O grande número de funcionalidades presentes nos dispositivos móveis, tais como celulares e notebooks são fundamentais para atividades profissionais ou momentos de lazer nos dias atuais.Estes dispositivos possuem como característica principal a mobilidade,a qual é obtida como auxílio de uma fonte de energia finita e que necessita ser recarregada a cada intervalo de tempo,conhecida como bateria.Por esta razão,tem-se a necessidade de prever o tempo que a bateria mantém o dispositivo em funcionamento,ou seja,seu tempo de vida.Existem alguns métodos para determinar este tempo de vida,uma das formas é a partir da utilização de modelos matemáticos que simulam o processo de descarga de energia das baterias.Entre os modelos mais referenciados na literatura técnica, encontram-se os modelos eletroquímicos,os modelos de circuitos elétricos,os modelos estocásticos,os modelos analíticos,os modelos via Identificação de Sistemas,e os modelos híbridos. Esta última categoria de modelos possibilita a união de dois ou mais modelos, resultando em um novo modelo com vantagens de ambos.Neste contexto,neste trabalho é realizado o estudo e aplicação de dois modelos híbridos na predição do tempo de vida de baterias utilizadas em dispositivos móveis.O primeiro modelo é desenvolvido através da união do modelo elétrico para Predizer Runtime e Características V-I de uma bateria e do Modelo Cinético de Bateria(KiBaM). O segundo modelo é formado a partir da união do modelo elétrico para Predizer Runtime e Características V-I de uma bateria como modelo analítico de difusão de Rakhmatov e Vrudhula(RV). Os modelos híbridos são implementados na ferramenta computacional MatLab/Simulink, e os resultados das simulações,são comparados com dados experimentais de uma plataforma de testes,utilizando baterias de Lítio Íon Polímero(Li-Po), modelo PL 383562-2C.Por fim,os modelos híbridos são comparados como Modelo RV,devido ao mesmo ser considerado,na literatura,como um dos modelos analíticos mais acurados.Os resultados das simulações comprovam que os modelos híbridos apresentam resultados satisfatórios. / 91 f.

O uso de dispositivos móveis teve um amplo crescimento na última década, aliado a este crescimento, houve uma diversi cação dos serviços utilizados. Estas características implicam um aumento no consumo de energia e da expectativa do tempo de uso. Neste contexto, o estudo de métodos que possibilitem aumentar ou mesmo prever o tempo de vida de uma bateria passam a ter signi cativa importância. Uma maneira de predizer o tempo de vida de baterias é através do uso de modelos matemáticos que simulam a descarga de energia nas mesmas. Este trabalho apresenta a modelagem matemática da predição do tempo de vida de baterias de Lítio Íon Polímero, através do modelo elétrico Battery, fazendo uso de um amplo conjunto de dados de descarga de baterias obtidos a partir da utilização de uma plataforma de testes. O modelo Battery necessita a estimação de um conjunto de parâmetros que são geralmente estimados através da análise visual de alguns pontos nas curvas características de descarga das baterias. Neste trabalho é proposto um Algoritmo Genético para sistematizar e otimizar a estimação destes parâmetros. Os resultados obtidos demonstram a superioridade do Algoritmo Genético na estimação dos parâmetros, já que este obteve uma taxa média de erro consideravelmente inferior às taxas de erro encontradas com os métodos de análise de curvas de descarga, demonstrando tanto a e cácia do modelo elétrico Battery, quanto a e ciência do Algoritmo Genético em estimar seus parâmetros. / 114 f.

