A tecnologia MEMS (Micro-Electro-Mechanical Systems)é inovadora e destaca-se pela ilimitada gama de aplicações, especialmente na concepção de sensores e atuadores. Dessa forma, os MEMS vêm despertando elevado interesse industrial e com isso agregam investimentos significativos, movimentando um mercado de bilhões de dólares anuais. Todavia, as exigências industriais apresentam tendências cada vez mais rigorosas no que se refere à qualidade dos dispositivos. Neste sentido, a qualidade de MEMS é assegurada através da etapa em que os dispositivos são testados. Com o emprego de técnicas de microusinagem, milhões de dispositivos são fabricados em uma única lâmina de silíticio. Entretanto, sabe-se que os processos utilizados na fabricação ainda apresentam limitações. Assim, são confeccionados estruturas avariadas que apresentam falhas durante a operação. Desta forma, o colapso de vigas em elastomassas de microrrotores tem sido uma problemática constante. Assim, torna-se necessário desenvolver métodos que favoreçam a identificação desses defeitos antes da comercialização. Este trabalho tem por objetivo a detecção do colapso em vigas de elastomassas através da técnica de signature. Foi realizado um estudo de três tipologias diferentes do núcleo deformável do atuador comb-drive. As elastomassas foram modeladas com o método dos elementos finitos no software ANSYS (Analysis System). Foram realizadas simulações do comportamento da estrutura intacta e danificada para a coleta dos dados referentes a força f(t) e deslocamento x(t). Com os dados coletados, criou-se um banco de assinaturas referente ao comportamento das elastomassas atuando de forma intacta e sob colapso. Para gerar as assinaturas, foi empregado o principio de defasagem das Figuras de Lissajous, buscando associar a singularidade geométrica das assinaturas ao colapso. Assim, para essa finalidade, utilizou-se a ferramenta computacional MATLAB (MATrix LABoratory). Através da análise qualitativa dos resultados obtidos, verificou-se tanto a possibilidade de detecção do colapso nas três tipologias quanto a identificação da viga fraturada para cada uma. / 132 f.

Este trabalho mostra o desenvolvimento de um software, rotulado aqui como SimuPi, para simular o modelamento matemático de elementos sensores piezoresistivos. O programa desenvolvido roda modelos de primeira e segunda ordem, clássicos da literatura, os quais são indispensáveis para o desenvolvimento de elementos sensores baseados no efeito piezoresistivo do silício. Foram analisadas as principais características de programas simuladores com objetivo de observar quais seriam relevantes para serem empregadas no desenvolvimento deste trabalho. Estudou-se a forma de elaboração do programa, escolhendo sua linguagem de programação e elaborando seus diagramas detalhados de requisitos e de funcionamentos. A plataforma de testes foi desenvolvida na linguagem de programação Java. O SimuPi mostrou-se condizente com a sua proposta, apresentando gráficos e resultados equivalentes aos obtidos em testes laboratoriais a partir da análise das propriedades do silício com base em modelos matemáticos. O software pode ser ampliado para projetos de elementos sensores usando outros tipos de materiais, além de melhorias gráficas e didáticas. / 81 f.

A Tecnologia da Informação (TI) fornece suporte às organizações empresariais, proporcionando agilidade e qualidade aos seus processos de negócio. Este suporte é fornecido por aplicações que compõe o ecossistema de software que, de uma maneira geral, não apresenta as características necessárias à integração, dificultando a reutilização. Neste sentido, a Integração de Aplicações Empresariais (EAI) concentra-se na concepção e implementação de soluções de integração. A tecnologia Guaraná DSL é uma das ferramentas que fornecem este suporte, porém, ela difere das outras propostas por incluir um sistema de monitoramento que pode ser configurado usando uma linguagem baseada em regras para gerar soluções com tolerância a falhas. No entanto, Guaraná DSL ainda não está formalizado, e por esta razão, não é possível validar as regras escritas por engenheiros de software utilizando a linguagem baseada em regras. Além disso, não é possível gerar automaticamente as regras com base na semântica de uma solução de integração. Esta pesquisa propõe um estudo detalhado da tecnologia Guaraná DSL com enfase no mecanismo de tolerância a falhas, além do estudo e comparação dos métodos formais: Notação Z, B, Alloy, RSL, Redes de Petri, levando em consideração as características do Guaraná. Utilizando os metamodelos UML com restrições escritas em OCL da linguagem de domínio específico da tecnologia Guaraná encontrados na literatura, foi proposto um modelo matemático com a especificação formal da sintaxe abstrata e posterior validação. Para a especificação formal e validação utilizou-se a Notação Z por meio da ferramenta Z-EVES. / 157 f.

