O presente trabalho trata da modelagem matemática de um braço robótico acionado por atuadores pneumáticos. O braço robótico tem grande potencial de aplicações nas indústrias e em equipamentos agro-florestais para manuseio de peças ou posicionamento de ferramentas. A utilização de atuadores pneumáticos tem as vantagens de baixo custo, alta relação potência por tamanho, flexibilidade de instalação, são limpos e não poluem o meio ambiente. Entretanto, os atuadores pneumáticos possuem diversas não linearidades tais como a zona morta na servoválvula, a compressibilidade do ar e o atrito causado pelas vedações nas partes móveis, que aliadas ao acoplamento dinâmico entre as variáveis de junta do robô dificultam sua modelagem e controle preciso. O protótipo do braço robótico modelado possui dois graus de liberdade com juntas rotativas acionadas por atuadores diferenciais. Para fins de modelagem, é realizada a identificação experimental das características não lineares do atrito. O objetivo principal é a validação experimental do comportamento do robô pneumático projetado. Para a aquisição de sinais e controle do robô, utiliza-se uma placa eletrônica dSPACE e 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 braço robótico pneumático. Pretende-se assim contribuir para o desenvolvimento de soluções robotizadas com acionamento pneumático para problemas da indústria e agro-industriais. Esta pesquisa foi desenvolvida no Núcleo de Inovação em Máquinas Automáticas e Servo Sistemas (NIMASS), e contou com apoio da FAPERGS e do CNPq. / 105 f.

Os multirrotores vêm sendo usados como plataforma padrão para a pesquisa de mobilidade e percepção tridimensional. Seu baixo custo e facilidade para sua construção destacam-se. Eles são utilizados no setor agrícola, em pesquisas climáticas, exploração de minérios, guarda costeira e policiamento urbano, telecomunicações, energia, televisão e cinema e entretenimento. Os multirrotores são compostos por braços, onde todos os movimentos da aeronave são dependentes do conjunto ESC (Controle Eletrônico de Velocidade) – Motor – Hélice. No entanto, boa parte dos trabalhos abordam sistemas de controle, deixando de lado a modelagem matemática da estrutura da aeronave. Este trabalho aborda a modelagem matemática do conjunto ESC-Motor-Hélice, a fim de obter um modelo que descreva de forma satisfatória a dinâmica do conjunto. Foi realizado o estudo de cada um dos componentes do conjunto e apresentadas as suas principais características e funcionalidade dentro do conjunto. Construiu-se uma plataforma de testes, a qual possibilitou obter os dados necessários para a modelagem matemática. Os dados foram coletados em forma de uma série temporal. Sendo usados testes de estacionariedade, função de autocorrelação e função de autocorrelação parcial, os quais possibilitaram determinar a estrutura e a ordem dos modelos autoregressivos. Para a estimação dos parâmetros foi escolhida a metodologia da identificação de sistemas. A comparação de resultados experimentais e de simulação computacional ilustraram as características do modelo proposto. / 123 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.

Made available in DSpace on 2015-03-04T18:50:17Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Apresentacao.pdf: 96667 bytes, checksum: e7f1fe5d7d1c5dc220ec648e01fc9e42 (MD5) Previous issue date: 2006-10-10 / Coordenacao de Aperfeicoamento de Pessoal de Nivel Superior / The Theory of Games is a mathematical formalism used to analyze conflicts between two or more parts. In those conflicts, each part has a group of actions (strategies) that aids them in the optimization of their objectives. The objectives of the players are the rewards (payoffs) given according to their chosen strategy. By quantizing a game, advantages in operational efficiency and in the stability of the game solutions are demonstrated. In a quantum game, the strategies are operators that act on an isolated system. A natural issue is to consider a game in an open system. In this case the strategies are changed by Kraus operators which represent a natural measurement of the environment. We want to find the necessary physical conditions to model a quantum open system as a game. To analyze this issue we applied the formalism of Quantum Operations on the Fröhlich system and we described it as a model of Quantum Game. The interpretation is a conflict among different configurations of the environment which, by inserting noise in the main system exhibits regimes of minimum loss of information. On the other hand, the model of Fröhlich has been used to describe the biophysical dynamics of the neuronal microtubules. By describing the model of Fröhlich in the Quantum Game formalism, we have shown that regimes of stability may exist even under physiological conditions. From the evolutionary point of view, the Theory of Games can be the key to describe the natural optimization at sub-neuronal levels. / A Teoria de Jogos (TJs) é um formalismo matemático usado para analisar situações de conflitos entre duas ou mais partes. Nesses conflitos, cada parte possui um conjunto de ações (estratégias) que auxilia na otimização de seus objetivos. Os objetivos dos jogadres são as recompensas (payoffs) que cada um recebe de acordo com a estratégia adotada. Ao se quantizar um jogo, mostra-se ganhos em eficiência operacional e ganhos na estabilidade das soluções. Em um jogo quântico (JQ), as estratégias são operadores que atuam num sistema isolado. Uma questão natural é considerar um jogo num sistema aberto. Nesta situação as estratégias são trocadas por operadores de Kraus que representam uma medida natural do ambiente. Nosso interesse é encontrar as condições físicas necessáriaas para modelarmos um sistema quântico aberto como um jogo. Para analisar essa questão aplicamos o formalismo de Operações Quânticas (OQs) sobre o sistema de Fröhlich e o apresentamos como um modelo de JQ. A interpretação é um conflito entre diferentes configurações do ambiente que, ao inserirem ruído no sistema principal, exibem regiões de mínima perda de informação. O modelo de Fröhlich vem sendo usado para descrever a dinâmica biofísica dos microtúbulos neuronais. Ao estruturamos o modelo de Fröhlich nos JQs, mostramos que as regiões de estabilidade podem existir sob condições fisiológicas. Usando o aspecto evolucionista, a TJs pode ser a chave para a descrição de processos de otimização da informação em nível sub-neuronal.