The fluorescence spectroscopy and lifetime analysis in biological tissues has been presented as a technique of great potential for tissue characterization for diagnostic purposes. This potential is due to the main advantages of optical techniques based on fluorescence for diagnosis, which includes the possibility of evaluating the tissue metabolism in situ, without removal and processing of the biological sample, through a fast and non-invasive response. Skin lesions were the target interrogated tissue in the present study. They can be clinically classified into two major groups: pigmented and non-pigmented lesions. In each group, the clinical discrimination of benign and malignant lesions may be a complex task, especially for non-experienced clinicians. When these lesions have clinically similar features, the choice of the treatment modality becomes difficult. In this context, auxiliary diagnostic techniques are very important to improve the diagnostic resolution as well as treatment planning and success. Gold standard for skin diagnosis is obtained with the biopsy and further histological analysis. The information about these features is invasive and time consuming. When using a non-invasive procedure such as fluorescence lifetime measurements, the main interrogated fluorophores are NADH (nicotinamide adenine dinucleotide) and FAD (flavin adenine dinucleotide), biomolecules involved in cellular respiration that may provide information on the metabolism of the cells. To differentiate each skin lesion, it is necessary to take into account the contribution of endogenous fluorophores emission such as collagen and elastin, and the absorption of chromophores such as melanin and hemoglobin. In addition to fluorescence decay analysis considering the contribution of fluorophores and chromophores, a stable and portable system is desired for clinical measurements and interrogation of biological tissue in vivo. In this study, we have assembled, calibrated, and characterized one of the worlds first portable time-resolved fluorescence spectroscopy system for single-point measurements. This system was designed to be robust and user-friendly for clinical applications. The system was calibrated and characterized in vitro before the clinical application. It was used for evaluation of the photoaging process in sun-exposed and non-exposed skin and for discrimination of clinically similar skin lesions. Significant statistical differences were observed for 10 parameters when comparing normal and photoaged skin (students t-test, p < 0.001), and for all combinations of non-pigmented and pigmented lesions when using tri-exponential decay parameters (Wilcoxon rank sum test, p<0.05). Both in vivo measurements showed promising results and have potential for many applications in dermatology, oncology and aesthetics. Next steps include multivariate data analysis and the determination of the diagnostic resolution of fluorescence lifetime spectroscopy. Further investigation of optical processes related to fluorescence decay changes is necessary, since fluorescence lifetime values in biological tissues reported on the literature are very scarce and heterogeneous and not completely understood. / A análise da espectroscopia e do tempo de vida da fluorescência em tecidos biológicos vem sendo apresentada como uma técnica com grande potencial para a caracterização tecidual com finalidade diagnóstica. Esse potencial é devido às principais vantagens das técnicas ópticas de diagnóstico baseadas em fluorescência, que possibilitam avaliar o metabolismo in situ, sem a necessidade de remoção e processamento da amostra biológica, com uma resposta rápida e não-invasiva. Lesões de pele foram os tecidos investigados no presente estudo. Elas podem ser clinicamente classificadas em dois grandes grupos: pigmentadas e não pigmentadas. Em cada grupo, a discriminação clínica de lesões benignas e malignas pode ser uma tarefa complexa, principalmente para médicos com pouca experiência. Quando essas lesões apresentam características clínicas semelhantes, a escolha do tipo de tratamento torna-se difícil. Nesse contexto, técnicas auxiliares de diagnóstico são de grande relevância para melhorar a resolução de diagnóstico, assim como o planejamento e o sucesso do tratamento. O padrão ouro para o diagnóstico do câncer de pele é obtido por meio da biópsia e posterior análise histopatológica. A obtenção de informações sobre essas características é invasiva e consome bastante tempo. Ao utilizar procedimentos não-invasivos como medidas de tempo de vida de fluorescência, os fluoróforos de mais investigados são o NADH (nicotinamida adenina dinucleotídeo) e o FAD (flavina adenina dinucleotídeo), biomoléculas envolvidas