Modelar a dinâmica de neurônios é relevante em estudos de neurociências. Neste trabalho, propõe-se um modelo computacional de neurônio baseado no comportamento dos canais iônicos presentes na sua membrana. O modelo combina elementos microscópicos, como o comportamento dos canais individuais, com elementos macroscópicos, como a tensão ao longo de um trecho de membrana. Simulações foram realizadas com o objetivo de reproduzir dados biológicos e resultados obtidos de modelos teóricos clássicos da área. Foi possível reproduzir com boa concordância o potencial de ação, o fenômeno da adaptação, a curva da corrente de entrada versus a frequência de disparos e o potencial excitatório pós-sináptico. / Modelling the dynamics of neurons is relevant in studies on neurosciences. In this work, a computational model of neuron based on the behavior of the ionic channels found in its membrane is proposed. The model comprises microscopic elements, as the behavior of the individual channels, and macroscopic elements, as the tension along a membrane patch. Simulations were performed with the aim of reproducing biological data and results derived from classical theoretical models of the field. It was possible to reproduce with good agreement the action potential, the phenomenon of adaptation, the curve of the input current versus the spike frequency, and the excitatory postsynaptic potential.

O presente trabalho avaliou métodos de cálculo consagrados internacionalmente de estruturas de contenção estabilizadas pela técnica de solo grampeado. A obra do Novo Hospital da Beneficência Portuguesa em São Paulo/SP, que contou com significante investigação geotécnica de campo e de laboratório e instrumentação e monitoramento durante e após as etapas executivas, serviu de base para elaboração e calibração de modelos computacionais tridimensionais, em elementos finitos, de forma a servirem de comparação com os métodos de cálculos analíticos. A avaliação dos diversos métodos compreendeu os esforços nos grampos (tração, cisalhamento e momento fletor), posição geométrica dos esforços de tração máxima, forma e local da superfície de ruptura e fator de segurança obtido. Verificou-se que, para as condições apresentadas na obra, a maior parte dos métodos de cálculo apresentaram fatores de segurança superiores ao MEF, com valores de 1 a 213 %, com exceção do método de Davis. Os resultados mostraram que o método de empuxo empregado pela FHWA, apesar de ter sido mais arrojado que o modelo de referência em 11 %, se mostrou um método simples e acurado para cálculos expeditos. Conclui-se que o uso do software comercial se mostrou a melhor ferramentas para o cálculo do solo grampeado, obtendo resultados muito próximos ao do modelo numérico com a possibilidade de consideração da estratigrafia do subsolo e de permitir uma análise mais completa do dimensionamento como um todo (geometria, parametrização, visualização das análises e resultados, consideração do nível de água, análises probabilísticas e etc.). / The present work evaluated internationally recognized calculation methods of containment structures stabilized by the soil nailing technique. The work of the New Hospital of Beneficência Portuguesa in São Paulo, SP, which consisted of significant field and laboratory geotechnical investigation and instrumentation and monitoring during and after the executive stages, served as the basis for the elaboration and calibration of three-dimensional computational models in elements finite, in order to serve as comparison for analytical analyzes. The evaluation of the various methods involved the stresses in the nails (tensile, shear and bending moment), geometric position of the maximum tensile stresses, the shape of the rupture surface and obtained safety factor. It was verified that, for the conditions presented in the work, most of the calculation methods resulted safety factor higher than MEF, with values from 1 to 213 %, with the exception of the Davis method. The results showed that the buoyancy method employed by FHWA, despite being bolder than the reference model in 11 %, proved to be a simple and accurate method for fast calculations. It was concluded that the use of commercial software proved to be the best tools for the calculation of soil nailing, obtaining results very close to the numerical model with the possibility of considering the stratigraphy of the subsoil and to allow a more complete analysis of the whole scale (geometry, parameterization, visualization of analyzes and results, consideration of water level, probabilistic analyzes and etc.).

