In this thesis, we investigate the coherent scattering of light propagating in a random medium. We are interested in phenomena like the super- and subradiance and Anderson localization that are related to waves interferences and spatial disorder. However, the fundamental difference between subradiance and Anderson localization still needs to be clarified. This thesis gives new elements for the understanding of these phenomena and we present a new method to observe Anderson localization. A mean-field model that does not contain disorder is developed, and we show that super- and subradiance do not require disorder whereas Anderson localization does. In this theoretical work, the coupling between the light and many atoms is reduced to a coupling matrix between the atoms by tracing over the degrees of freedom of the light, which results in a linear problem for the atomic dipoles. The study of the eigenvalues and eigenmodes of this matrix then allows to determine the super- and subradiant modes, and to probe the Anderson localization phase transition with a scaling analysis. Furthermore, the link to the experiment is realized by showing that the intensity fluctuations present an increase at the localization transition. The system is studied in the steady-state regime when the medium is continuously charged by a laser until reaches a stationary regime, and the decay dynamics, when the laser is switched off, so the cloud releases the energy stored. Finally, we present a preliminary work that shows that the diagonal disorder might be a good strategy to reach Anderson localization. / Nesta tese, investigamos o espalhamento coerente de luz propagando em um meio aleatório. Estamos interessados em fenômenos como superradiância, subradiância e localização de Anderson, os quais estão relacionados com interferências de ondas e desordem espacial. No entanto, as diferenças fundamentais entre subradiância e localização de Anderson ainda precisam ser esclarecidas. Esta tese traz novos elementos na compreensão destes fenômenos e apresentamos um novo método para observar a localização de Anderson. Neste trabalho teórico, estudamos os autovalores e os automodos de uma matriz de acoplamento que permite extrair modos super- e subradiantes, e exibem uma transição de fase de localização de Anderson através de uma análise de escalamento. Além disso, a conexão com o experimento é feita através da intensidade irradiada pela nuvem em todas as direções. Distinguimos dois casos: o regime de estado estacionário, quando o meio é continuamente excitado por um laser e alcança um regime estacionário; e o caso dinâmico, onde o laser é desligado e a nuvem libera a energia armazenada. Desenvolvemos um modelo de campo médio que não inclui desordem, e mostramos que super- e subradiância não precisam da desordem para existir, ao contrário da localização de Anderson. Mostramos também que podemos observar uma transição de fase de localização de Anderson na estatística da intensidade. Finalmente, apresentamos um trabalho preliminar que mostra que a desordem diagonal pode ser uma boa estratégia para alcançar a localização de Anderson.

A Mecânica do Dano Contínuo é atualmente uma poderosa ferramenta para se modelar o comportamento não-linear de vários materiais decorrente da evolução de um processo de microfissuração. A perda de rigidez causada pelo processo físico tem sido considerada em modelos constitutivos através de variáveis de dano escalar, vetorial ou tensorial. Quando o carregamento é proporcionalmente crescente as deformações residuais podem ser ignoradas e relações constitutivas simples podem ser obtidas, onde os efeitos do dano aparecem por uma penalização direta das propriedades elásticas. Por outro lado, efeitos de dano podem ser acoplados com deformações residuais levando a relações constitutivas mais gerais. Esse trabalho está relacionado a esses tipos de modelos assumindo que o meio ideal apresenta um comportamento elástico linear com danificação ou elastoplástico com danificação. Um dos principais aspectos discutido relaciona-se à formulação variacional, a qual está baseada em conceitos de Análise Convexa e Não-Convexa. Explorando o fato que a evolução do dano tem correspondência com a idealização de regime de encruamento negativo, a teoria de localização de deformação é abordada e um estudo da condição necessária de singularidade ou perda da condição de elipticidade é realizado. Na sequência, uma proposta preliminar para uma análise de pós-singularidade, baseada na Teoria de Bifurcação, é feita no sentido de caracterizar pontos limite ou pontos de bifurcação de solução, em sistemas conservativos. / Continuum Damage Mechanics is nowadays a powerful tool to model the non-linear behaviour of several materials due to evolution of a microcracking process. The lost of rigidity caused by such physical process has been accounted in the constitutive models through a scalar, vectorial or tensorial damage variables. When proportional loading is considered the residuals strains can be ignored and simple constitutive relations can be obtained in which damage effects appear by direct penalization of the elastic properties. On the other hand, damage effects can be coupled with residual strains leading to more general constitutive relations. This work is related to such kind of models assuming that the ideal medium presents a linear elastic-damage or an elastoplastic-damage behaviour. One of the main topics discussed is related to the variational formulation which is based on Convex and Non-Convex Analysis concepts. Exploring the fact that damage evolution has correspondence with a softening idealised regime, the strain localization theory is treated and a study of a necessary condition for singularity or ellipticity tose condition is developed. In the sequence, a introductory poscritical analysis is proposed, based in the bifurcation theory and aiming to detect if the singularity corresponds to a limit or a bifurcation point solution, in conservative systems.