na respiração celular que podem fornecer informação sobre o metabolismo das células. Para diferenciar cada tipo de lesão de pele, é necessário levar em conta a contribuição da emissão de fluoróforos endógenos como o colágeno, elastina e da absorção de cromóforos como melanina e hemoglobina. Além da análise do decaimento de fluorescência considerando a contribuição de fluoróforos e cromóforos, um sistema estável e portátil é desejado para medidas clínicas e investigação de tecidos biológicos in vivo. Nesse estudo, nós montamos, calibramos e caracterizamos um dos primeiros sistemas portáteis do mundo para espectroscopia de fluorescência resolvida no tempo para medidas pontuais. Esse sistema foi projetado para ser robusto e amigável ao usuário em aplicações clínicas. O sistema foi calibrado e caracterizado in vitro antes das aplicações clínicas. Ele foi utilizado para avaliação do processo de fotoenvelhecimento em pele exposta e não-exposta ao sol e para a discriminação de lesões de pele clinicamente semelhantes. Diferenças estatísticas significativas foram observadas para 10 parâmetros na comparação entre pele normal e fotoenvelhecida (teste t-student, p<0.001) e para todas as combinações de lesões pigmentadas e não-pigmentadas ao utilizar parâmetros do decaimento triexponencial (teste Wilcoxon rank sum, p<0.05). Ambas medidas in vivo mostraram resultados promissores e um potencial para muitas aplicações em dermatologia, oncologia e estética. As próximas etapas incluem análise multivariada de dados e determinação da resolução de diagnóstico da espectroscopia de tempo de vida de fluorescência. Uma maior investigação dos processos ópticos relacionados a mudanças nos decaimentos de fluorescência é necessária, pois o número de valores de tempo de vida de fluorescência em tecidos biológicos reportados na literatura é escasso e os valores são heterogêneos e não completamente compreendidos.

Com o passar dos anos, a sociedade está cada vez mais dependente das diferentes tecnologias disponíveis no mercado. Não é possível pensar outra forma de concluir as atividades no trabalho, ou no lazer, sem utilizar dispositivos móveis, tais como, telefones celulares, notebooks, tablets, iPhones, iPads, entre outros aparelhos so sticados, a partir dos quais é possível executar diversas tarefas. O uso destes dispositivos móveis está relacionado ao tempo de vida da bateria, que no projeto de dispositivos móveis é considerado uma das características mais importantes, pois informa a quantidade de tempo que o dispositivo permanecerá operacional sem a necessidade de ligá-lo a uma fonte de alimentação externa. Neste contexto, para os projetistas de baterias, é importante possuir uma maneira precisa de determinar este tempo de vida. Uma das formas é através do uso de modelos matemáticos que simulam o processo de descarga de energia dos aparelhos portáteis. Entre os modelos mais referenciados na literatura técnica, destacam-se os modelos eletroquímicos, os modelos de circuitos elétricos, os modelos estocásticos, os modelos analíticos, os modelos via Identi cação de Sistemas, e os modelos híbridos. Esta última categoria de modelos possui a vantagem de unir os benefícios de dois ou mais tipos de modelos. Recentemente, foi desenvolvido um modelo híbrido através da união de um modelo elétrico e um modelo analítico. O modelo elétrico é conhecido como o modelo para Predizer Runtime e Características V-I de uma bateria, este foi escolhido por ser capaz de capturar as características dinâmicas da bateria e a resposta da tensão de forma acurada. No entanto, este modelo elétrico não pode capturar os efeitos não lineares da bateria. Para isto, foi escolhido o modelo analítico Kinetic Battery Model (KiBaM), este modelo pode capturar os efeitos não lineares e predizer o estado de carga da bateria com acurácia. Portanto, neste trabalho é realizado o estudo e aplicação deste modelo híbrido, desenvolvido a partir da união entre um modelo elétrico e um modelo analítico, para predição do tempo de vida de baterias utilizadas em dispositivos móveis, considerando dados experimentais de uma bateria, do tipo Lithium Íon, modelo BL-5F, utilizada em telefones celulares da marca Nokia. O modelo híbrido é implementado na ferramenta computacional MatLab/Simulink, os resultados calculados pelo modelo são comparados com os dados experimentais, obtidos de uma plataforma de testes. Por m, o modelo híbrido é comparado com modelo de Rakhmatov e Vrudhula, que é o modelo analítico de melhor acurácia da literatura para predição do tempo de vida de baterias utilizadas em dispositivos móveis. A partir dos resultados das simulações é encontrado que o modelo híbrido apresenta boa acurácia com erro médio igual a 3,91%. / 67 f.