No contexto da disponibilidade hídrica comprometida pela poluição de mananciais da Região Metropolitana de São Paulo e da preocupação dos gestores quanto à inadequação desta água para o abastecimento público, este trabalho apresenta a modelagem matemática como uma ferramenta de auxílio na identificação das causas e minimização de impactos negativos sobre proliferação de algas no reservatório Jundiaí. O modelo CE-QUAL-W2, bidimensional na longitudinal e vertical, é aplicado para a representação da hidrodinâmica e da qualidade da água no reservatório, para posterior avaliação de oxigênio dissolvido e clorofila-a. A calibração e a validação do modelo foram realizadas a partir de dados de monitoramento de perfil e superfície no reservatório, permitindo a caracterização do regime de mistura polimítico e das concentrações de algas e oxigênio dissolvido, entre os anos de 2012 e 2017. Notou-se que as discrepâncias entre as concentrações do epilímnio e do hipolímnio não permanecem por longos períodos, devido à frequência de mistura e estratificação instável no reservatório estudado. Evidenciou-se a necessidade de se caracterizarem as populações de algas e cianobactérias presentes no reservatório, por serem as variáveis de maior influência nos índices de algas e oxigênio. Quanto aos fatores externos que interferem na proliferação de algas, destaca-se o aporte difuso de nutrientes diretamente afluente ao reservatório, sendo também relevantes a radiação solar de onda curta, a elevação de temperatura do ar, e nutrientes provenientes dos tributários e da transferência de água do canal de interligação entre os reservatórios Biritiba e Jundiaí. Alternativas para controle de blooms de algas, no caso em estudo, incluem o controle da utilização de fertilizantes e pesticidas, preservação da mata ciliar e a implantação de bacias de retenção ou de alagados (wetlands). / In the context of water availability compromised by the pollution of water resources in the Metropolitan Region of São Paulo and the concern of managers regarding its inadequacy for water supply, this work presents mathematical modeling as a tool for identifying the causes of and minimizing negative impacts on algal blooms in the Jundiaí Reservoir. CE-QUAL-W2, a two-dimensional longitudinal-vertical model, is applied for hydrodynamics and water quality representation of the reservoir, for further evaluation of dissolved oxygen and chlorophyll-a. Model calibration and validation were performed based on profile and surface monitoring data, allowing the characterization of the polymictic regime and the concentrations of algae and dissolved oxygen, between the years 2012 and 2017. It was noted that the discrepancies between the concentrations of epilimnium and hypolimnium do not remain for long periods, due to the frequency of mixing and unstable stratification in the reservoir. It was evidenced the need to characterize populations of algae and cyanobacteria present in the reservoir, since they are the variables that have the greatest influence on algal and oxygen indices. As for the external factors that interfere in algal proliferation, the diffuse contribution of nutrients directly to the reservoir needs special attention, being also relevant short-wave solar radiation, rise of air temperature, nutrients from the tributaries and transfer from interconnection channel between the Biritiba and Jundiaí reservoirs. Alternatives for control of algae blooms in the present case include control of the use of fertilizers and pesticides, preservation of riparian vegetation, retention basins and wetlands.