Neste trabalho é apresentado o estudo teórico do efeito piezoresistivo e das suas propriedades em dois tipos de materiais com estrutura amorfa, o carbono semelhante ao diamante e o óxido de índio dopado com estanho. Esse estudo compreende o levantamento bibliográfico sobre os materiais, a análise de algumas de suas propriedades, a avaliação e comparação gráfica, através do software , de determinadas características apresentadas pelos materiais. O conhecimento detalhado de algumas características físicas das estruturas e dos materiais que podem ser utilizados para a fabricação dos sensores depressão piezoresistivos integrados é importante, pois estes sensores tem uma dependência direta com as propriedades do material. Os dois materiais estudados apresentam o efeito piezoresistivo, sinal de sensibilidade e dependência com a temperatura, condizentes com as características esperadas para aplicação de filmes finos. De acordo com os resultados obtidos, neste trabalho, estes filmes podem ser utilizados, com excelentes resultados, em aplicações envolvendo sensores de pressão piezoresistivos. A resposta apresentada é coerente em relação à literatura e, portanto, os processos e simulações analíticas realizadas são adequados para o tratamento de materiais semicondutores empregados na fabricação de elementos sensores de pressão. / 165 f.

O estudo apresentado ao longo desta dissertação consiste no desenvolvimento de elementos sensores piezoresistivos baseados em carbono (grafite processado), depositado sobre polímero flexível, em especial, na caracterização e análise das propriedades térmicas, elétricas e mecânicas do filme. Avaliou-se a presença de regularidade e/ou irregularidades nos modelos matemáticos empregados para validar o filme de grafite utilizando-se uma bancada experimental. Análises gráficas dos principais resultados obtidos indicam aplicabilidade prática do filme como elemento sensor. Utilizou-se a Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) para analisar a rugosidade superficial do filme, composição química qualitativa e quantitativa antes e após annealing térmico. O estudo permitiu afirmar a viabilidade do uso do grafite em sensores piezoresistivos, pois apresentou fatores de sensibilidade reportados na literatura. / 100 f.

Esta dissertação apresenta um estudo teórico e experimental de elementos sensores piezoresistivos de filmes de grafite obtidos pelo processo de esfoliação mecânica sobre substrato de papel (GoP) visando adequar encapsulamentos a partir de diferentes materiais. Este estudo compreende levantamento bibliográfico sobre a utilização de sensores na indústria e na sociedade, faz enfoque especial à teoria da piezoresistividade, elenca diferentes tipos de sensores piezoresistivos existentes, apresenta os materiais comumente utilizados para a fabricação de piezoresistores e descreve alguns processos de deposição e encapsulamento. Em seguida é feito um estudo experimental sobre a utilização do Carbono, sob a forma alotrópica, do grafite, como material base para elemento piezoresistor usando o método da viga engastada (Cantilever) para analisar as propriedades térmicas, elétricas e mecânicas do material, com e sem a presença de encapsulamentos. Os resultados são comparados com os dados provenientes da literatura de materiais já consolidados como, Silício, DLC (Diamond-Like-Carbon) e ITO (Indium-Tin-Oxide). / 112 f.

O presente trabalho trata da modelagem matemática de um braço robótico de três graus de liberdade e de acionamento pneumático. O robô da pesquisa se caracteriza por ter a estrutura cinemática serial do tipo SCARA, que possui duas juntas rotativas e uma junta prismática com os eixos paralelos dispostos na vertical. A utilização da robótica atualmente se dá cada vez mais em aplicações industriais, agrícolas e de serviços, sendo os manipuladores robóticos reprogramáveis e flexíveis, atendendo as necessidades operacionais de maneira ágil, segura e garantindo a qualidade na operação. Além disso, a utilização de manipuladores robóticos acionados pneumaticamente apresenta vantagens quanto aos demais acionamentos, uma vez que são equipamentos limpos, de baixo custo de resposta rápida. Porém, este tipo de acionamento possui diversas não linearidades, que podem ser compensadas utilizando-se a inversa do modelo matemático. Destas não linearidades, pode-se destacar a zona morta presente na servoválvula, a compressibilidade do ar e o atrito presente nas vedações das partes móveis do atuador pneumático, somando-se a isto o acoplamento dinâmico das variáveis das juntas, que dificultam a modelagem e o controle preciso. Para fins de determinação dos parâmetros presentes na modelagem matemática, faz-se a identificação experimental da zona morta presente nas três servoválvulas, assim como é feita a identificação experimental das características não lineares do atrito nos cilindros pneumáticos. Para a aquisição de sinais de sensores e o controle do robô, utiliza-se uma placa eletrônica alemã dSPACE, que é responsável por receber sinais dos encoders incrementais das juntas rotativas, dos transdutores de pressão e de deslocamento linear da junta prismática, além de processar a estratégia de controle e dos sinais emitidos ao controle das servoválvulas. O processamento dos resultados é realizado com o auxílio da ferramenta computacional MatLab. Como resultados, têm-se a modelagem matemática das principais características não lineares do manipulador robótico do tipo SCARA e a identificação experimental das não linearidades de zona morta e atrito. Pretende-se com este, contribuir com o desenvolvimento de soluções de aplicação de robôs pneumáticos em problemas industriais e agrícolas. Esta pesquisa foi desenvolvida no Núcleo de Inovação em Máquinas Automáticas e Servo Sistemas (NIMASS). / 137 f.