Atualmente, o uso de dispositivos móveis tem aumentado signi cativamente devido a mobilidade, obtida com o auxílio de uma fonte de energia denominada bateria, e a facilidade ao acesso a rede sem o, proporcionada por estes aparelhos. Conhecer o tempo pelo qual a bateria consegue manter o dispositivo em funcionamento, ou seja, seu tempo de vida, tem sido de fundamental importância no desenvolvimento de dispositivos móveis. Sendo assim, conhecer algum método capaz de predizer este tempo de vida da bateria se torna muito importante. Com isto, neste estudo busca-se obter um modelo matemático que realiza a predição do tempo de vida de baterias utilizadas em dispositivos móveis, a partir da aplicação da teoria de Identi cação de Sistemas. Esta modelagem é realizada através de dados experimentais obtidos de uma plataforma de teste, considerando baterias do tipo Lítio-Íon, da marca Nokia, modelo BL-5F, presente em telefones celulares Nokia, modelo N95. A implementação dos modelos foi realizada na ferramenta computacional MatLab, com o auxílio da caixa de ferramentas denominada Ident. O modelo obtido pelo estudo, como o mais acurado, pertence a família de modelos paramétricos lineares, sendo do tipo AutorRegressivo (AR) no domínio de tempo discreto. Este modelo tamém foi convertido para o domínio de tempo contínuo, sendo seu melhor resultado obtido pelo discretizador Tustin. Por m, os modelos AR em tempo discreto e tempo contínuo foram comparados ao modelo analítico de Difusão de Rakhmatov e Vrudhula, considerado na literatura técnica como o modelo analítico mais acurado. O modelo AR em tempo discreto apresentou-se o mais acurado com um erro médio de 0,72%. / 85 f.

Nas últimas décadas, a utilização de dispositivos portáteis, dos mais variados tipos, tem aumentado significativamente devido à proliferação no acesso à tecnologia sem fio. Estes dispositivos são alimentados por uma bateria recarregável, assim o seu uso está limitado ao tempo de duração da bateria. A bateria recarregável, que está presente nos mais diversos equipamentos como, por exemplo, notebooks, telefones celulares, ipads,tablets, câmeras digitais é o objeto de estudo deste trabalho, pois há uma crescente preocupação por parte dos fabricantes de dispositivos móveis em torná-la cada vez menor, mais leve e com uma capacidade cada vez maior, a fim de proporcionar maior mobilidade aos usuários. Neste contexto, é importante possuir algum método para realizar a predição do tempo de vida da bateria e assim determinar o tempo que o dispositivo poderá se manter operacional, sem a necessidade de recarga. Uma das formas é através da utilização de modelos matemáticos que descrevem o consumo de energia dos aparelhos. Portanto, o principal objetivo deste trabalho é apresentar a modelagem matemática do tempo de vida de baterias de Lithium-Ion, modelo BL-5F, presente em telefones celulares da marca Nokia a partir do uso de modelos paramétricos lineares da teoria de Identificação de Sistemas. Para a realização desta modelagem matemática é necessária a determinação da ordem dos modelos, para isto são utilizadas duas metodologias: o Método da Exaustão e o Método da AutoCorrelação e AutoCorrelação Parcial. A partir da análise dos resultados da modelagem matemática, considerando estas duas metodologias, observou-se que a metodologia da análise da autocorrelação, para a determinação da ordem dos modelos, é mais prática, possui um menor custo computacional, determinando modelos de ordem 2, do tipo ARX, para descrever o tempo de vida de baterias usadas em dispositivos móveis. / 93 f.