No presente trabalho foi realizado um levantamento bibliográfico sobre os critérios, fatores e ponderações envolvidos em processos de localização de aterros de resíduos sólidos. Com base nesse levantamento, foram identificados os principais elementos de avaliação envolvidos no contexto decisório em questão e estabelecida a importância relativa através de cada descritor em questão através de ponderação dos mesmos. Estes dados foram aplicados em um estudo de caso (em torno de Ribeirão Preto - SP) visando a seleção preliminar de áreas adequadas à disposição de resíduos sólidos utilizando-se o sistema de informações geográficas (SIG). Este estudo teve como objetivo principal discutir os dados obtidos. Para a seleção de áreas com viabilidade ambiental foram utilizados três diferentes métodos - lógica boleana, ponderação dos fatores e fuzzy - que resultaram na exclusão de 96,2% e 13,8%, respectivamente, da área estudada. / Sanitary landfilling is the conventional method of disposing of municipal solid waste. Thus, the focus of the work was to develop the data and tool necessary to aid decision makers and special interest groups begin to understand the alternatives and tradeoffs in the landfill siting process. A Geographic Information System (GIS) were used to determine suitable areas for solid waste landfill sites in Ribeirão Preto (SP). The siting criteria for selecting a potencial site include geological and hydrogeological conditions, surface water distances, buffer zone of roads, topography, soil, land use and proximity to centres of population. The weights or \"importance\" these criteria have a huge bearing on the decision making process. In spatial siting analysis with multiple factors, balancing the relative importance of varied factors can be difficult. Thus, a set of weights for the factors was presented and discussed.

Este trabalho objetiva a implementação de um sistema de rastreamento de alvo para aplicações em robótica móvel, utilizando como sensor principal uma câmera tipo Charge-Coupled Device (CCD). Uma abordagem adaptativa é utilizada para compensar as variações de iluminação no ambiente. Esta adaptação: 1) usa o método de retroprojeção de histogramas para rastreamento do alvo; 2) gera uma distribuição de probabilidade gaussiana que representa o histograma de cores do alvo; 3) atualiza em tempo real os parâmetros (média e covariância) do histograma. Como contribuição deste trabalho, propõe-se a determinação do nível de filtragem do ruído, adaptando-se ao modelo do alvo a cada imagem capturada. Este procedimento foi incorporado à determinação dos pixels com intensidades de cores mais próximas das do alvo. Uma vez que a determinação da posição relativa entre o robô e o alvo depende de imagens ruidosas, um procedimento de estimação, denominada sistema grey, é empregado para suavizar o controle. Efetivamente, o que esta abordagem faz é estimar a dinâmica relativa entre o robô e o alvo, no que se refere a distância e orientação. Para reduzir o erro de distância entre o robô e o alvo, fez-se uso de um controlador fuzzy com duas entradas e uma saída, para controle de velocidade linear e angular. Este controlador é denominado de fuzzy look-ahead, uma vez que recebe como entrada as predições dos erros de posição. O sistema de rastreamento de alvo móvel foi implementado em simulação, utilizando o Matlab 6.1, obtendo-se bons resultados com imagens e trajetórias simuladas. Para os experimentos em tempo real, foram desenvolvidas bibliotecas gráficas em C++Builder 5.0, onde imagens capturadas pelo robô móvel Magellan-ISR são transferidas pela rede via TCP/IP para um Personal Computer (PC) remoto. Após a verificação da robustez dos módulos de detecção do alvo através do sistema de visão, da estimação/predição da posição do alvo e do controlador fuzzy, fez-se a integração dos mesmos para aplicação em tempo real. Esta integração foi implantada no computador de bordo do robô móvel Magellan-ISR. Dos resultados obtidos, a robustez do sistema pode ser verificada em diversos ambientes e sob diferentes condições.