No contexto da disponibilidade hídrica comprometida pela poluição de mananciais da Região Metropolitana de São Paulo e da preocupação dos gestores quanto à inadequação desta água para o abastecimento público, este trabalho apresenta a modelagem matemática como uma ferramenta de auxílio na identificação das causas e minimização de impactos negativos sobre proliferação de algas no reservatório Jundiaí. O modelo CE-QUAL-W2, bidimensional na longitudinal e vertical, é aplicado para a representação da hidrodinâmica e da qualidade da água no reservatório, para posterior avaliação de oxigênio dissolvido e clorofila-a. A calibração e a validação do modelo foram realizadas a partir de dados de monitoramento de perfil e superfície no reservatório, permitindo a caracterização do regime de mistura polimítico e das concentrações de algas e oxigênio dissolvido, entre os anos de 2012 e 2017. Notou-se que as discrepâncias entre as concentrações do epilímnio e do hipolímnio não permanecem por longos períodos, devido à frequência de mistura e estratificação instável no reservatório estudado. Evidenciou-se a necessidade de se caracterizarem as populações de algas e cianobactérias presentes no reservatório, por serem as variáveis de maior influência nos índices de algas e oxigênio. Quanto aos fatores externos que interferem na proliferação de algas, destaca-se o aporte difuso de nutrientes diretamente afluente ao reservatório, sendo também relevantes a radiação solar de onda curta, a elevação de temperatura do ar, e nutrientes provenientes dos tributários e da transferência de água do canal de interligação entre os reservatórios Biritiba e Jundiaí. Alternativas para controle de blooms de algas, no caso em estudo, incluem o controle da utilização de fertilizantes e pesticidas, preservação da mata ciliar e a implantação de bacias de retenção ou de alagados (wetlands). / In the context of water availability compromised by the pollution of water resources in the Metropolitan Region of São Paulo and the concern of managers regarding its inadequacy for water supply, this work presents mathematical modeling as a tool for identifying the causes of and minimizing negative impacts on algal blooms in the Jundiaí Reservoir. CE-QUAL-W2, a two-dimensional longitudinal-vertical model, is applied for hydrodynamics and water quality representation of the reservoir, for further evaluation of dissolved oxygen and chlorophyll-a. Model calibration and validation were performed based on profile and surface monitoring data, allowing the characterization of the polymictic regime and the concentrations of algae and dissolved oxygen, between the years 2012 and 2017. It was noted that the discrepancies between the concentrations of epilimnium and hypolimnium do not remain for long periods, due to the frequency of mixing and unstable stratification in the reservoir. It was evidenced the need to characterize populations of algae and cyanobacteria present in the reservoir, since they are the variables that have the greatest influence on algal and oxygen indices. As for the external factors that interfere in algal proliferation, the diffuse contribution of nutrients directly to the reservoir needs special attention, being also relevant short-wave solar radiation, rise of air temperature, nutrients from the tributaries and transfer from interconnection channel between the Biritiba and Jundiaí reservoirs. Alternatives for control of algae blooms in the present case include control of the use of fertilizers and pesticides, preservation of riparian vegetation, retention basins and wetlands.

Modelar a dinâmica de neurônios é relevante em estudos de neurociências. Neste trabalho, propõe-se um modelo computacional de neurônio baseado no comportamento dos canais iônicos presentes na sua membrana. O modelo combina elementos microscópicos, como o comportamento dos canais individuais, com elementos macroscópicos, como a tensão ao longo de um trecho de membrana. Simulações foram realizadas com o objetivo de reproduzir dados biológicos e resultados obtidos de modelos teóricos clássicos da área. Foi possível reproduzir com boa concordância o potencial de ação, o fenômeno da adaptação, a curva da corrente de entrada versus a frequência de disparos e o potencial excitatório pós-sináptico. / Modelling the dynamics of neurons is relevant in studies on neurosciences. In this work, a computational model of neuron based on the behavior of the ionic channels found in its membrane is proposed. The model comprises microscopic elements, as the behavior of the individual channels, and macroscopic elements, as the tension along a membrane patch. Simulations were performed with the aim of reproducing biological data and results derived from classical theoretical models of the field. It was possible to reproduce with good agreement the action potential, the phenomenon of adaptation, the curve of the input current versus the spike frequency, and the excitatory postsynaptic potential.