Os dispositivos móveis agregam mobilidade, comodidade e facilidade de uso, contudo, têm o tempo de funcionamento limitado pela duração da fonte de energia, ou seja, pelo tempo de vida da bateria. As baterias recarregáveis, utilizadas em dispositivos móveis, têm capacidade finita para armazenamento de energia, necessitando a cada período de uso uma recarga. Diante disso, investigar o comportamento dinâmico do processo de descarga de uma bateria, visando predizer o seu tempo de vida e, por consequência o tempo de funcionamento do dispositivo móvel, tem fundamental importância. Um dos métodos para realizar a predição é a utilização de modelos matemáticos. Estes descrevem o comportamento dinâmico da descarga de uma bateria a partir de suas características físicas reais ou de um conjunto reduzido de dados obtidos em ensaios. Neste contexto, o presente trabalho realiza a modelagem matemática para predição do tempo de vida de baterias de Lítio-Íon Polímero (Li-Po) a partir da aplicação de modelos analíticos tradicionais. São analisados e validados os principais modelos desta classe a partir de ensaios reais. Além disso, uma extensão à Lei de Peukert é desenvolvida, com ganho significativo de acurácia, bem como propostas novas metodologias de resolução aos modelos cinético de Manwell e McGowan, e ao modelo de difusão de Rakhmatov e Vrudhula, melhorando sensivelmente seus desempenhos, no que se refere a predição do tempo de vida de baterias do tipo Li-Po. / 100 f.

Com o mercado dos dispositivos móveis em expansão, a necessidade de desenvolver tecnologias que atendam a demanda por energia se intensi cou. Geralmente, estes dispositivos móveis são alimentados por uma bateria que deve ser recarregada a cada intervalo de tempo. Por esta razão, é importante conhecer o tempo que a bateria mantém o dispositivo operacional, isto é, seu tempo de vida. Um dos métodos para realizar a predição do tempo de vida de baterias de dispositivos móveis é a utilização de modelos matemá- ticos, que simulam o processo de descarga de energia das baterias. Entre os modelos mais referenciados na literatura técnica, destacam-se os modelos eletroquímicos, os modelos de circuitos elétricos, os modelos estocásticos, os modelos analíticos, os modelos via teoria de Identi cação de Sistemas e os modelos híbridos. Os modelos híbridos são vantajosos, pois permitem a união de dois ou mais modelos de características distintas. Inserido nessa categoria, este trabalho tem por objetivo propor a modelagem matemática do tempo de vida de baterias de Lítio Íon Polímero (Li-Po), através do desenvolvimento de um modelo híbrido baseado na união do modelo elétrico para Predizer Runtime e Características V-I de uma bateria e do modelo analítico Lei de Peukert Estendida. O modelo é implementado computacionalmente na ferramenta computacional MatLab. Os dados experimentais são obtidos de uma plataforma de testes que simula o descarregamento de baterias, considerando baterias do tipo Li-Po. A validação ocorre a partir da comparação das simulações realizadas, com os dados da plataforma, utilizando per s de descarga constantes e variáveis. Por m, é realizada a comparação do modelo obtido com outros modelos na literatura. Os resultados das simulações comprovam que o modelo hí- brido proposto é mais simples e computacionalmente exível, quando comparado a outros modelos híbridos, além de apresentar resultados satisfatórios para a predição do tempo de vida de baterias. / 94 f.

