted to the right upper limb and the control methodology is validated evaluating the user performance while dynamically and statically handling a 3.1kg payload with and without the aid of the assistive device.

[pt] O Problema das Sub-somas Consecutivas Máximas (MCSP) surge em cenários de interesse teórico e prático, por exemplo, no casamento aproximado de padrões, identificação de proteínas e análise de dados estatísticos apenas para nomear alguns. Dada uma sequência de n números reais não negativos, O MCSP consiste em calcular as somas consecutivas máximas de tamanho 1 até n. Como existem implementações triviais que permitem encontrar o máximo para um comprimento fixo, existe um procedimento quadrático simples que permite resolver o MCSP. Apesar dos esforços dedicados ao problema, não é conhecido nenhum algoritmo significativamente melhor que a solução simples. Portanto, uma pergunta natural é se existe um limite inferior superlinear para o MCSP. Neste trabalho reportamos nossas pesquisas no sentido de provar tal limite. / [en] The Maximum Consecutive Subsums Problem (MCSP) arises in scenarios of both theoretical and practical interest, for example, approximate pattern matching, protein identification and analysis of statistical data to cite a few. Given a sequence of n non-negative real numbers, The MCSP asks for the computation of the maximum consecutive sums of lengths 1 through n. Since trivial implementations allow to compute the maximum for a fixed length value, it follows that there exists a naive quadratic procedure to solve the MCSP. Notwithstanding the effort devoted to the problem, no algorithm is known which is significantly better than the naive solution. Therefore, a natural question is whether there exists a superlinear lower bound for the MCSP. In this work we report our research in the direction of proving such a ower bound.

[pt] O presente trabalho apresenta uma metodologia para modelagem do conhecimento multitemporal para a interpretação automática de imagens de sensores remotos. O procedimento de interpretação utilizado combina os conhecimentos multitemporal e espectral usando técnicas da lógica nebulosa. O método utiliza diagramas de transição de estado para representar as possibilidades de mudanças de classe dentro de um determinado intervalo de tempo. As possibilidades de mudança são estimadas a partir de dados históricos da mesma região usando algoritmos genéticos. O método foi validado experimentalmente usando como base um conjunto de imagens Landsat-5 da cidade do Rio de Janeiro, obtidas em 5 datas separadas por aproximadamente 4 anos. Os resultados experimentais indicaram que o uso do conhecimento multitemporal, conforme modelado pelo método proposto traz uma melhora importante de desempenho da classificação em comparação à classificação puramente espectral. / [en] The present work presents a methodology to model the multitemporal knowledge for the automatic interpretation of remotely sensed images. The used interpretation procedure combines the multitemporal and spectral knowledge using fuzzy logic techniques. This method uses state transition diagrams to represent the possibilities of class changes within a given time interval. The change possibilities are estimated based on historical data by using genetic algorithms. The method was validated by experiments using a set of Landsat-5 images of the Rio de Janeiro City, Brazil, acquired at 5 dates separated by approximately 4 years. The experimental results indicated that the use of the multitemporal knowledge as modeled by the proposed method brings an important performance improvement in comparison with the pure spectral classification.