Made available in DSpace on 2015-03-04T18:50:35Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Apresentacao.pdf: 262967 bytes, checksum: c6a742260cb0620fb4147e1ba5cd448e (MD5) Previous issue date: 2006-10-31 / Fundação Carlos Chagas Filho de Amparo a Pesquisa do Estado do Rio de Janeiro / Métodos de docking receptor-ligante são métodos computacionais para a identificação do modo de ligação de moléculas candidatas a fármacos, no sítio ativo de proteínas consideradas como alvos moleculares para o tratamento quimioterápico de doenças. Estes métodos são uma parte importante no Desenho Racional de Fármacos Baseado em Estruturas e possuem grande potencial para auxiliar na descoberta de novos medicamentos. Entretanto, a necessidade da inclusão dos graus de liberdade conformacionais relacionados à flexibilidade molecular, torna o problema de docking complexo e difícil de se resolver computacionalmente. Por outro lado, algoritmos genéticos são métodos computacionais estocásticos inspirados na teoria da evolução de Darwin, que têm sido aplicados com sucesso à uma grande variedade de problemas complexos em ciência e engenharia. O desenvolvimento de métodos de docking mais eficientes e com maior capacidade de predição constitui atualmente uma área de pesquisa altamente ativa. Neste trabalho, foram implementadas e analisadas várias estratégias em algoritmos genéticos (AG's) para o problema de docking receptor-ligante. Uma nova técnica para a preservação de múltiplas soluções foi desenvolvida. O método proposto é baseado na técnica de Seleção por Torneio Restrito (RTS) e tem como objetivo favorecer a preservação dos "nichos" e soluções de melhor qualidade na população. Os métodos implementados foram testados em estudos de "re-docking" e "cross-docking" de inibidores da enzima HIV-1 protease com alto grau de flexibilidade conformacional. Os resultados obtidos mostram que a utilização de técnicas de múltiplas soluções que permitem a preservação de diversidade "útil" podem ser uma ferramenta poderosa no "docking" de ligantes altamente flexíveis, geralmente associados à hipersuperfícies de energia complexas. Estas estratégias aumentam a probabilidade de se encontrar soluções próximas das estruturas determinadas experimentalmente, além de permitir a determinação e posterior investigação de distintos modos de ligação ligante-receptor.

Made available in DSpace on 2015-03-04T18:57:46Z (GMT). No. of bitstreams: 1 TeseSantiago.pdf: 606719 bytes, checksum: 38e30569276229fb74710b61a35a4dad (MD5) Previous issue date: 2013-02-21 / Like a classical computer, a quantum computer would be affected by errors. Those need to be identified and corrected, so we need quantum error correcting codes. In this work, we study the Codeword Stabilized Quantum Codes (CWS codes) a generalization of the stabilizers quantum codes. First, we make a detailed description, with a new approach of the results about CWS codes on systems with more than one level (qudits). We make clear what results are correct in general and what results are correct only for qubits, qupits (prime number of levels) or what are correct for graph-states. We also show a new result that relates CWS codes with stabilizer codes generalizing the results found in the literature. After that, but only for qubits and CWS codes in a standard form, we also show new results on the kind of observables we may use to identify the errors in a CWS code. We create than a procedure to find these observables. Those observables not always suffices to identify the error, but when they do, the procedure to identify the errors is made in an efficient way. / Em um computador quântico, da mesma forma que em um computador clássico, a informação está sujeita a erros que precisam ser detectados e corrigidos, de onde surge a necessidade dos códigos quânticos de correção de erros. Neste trabalho estudamos os códigos CWS (Codeword Stabilized quantum codes) que generalizam os códigos estabilizadores. Primeiramente, descrevemos detalhadamente os códigos CWS sobre sistemas quânticos de mais de um nível (qudits) a partir de uma nova abordagem. Deixamos claro quais resultados valem em geral e quais valem apenas para qubits, qupits (sistemas com número primo de níveis) e quais valem no caso do código CWS ser baseado em um estado-grafo. Apresentamos também um novo resultado que relaciona códigos CWS com códigos estabilizadores generalizando os resultados presentes na literatura. Posteriormente, caracterizamos um tipo de operador de medida para códigos CWS para qubits. Criamos então um procedimento para buscar estes operadores, que nem sempre são suficientes para identificar o erro ocorrido, mas quando são, o fazem de forma eficiente.