Made available in DSpace on 2016-06-02T19:05:30Z (GMT). No. of bitstreams: 1 1905.pdf: 4899215 bytes, checksum: 8bd08afce2d9a13e46eae59bfce938ca (MD5) Previous issue date: 2007-06-06 / This work consists of the implementation of a 3D surface reconstruction algorithm from point clouds, using Self-Organizing Neural Networks. Among the Neural Networks the SOM (Self-Organizing Map) is distinguished, since it is a self-organized model based on competitive learning. The proposed system is based on the GCC (Growing Cell Structures), a self-organizing neural network that is a SOM incremental variation with some alteration in the way that the positions of the direct neighbors of the winner node are updated, and also in the way that new nodes are inserted and inactive nodes are removed. The system has been improved by the inclusion of the edge-swap operation, improving the quality of the generated mesh and the convergence of the algorithm. The algorithm than has been called GCS-M (GCS-Modified). To evaluate the results obtained by the implementation of the proposed system had been used metrics to evaluate the quality of the mesh, based on the values of the minimum distances between the point cloud and the elements that compose the polygon mesh. With this comparison mechanism, it had been performed comparisons of the GCS-M algorithm results and the traditional methods results of surface reconstruction. The obtained results show that the proposed algorithm is very efficient, obtaining realistically reconstructed surfaces with low error measures. / O trabalho consiste na implementação de um algoritmo de reconstrução de superfícies 3D a partir de nuvens de pontos, usando Redes Neurais Auto-Organizáveis. Dentre as Redes Neurais Artificiais destaca-se o SOM (Self-Organizing Map) que é um modelo autoorganizável baseado na aprendizagem competitiva. O sistema proposto foi baseado no modelo de rede neural auto-organizável GCS (Growing Cell Structures), que é uma variação incremental do SOM, com alterações na forma de atualização das posições dos vizinhos diretos do nodo vencedor e também na forma como são inseridos novos nodos e removidos nodos inativos. O sistema foi aperfeiçoado pela inclusão da operação de troca de arestas, que melhorou a qualidade da malha gerada e a convergência do algoritmo. O algoritmo foi então denominado GCS-M (GCS-Modificado). Para avaliar os resultados obtidos por meio da implementação do sistema proposto foram utilizadas métricas para mensurar a qualidade da malha baseada no valor das medidas das distâncias mínimas entre a nuvem de pontos e os elementos que compõem a malha poligonal. Com esse mecanismo foram realizadas comparações dos resultados obtidos pelo GCS-M com os resultados obtidos pelos métodos tradicionais de reconstrução de superfícies. O algoritmo proposto se mostrou bastante eficiente, obtendo superfícies reconstruídas realisticamente, com medidas de erro baixas.

O interesse no uso de técnicas de aquisição de dados 3D em vídeos interativos e sistemas de videoconferência imersiva aumentou significativamente nos últimos anos. A disponibilidade de sensores de profundidade baseados em luz estruturada no varejo apresenta uma série de novas oportunidades em sistemas de teleconferência, entretenimento e e-learning. No entanto, problemas de oclusão frequentemente ocorrem quando é utilizado um único sensor ou técnicas de reconstrução 2,5D. Outras técnicas de interação e aplicações de teleconferências podem exigir uma reconstrução mais completa do usuário. Uma possível solução para isso implica na utilização de múltiplos dispositivos simultaneamente, o que traz novos desafios relacionados ao processo de calibração de câmaras e a aferição do aumento da superfície capturada quando é adicionado um novo sensor. Neste trabalho é apresentada a proposta VMD (Video-avatar from Multiple Depth maps), uma arquitetura de sistema que trata esses dois problemas. Com a finalidade de validar a viabilidade dessa proposta, três experimentos foram feitos resultando em uma análise qualitativa e quantitativa a fim de encontrar uma configuração adequada de múltiplos sensores de profundidade. / The interest in the use of 3D data acquisition techniques in video based interaction and immersive videoconferencing systems has noticeably increased in recent years. The availability of structured light 3D sensors as off-the-shelf hardware presents a series of new opportunities in teleconferences, entertainment and e-learning. However, occlusion issues often occur when it is used a single sensor or 2,5D reconstruction techniques. Other interaction techniques and teleconferencing applications may require a more complete reconstruction of the user. One possible solution to this involves the use of multiple devices simultaneously, which may bring new challenges related to the calibration process of cameras and measurement of the increase in covered area when it is added a new sensor. In this work we present VMD (Video-avatar from Multiple Depth maps), a system architecture that addresses this two issues. In order to validate the feasibility of this proposal, three experiments were performed resulting in a qualitative and quantitative analysis with the purpose of finding a suitable setup with multiple depth sensors.