Este trabalho apresenta o estudo da modelagem matemática caixa preta de propulsores eletromecânicos de aeronaves do tipo multirrotor. Estas aeronaves têm sido crescentemente investigadas e ainda estão em evolução. Justifica-se este fato em função de possuírem aplicações em diversas áreas, inclusive em situações que causam risco à vida humana. Dentre os multirrotores destaca-se o quadrirrotor, que vem sendo utilizado como plataforma padrão de estudo. Este possui a capacidade de decolagem e aterrissagem vertical, o que desafia a área de controle. Nesse sentido, estudou-se a modelagem matemática do sistema de propulsão eletromecânico dos multirrotores a fim de poder contribuir futuramente com a otimização de seu controle. A metodologia utilizada consiste na compreensão do sistema de propulsão e utilização de uma plataforma de testes para a coleta de dados, seguida da aplicação de testes de estacionariedade para a análise dos mesmos. O cálculo das funções de autocorrelação e autocorrelação parcial é utilizado para determinação da estrutura e ordem dos modelos matemáticos e posteriormente, os parâmetros são estimados. A validação se dá pela comparação da simulação de cada modelo com os dados da plataforma e a análise dos resíduos. Além disso, são utilizados critérios de informação para seleção de modelos obtendo-se, a partir do Critério de Informação Bayesiano (BIC), uma aproximação prévia de resultados para diferentes modelos, visando garantir possíveis condições impostas pelo projeto que os utilizará. Dessa forma, a metodologia apresentada contribui para novas técnicas de controle. / 83 f.

A presente dissertação descreve o efeito piezoresistivo no grafite, uma forma alotrópica do carbono, validando sua aplicação em elementos sensores em substituição a outros materiais cujos processos de fabricação são mais complexos e de custos superiores. Neste trabalho são projetados e fabricados elementos sensores de grafite visando a sua caracterização mecânica, elétrica e térmica, a partir da análise de três diferentes tipos de encapsulamento: Epóxi-Bisfenol A, Esmalte e Acetato de Vinila. Os resultados obtidos são comparados com a literatura, a fim de validar os modelos matemáticos empregados no processo de fabricação de elementos sensores piezoresistivos. / 130 f.

Neste trabalho estudou-se a modelagem matemática de processo de produção do antitumoral retamicina produzido pelo microrganismo filamentoso Streptomyces olindensis em cultivos descontínuos, descontínuos alimentados e contínuos. Através da modelagem matemática é possível verificar o comportamento dos fatores que interferem na produção deste metabólito secundário, a fim de identificar as melhores condições de processo. Foram estudados diferentes modelos: modelo morfologicamente estruturado, modelo não estruturado e um modelo híbrido que combina equações de balanço material com redes neurais artificiais. O modelo morfologicamente estruturado é um aperfeiçoamento de um modelo anterior e o modelo não estruturado, por sua vez, foi desenvolvido na tentativa de simplificar a descrição do processo ao considerar menos variáveis e possuir menor número de parâmetros ajustáveis. Nos modelos, as variáveis consideradas no ajuste foram as concentrações de biomassa, de glicose, de retamicina e de oxigênio dissolvido no meio. Os resultados das simulações foram avaliados estatisticamente por comparação com os dados experimentais. Os modelos também foram comparados entre si através de uma análise estatística. Observou-se que, dentre os modelos estudados, o modelo híbrido apresentou sensibilidade pronunciada às condições iniciais e qualidade de representação dos dados experimentais inferior à dos demais modelos. Os modelos morfologicamente estruturado e não estruturado apresentaram capacidade similar de representação do comportamento dos dados experimentais dos ensaios descontínuos, descontínuo-alimentados e contínuos com baixas taxas de alimentação. / The mathematical modeling of retamycin production during batch, fed-batch and continuous cultivations of Streptomyces olindensis was studied. Through the mathematical modeling, it is possible to identify the best conditions to conduct the process. Different models considered were: a morphologically structured model, an unstructured model and a hybrid model that combines artificial neural networks with mass balances. The morphologically structured model included an enhancement in a model previously described. The unstructured model was developed as an attempt to simplify the description of the process by considering fewer variables and fewer parameters to be adjusted. The variables considered in the models were the concentrations of biomass, glucose, retamycin and dissolved oxygen. Simulation results were submitted to statistical analysis such as model discrimination and test of adequacy to verify which of the models were suitable to describe the process and whether the results of the simulations fit the experimental data or not. Results show that the hybrid model presented high sensitivity to the initial conditions and its capability of representing the experimental data was worse than that of the other developed models. Both the morphologically structured model and the unstructured model show similar suitability to represent the experimental data behavior for batch, fed-batch and low-dilution rate continuous runs.