A procura por dispositivos móveis tem aumentado significativamente nos últimos anos, devido à praticidade que eles oferecem ao cotidiano dos usuários, tais como, mobilidade, comodidade e fácil acesso à comunicação e à rede sem fio. Contudo, a utilização destes dispositivos depende do tempo de vida das baterias que os alimentam, sendo este tempo finito, necessitando a cada período de uso uma recarga. Desta forma, conhecer o tempo pelo qual a bateria consegue fornecer energia ao dispositivo sem a necessidade de conexão a uma fonte de energia externa tem sido de fundamental importância no desenvolvimento de dispositivos móveis. Uma maneira de realizar esta predição é através do uso de modelos matemáticos que descrevem o processo de descarga das baterias a partir de suas características físicas reais, ou de um conjunto de dados obtidos em ensaios experimentais. Neste contexto, será apresentado um estudo sobre os modelos analíticos – Linear, Lei de Peukert, Lei de Peukert Estendida, cinético de Manwell-McGowan e, o modelo de difusão de Rakhmatov e Vrudhula – utilizados para predizer o tempo de vida de bateria que alimentam dispositivos móveis. A classe de modelos analíticos foi escolhida, pois utiliza um conjunto reduzido de equações para calcular o tempo de vida da bateria, possui menos parâmetros para serem estimados quando comparado aos demais modelos matemáticos, e apresenta simulação computacionalmente flexível e eficiente. Estes modelos são analisados e validados a partir de ensaios reais, objetivando verificar através de uma análise comparativa qual o modelo analítico é mais acurado para a predição do tempo de vida de baterias de Lítio Íon Polímero (LiPo), considerando o mesmo cenário de simulação, e utilizando perfis de descarga constantes e variáveis, baseadas em um conjunto de operações rotineiras realizadas em um telefone celular do tipo smartphone. Os resultados simulados são comparados com os resultados experimentais obtidos a partir de uma plataforma de testes, verificando que o modelo analítico de difusão de Rakhmatov e Vrudhula é o mais acurado no que se refere à predição do tempo de vida de baterias do tipo LiPo. / 122 f.

A utilidade, comodidade e facilidade presentes no uso de dispositivos eletrônicos mó- veis, como celulares, tablets e notebooks, fez com que o mercado destes aparelhos expandisse. Além das vantagens citadas, estes dispositivos também fornecem aos seus usuários a possibilidade de mobilidade durante seu uso, pois são alimentados por baterias recarreg áveis. Deste modo, a funcionalidade destes aparelhos está diretamente ligada a suas baterias, o que torna importante o estudo do tempo de vida das mesmas. Uma alternativa para tal estudo é o emprego da modelagem matemática. Na literatura técnica há várias categorias de modelos matemáticos utilizados para realizar essa predição, entre eles estão os modelos analíticos, que são caracterizados por equações fundamentadas em leis físicas ou empíricas, possuem compreensão e implementações computacionais acessíveis, além de serem considerados de boa acurácia, podendo ser adaptados a diferentes tipos de baterias. Neste sentido, a presente pesquisa tem por objetivo avaliar cinco modelos analíticos, o modelo Linear, a Lei de Peukert, a Lei de Peukert Estendida, o modelo Ki- BaM e o modelo de Rakhmatov e Vrudhula, utilizando a teoria Estatística, estabelecendo critérios e considerando diferentes conjuntos de dados para a estimação dos parâmetros empíricos dos modelos. Critérios para a validação também foram estabelecidos. Além disto, investigou-se qual a metodologia mais indicada para a estimação dos parâmetros do modelo KiBaM, e qual a medida de tendência central é mais adequada para determinar a imprecisão nal dos modelos a partir dos erros obtidos para os per s de descarga utilizados na validação. Para validar os modelos, os tempos de vida simulados foram comparados com os tempos de vida obtidos de uma plataforma de teste, considerando oito baterias novas de Lítio Íon Polímero (Li-Po) modelo PL-383562-2C. Por m, é observado que a Lei de Peukert e o modelo de Rakhmatov e Vrudhula possuem maior acurácia que os demais quando seus parâmetros empíricos são estimados pelo método dos Mínimos Quadrados não linear, observa-se também que os modelos obtiveram melhores resultados quando seus parâmetros empíricos foram estimados com conjuntos de 4 e 6 dados, e que todos os modelos apresentaram boa acurácia, pois todos os erros foram inferiores a 5%. / 99 f.