Este estudo pretende avaliar, através de simulações em Computational Fluid Dynamics (CFD), o comportamento do ar frio no interior da câmara de combustão com foco no movimento denominado Swirl. Testes computacionais no cabeçote de um motor de ignição por compressão foram realizados nos quais deslocamentos hipotéticos dos dutos de admissão foram impostos. Posteriormente foram realizadas análises na alteração do número de Swirl e comparados com o comportamento padrão esperado pelo cabeçote. Os resultados indicaram que o Swirl é sensivelmente alterado dependendo do sentido de deslocamento bem como que deslocamentos no eixo cartesiano x são mais impactantes do que deslocamentos no eixo y. Observou-se também, que diferenças expressivas no comportamento do ar ocorrem após a abertura de 73,33% da válvula de admissão. Nas conclusões são apresentados os efeitos causados pelo deslocamento dos dutos de admissão, pontos fortes e fracos deste trabalho e uma breve lista de possíveis desdobramentos desse estudo. / This research evaluates, by Computational Fluid Dynamics (CFD) simulation, the cold air behaviour inside the combustion chamber with focus on a movement named Swirl. Virtual tests were performed on an ignition compression engine overhead where hypothetical shifts on the air intake ducts were imposed. After that analysis were done in the Swirl changes and compared with expected pattern. The results indicated that Swirl is significantly changed depending on the direction of displacement as well as displacements on Cartesian axle x are more expressive than displacements on axle y. It was also observed more expressive changes in air behaviour after valve lifting of 73,33%. In the conclusions are presented the effects caused by displacement on the air intake ducts, strengths and weakness of this research and a list of possible research deployment.

A crescente preocupação com a qualidade de vida nos centros urbanos aliada ao aumento da densidade demográfica nas regiões próximas de aeroportos tem chamado a atenção das autoridades de aviação civil para a poluição sonora provocada por aeronaves. Nesse contexto, os limites de ruído externo para homologação de aeronaves tornaram-se muito restritivos nos últimos anos, com o claro objetivo de confinar o ruído no interior dos aeroportos. Com a evolução tecnológica dos motores aeronáuticos, diminuir o ruído aerodinâmico gerado por trens de pouso e hipersustentadores tornou-se uma competência fundamental para manter a competitividade da aeronave no requisito ruído. Esse trabalho estuda o mecanismo de geração de ruído aerodinâmico pelo \"slat\" através de simulações numéricas nas seguintes condições de túnel de vento: número de Mach 0,1, número de Reynolds \'Aproximadamente\' 10\'POT.6\' e ângulos de ataque 4°, 6° e 8°. As estimativas de ruído foram comparadas com medições experimentais baseadas da técnica de beamforming, tendo sido observada diferença máxima de 2:5 dB no nível global de ruído. A variação de ruído com o ângulo de ataque foi superestimada em 0:8 dB pelas simulações. O recolamento da camada cisalhante foi identificado através dos contornos de flutuação de pressão na superfície do \"slat\" como a principal fonte de ruído do \"slat\". Para explicar a diminuição do ruído com o aumento do ângulo de ataque foi proposto que as flutuações na camada cisalhante seriam intensificadas através de realimentação de energia dos vórtices capturados pela zona de recirculação na cova. A existência desse mecanismo foi testada comparando os perfis de vorticidade na cúspide e bordo de fuga do \"slat\" e espectros ao longo da trajetória da camada cisalhante para os ângulos de ataque 4° e 8°. Embora o perfil inicial da camada cisalhante seja o mesmo nas duas condições, a esteira no bordo de fuga indica que maior parcela dos vórtices é capturada na condição 4°. Como consequência, as flutuações da camada cisalhante nas proximidades do recolamento são maiores nessa condição, consistente com os maiores níveis de ruído. / The growing concern about the life quality in urban centers coupled with increasing population density in near airports areas has drawn the attention of civil aviation authorities for aircraft noise pollution. In this