Este trabalho descreve os aperfeiçoamentos realizados na plataforma robótica móvel ROMEO III, dando origem ao robô ROMEO III.v2, onde os três principais desafios da navegação de robôs móveis são atacados: a localização, o mapeamento e o planejamento da trajetória. Esta nova configuração herda as soluções utilizadas em suas versões anteriores: o algoritmo A* para realizar o planejamento da trajetória e a utilização de encoders unido à detecção de marcos artificiais para a localização. Assim, para atacar o problema do mapeamento, o ROMEO III.v2 utiliza: 1) a metodologia Occupancy Grid para caracterizar o ambiente, 2) um arranjo de sonares com dois receptores e um transmissor para adquirir os dados do espaço em volta da plataforma (permitindo identificar o ângulo de recepção da onda ultra-sônica, além de estimar possíveis erros de leitura) e 3) uma bússola eletrônica é utilizada para identificar a orientação inicial da plataforma. Diversos testes são apresentados neste trabalho e mostram que o robô ROMEO III.v2 alcançou a sua finalidade dentro das limitações impostas pelo sonar: navegar autonomamente em um ambiente estático, estruturado e desconhecido.

A exploração autônoma de ambientes desconhecidos necessita da construção incremental e consistente de um modelo do local explorado para que o robô possa estimar com sucesso sua localização ao longo do trajeto executado. Este problema é conhecido como localização e mapeamento simultâneo (SLAM), sendo de fundamental importância para o estudo de robôs móveis autônomos. Este trabalho apresenta o resultado do desenvolvimento de um algoritmo para localização e mapeamento simultâneo baseado no algoritmo Iterative Closest Point (ICP). Como ferramenta de desenvolvimento e pesquisa um novo framework voltado a aplicações robóticas chamado Microsoft Robotics Developer Studio foi utilizado. A solução proposta utiliza o ICP para gerar uma estimativa inicial de deslocamento que é avaliada utilizando-se um índice de qualidade em que a varredura da leitura atual do scanner laser é sobreposta a um mapa previamente construído a partir de leituras anteriores do sensor laser. Se o índice for pior que um limite previamente definido, são geradas mais quatro estimativas de deslocamento nas proximidades da estimativa inicial. A que apresentar o melhor valor para o índice de desempenho é utilizada como estimativa final para o deslocamento. Para verificação da efetividade da solução proposta, foram utilizados cinco ambientes simulados diferentes no qual foram avaliados o ICP e a solução proposta. Os resultados das simulações indicam que a solução proposta obtém um desempenho sensivelmente superior ao ICP nos casos em que o ambiente apresenta quinas e saliências pois estas diminuem os efeitos danosos causados pela ambiguidade na estimativa de deslocamento. Destaca-se também a utilização do teste de hipótese pelo método Kolmogorov-Smirnov para duas amostras (KS) para verificação de semelhança e relevância das correções efetuadas pelos algoritmos em teste.

As unidades militares vem atualmente se tornando alvos muito vulneráveis no que se trata de segurança patrimonial. Essa área tem demonstrado um alto crescimento no que tange à segurança eletrônica. Esta, por sua vez, é empregada, em muitos casos, de forma ineficaz, pois o custo de sua implementação se torna alto demais quando implementada sem um conceito ideal de utilização. O objetivo deste trabalho é resolver o problema de alocação de câmeras de vigilância eletrônica utilizando os conceitos de visibilidade em polígonos, para gerar uma lista de possíveis posições de câmeras e de algoritmos genéticos para encontrar boas soluções para o problema em questão. Os conceitos de visibilidade em polígonos permitem definir as regiões do ambiente visíveis por cada possível posição de alocação de câmeras e os de algoritmos genéticos permitem a busca de soluções viáveis, tomando como base a lista de possíveis posições de câmeras gerada, e essas soluções são capazes de atingir uma ponderação entre a alocação de uma mínima quantidade de câmeras e cobertura da maior porcentagem possível dos pontos de gravidade.