context, external noise limits for approval of aircraft have become very restrictive in recent years, with the clear objective to confine aircraft noise inside airports. With the technological evolution of aircraft engines, reducing noise generated by aerodynamic landing gear and highlift devices have become a core competency to keep the aircraft competitive regarding noise requirements. This work studies the generation mechanism of aerodynamic noise by slats through numerical simulations in the following wind tunnel conditions: Mach number 0.1, Reynolds number \'Approximately\' 10\'POT.6\' and angles of attack 4°, 6° and 8°. The noise estimates were compared with experimental measurements based on beamforming technique, and it was observed the maximum difference of 2:5 dB in the overall noise level. The noise variation with angle of attack was over-estimated at 0.8 dB by the simulations. The reattachment of the shear layer was identified by the contours of pressure fluctuation on the surface of the slat as the key noise generation mechanism. To explain the noise reduction when the angle of attack is increased it has been proposed that fluctuations in the shear layer would be enhanced through feedback of energy captured by the vortex recirculation zone in the slat cove. The existence of this mechanism was tested by comparing the vorticity profiles at both the cusp and trailing edge, as well as velocity fluctuation spectra along the trajectory of the shear layer for angles of attack 4° and 8 degree. Although the initial profile of the shear layer is the same in both conditions, the wake at the trailing edge indicates that a higher percentage of the vortices is trapped in the recirculation for the condition 4°. Consequently, fluctuations in the shear layer near the reattachment are greater in this condition, which is consistent with the higher noise levels.

O interesse no uso de técnicas de aquisição de dados 3D em vídeos interativos e sistemas de videoconferência imersiva aumentou significativamente nos últimos anos. A disponibilidade de sensores de profundidade baseados em luz estruturada no varejo apresenta uma série de novas oportunidades em sistemas de teleconferência, entretenimento e e-learning. No entanto, problemas de oclusão frequentemente ocorrem quando é utilizado um único sensor ou técnicas de reconstrução 2,5D. Outras técnicas de interação e aplicações de teleconferências podem exigir uma reconstrução mais completa do usuário. Uma possível solução para isso implica na utilização de múltiplos dispositivos simultaneamente, o que traz novos desafios relacionados ao processo de calibração de câmaras e a aferição do aumento da superfície capturada quando é adicionado um novo sensor. Neste trabalho é apresentada a proposta VMD (Video-avatar from Multiple Depth maps), uma arquitetura de sistema que trata esses dois problemas. Com a finalidade de validar a viabilidade dessa proposta, três experimentos foram feitos resultando em uma análise qualitativa e quantitativa a fim de encontrar uma configuração adequada de múltiplos sensores de profundidade. / The interest in the use of 3D data acquisition techniques in video based interaction and immersive videoconferencing systems has noticeably increased in recent years. The availability of structured light 3D sensors as off-the-shelf hardware presents a series of new opportunities in teleconferences, entertainment and e-learning. However, occlusion issues often occur when it is used a single sensor or 2,5D reconstruction techniques. Other interaction techniques and teleconferencing applications may require a more complete reconstruction of the user. One possible solution to this involves the use of multiple devices simultaneously, which may bring new challenges related to the calibration process of cameras and measurement of the increase in covered area when it is added a new sensor. In this work we present VMD (Video-avatar from Multiple Depth maps), a system architecture that addresses this two issues. In order to validate the feasibility of this proposal, three experiments were performed resulting in a qualitative and quantitative analysis with the purpose of finding a suitable setup with multiple depth sensors.