Soluções que se utilizem de filtros de partículas como método de estimação de parâmetros de sistemas dinâmicos analisam, em geral, uma população de amostras com o mesmo tamanho em todas as etapas do algoritmo. Porém, a manutenção de um mesmo número de partículas, independentemente do nível de certeza que se possui acerca do Sistema, pode contribuir para o alto processamento exigido para a implementação de algumas técnicas que se utilizem de Métodos Sequencias de Monte Carlo. A presente dissertação visa propor uma metodologia para o ajuste da população de partículas analisadas por um filtro de partículas. Para tanto, utiliza-se o Limite Inferior de Cramér Rao como medida do nível de certeza das estimativas, ajustando assim o tamanho da população a ser analisada de acordo com uma heurística simples. Para a prova de conceito da metodologia apresentada é utilizado o problema SLAM (Simultaneous Localization and Mapping), da robótica móvel. Trata-se da construção do mapa de um ambiente desconhecido concomitantemente com a localização do agente localizador na representação do ambiente criada. Mais especificamente, será utilizado o algoritmo mais recente da solução DP SLAM (Distributed Particle SLAM) - executada para a análise de um log de dados disponibilizado pela comunidade científica - para a elaboração de um algoritmo modificado que ajuste o número de partículas analisadas de acordo com o nível de certeza das estimativas realizadas. Pela natureza recursiva inerente ao problema considerado será utilizada uma metodologia também recursiva para o cálculo do Limite Inferior de Cramér Rao a posteriori, o qual fornece uma "medida" do máximo de informação que pode ser extraído de um sistema dinâmico quando os dados e os estados são considerados aleatórios, tendo em mente a análise de performance por uma perspectiva Bayesiana.

Maspina é uma proteína supressora de tumor e metástase e sua localização subcelular está relacionada ao prognóstico do câncer de mama. Nosso grupo mostrou em MCF-10A que quando fosforilada maspina se acumula no citoplasma. Porém, esta correlação ainda não foi relatada in vivo. Aqui investigamos a expressão, fosforilação e localização subcelular de maspina ao longo do desenvolvimento da glândula mamária murina. Maspina foi detectada no estágio mais tardio da gestação, na lactação e na involução. Os níveis de fosforilação de maspina são maiores no período de lactação do que na involução. Interessantemente, a porcentagem de células que apresenta maspina no núcleo é maior na fase de involução do que na fase de lactação Estes dados mostram que a correlação entre níveis de fosforilação de maspina e localização subcelular também é observada in vivo e que esses processos são reguladas ao longo do desenvolvimento na glândula mamária murina. / Maspin is a protein with tumor and metastasis suppressing activity and its subcellular localization is related to breast cancer prognosis. Using MCF-10A cells as a model system, our group demonstrated a correlation between maspin phosphorylation and cytoplasmic accumulation. Here we investigated maspin expression, phosphorylation levels and subcellular localization in vivo during the murine mammary gland development. Maspin was detected in late pregnancy, during lactation and involution. Maspin phosphorylation levels is higher during lactation than during involution. Interestingly, the percentage of cells which present nuclear maspin is higher in the involution than in lactation. These data show that the correlation between maspin phosphorylation and subcellular localization is also observed in vivo and these processes are regulated during murine mammary gland development.

O objetivo básico deste trabalho é o de estender a formulação elastoplástica do método dos elementos de contorno, de modo a incorporar a análise de corpos sujeitos ao fenômeno da localização de deformações. É utilizado um modelo de plasticidade com gradiente a fim de se evitarem as dificuldades associadas ao contínuo local. Apenas o segundo gradiente é incorporado ao modelo constitutivo. Uma representação integral para avaliação da tensão no contorno na plasticidade é obtida. O comportamento da formulação explícita clássica do método dos elementos de contorno na presença de amolecimento é analisado para a plasticidade local e com gradiente. Uma formulação implícita dos elementos de contorno utilizando o conceito de operador tangente consistente adaptado ao algoritmo de tensão inicial também é implementada e analisada. Exemplos numéricos são realizadas para mostrar a precisão dos resultados e comparar as formulações propostas. Os resultados mostram a localização de deformações ao longo de faixas estreitas determinadas pelo tamanho das células definidas pela discretização. A captura do fenômeno da localização é particularmente precisa quando se utiliza o procedimento implícito. Uma nova formulação do método dos elementos de contorno utilizando o operador tangente consistente também é proposta para a plasticidade com gradiente. / The basic purpose of this work is to extend the boundary element formulation to incorporate the analysis of bodies where the localization phenomena occurs. A gradient plasticity model is used in order to overcome the difficulties associated to local continua. Only the second gradient is incorporated to the constitutive model. A integral representation for boundary stress evaluation in plasticity is obtained. The behavior of the classical explicit boundary element formulation in presence of softening is analysed for local and gradient plasticity. A implicit boundary element formulation using the concept of consistent tangent operator adapted to the inicial stress agorithm is also implemented and analysed. Numerical examples are solved to show the accuracy of the results and to compare the proposed formulations. The results exhibit the strain localization along narrow bands given by the cell sizes defined by the discretization. The capture of localization phenomena is particulary accurate when the implicit scheme is used. A new implicit boundary element formulation using the consistent tangent operator is also proposed.