El trabajo tuvo por objetivo diseñar, simular y evaluar una propuesta de turbina hidráulica, combinando los factores que influyen en la generación del modelo virtual en situaciones en donde el caudal es como mínimo 4 m 3 /s, así como, analizar la respuesta del sistema cuando es sometido a un análisis computacional de fluidos el cual permite evaluar la cantidad de energía eléctrica que llegaría a producir este diseño. Se presenta en la introducción las características físicas de las zonas en donde este modelo llegaría a instalarse valorando estos lugares en base a indicadores de pobreza y el desabastecimiento de energía eléctrica, además se explica fundamentos teóricos con respecto a la capacidad de consumo de energía en la actualidad y la tecnología biomimética. La metodología para el diseño está basada en el método biomimético, en el que se trata de emular un elemento natural, para la evaluación de la turbina se empleó el diseño experimental.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro de Ciências Físicas e Matemáticas, Programa de Pós-Graduação em Química, Florianópolis, 2018 / Através de ligantes mimeticamente projetados e íons metálicos, compostos de coordenação biomiméticos podem ser sintetizados e estudados, em um dos ramos crescentes da chamada química bioinorgância. Além disso, as pesquisas desenvolvidas para a chamada segunda esfera de coordenação vêm sendo cada vez mais relevantes, mostrando os efeitos, na maioria positivos, da catálise de sistemas miméticos quando utilizados compostos que apresentem esse diferencial. Desse modo, este trabalho mostra a síntese de 2 complexos binucleares com centro de Fe(III)/Zn(II): um contendo a unidade lateral da 1,2-etilenodiamina (CAE_FeZn), e outro que além da cadeia amínica, apresenta também o organometálico ferroceno (CAEF_FeZn), um composto em ascendência em diversos ramos de pesquisa, mostrando interessantes resultados em áreas como medicina e farmacologia, devido as suas propriedades estruturais. Utilizando-se de diversas técnicas de caracterização, sendo elas espectroscópicas, como por exemplo RMN, infravermelho, ESI-MS, UV-vis, ou eletroquímicas, como voltametria cíclica e voltametria de onda quadrada, os ligantes e complexos puderam ser caracterizados, mostrando concordância com as estruturas propostas para compostos semelhantes presentes na literatura. Ambos os complexos, pelos resultados obtidos pelas diversas técnicas de análise e comparações com a literatura, mostraram que a presença da cadeia amínica, e principalmente do ferroceno, quando atuando na segunda esfera de coordenação dos complexos, interagem de forma significativa com o centro metálico. Os complexos também foram testados hidroliticamente frente ao substrato modelo 2,4-BDNPP, mostrando aumento da eficiência catalítica com a adição da unidade ferroceno, corroborando o efeito positivo do organometálico quando atuando na segunda esfera de coordenação dos complexos biomiméticos, não dispensando futuros estudos mais aprofundados no tema, a fim de se avançar no entendimento de tais efeitos em processos de catálise através de compostos biomiméticos. / Abstract : In one of the fastest growing branches of bioinorganic chemistry, biomimetic coordination compound as can be synthesized and studied through mimetically designed ligands and metal ions. In addition, the research developed for the second coordination sphere has been increasingly relevant, showing the most positive effects of the catalysis of mimetic systems when using compounds that present this characteristic. Hence, this work shows the synthesis of two binuclear complexes with Fe(III)/Zn(II) center: one containing the side unit of 1,2-ethylenediamine (CAE_FeZn), and another that besides the amine chain, also presents the organometallic ferrocene (CAEF_FeZn), a compound which increasing importance in several branches of research, showing interesting results in areas such as medicine and pharmacology, due to its structural properties. Using several characterization techniques such as NMR, infrared and UV-Vis spectroscopy, ESI-MS, and electrochemical methods, such as cyclic and square wave voltammetry, the ligands and complexes could be characterized, showing agreement with the proposed structures for similar compounds present in the literature. Both complexes, due to there sults obtained by the different analysis techniques and comparisons with the literature, showed that the presence of the amine chain, and especially the ferrocene, when acting in the second coordination sphere of the complexes, interact in a significant way with the metallic center. The complexes were also hydrolytically tested against the 2,4-BDNPP substrate, showing increased catalytic efficiency with the addition of the ferrocene unit, corroborating the positive effect of organometallic when acting in the second coordination sphere of the biomimetic complexes, stimulating further and deeper studies in the subject, in order to advance the understanding of such effects in processes of catalysis through biomimetic compounds.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2015. / Made available in DSpace on 2016-10-19T13:07:16Z (GMT). No. of bitstreams: 1 338921.pdf: 12363180 bytes, checksum: 5c09df713cb3c2af2177d2874d1e3b57 (MD5) Previous issue date: 2015 / O processo de desenvolvimento de produtos abrange etapas que apoiam as equipes na tarefa da obtenção de produtos inovadores ou ainda na melhoria dos já existentes, atividades importantes para empresas as quais almejam obter produtos de elevada qualidade e a maior porcentagem possível da fatia do mercado. Dentre as várias ferramentas e métodos utilizados durante esse processo, a busca por maneiras de utilizar conhecimentos provindos da natureza é um ramo que necessita de maior aprofundamento e que vem ganhando uma atenção especial de pesquisadores, tendo em vista que realiza sua função de maneira eficaz. Com o objetivo de contribuir nessa atual tendência, este trabalho propõe uma sistematização da configuração da forma de produtos por meio de analogias com a natureza, aplicado no final da fase de projeto conceitual e no início do projeto preliminar, momento em que se busca satisfazer a(s) função(ões) e especificações, por intermédio da definição de forma(s), material(is) e processo de fabricação. A pesquisa inicia-se com revisão bibliográfica sobre processo de desenvolvimento de produtos e, em seguida, o estudo de biomimética, ramo que busca imitar a natureza. Com base nessa etapa inicial, foi proposta a sistemática composta por quatro atividades sequenciais, constituída de diretrizes, métodos e um banco de dados formado por uma matriz de forma e função, intitulada FNF (Forma, Natureza, Função) e fichas com conteúdo da natureza para auxiliar os envolvidos na busca de analogias com a natureza. Em seguida, apresentam-se aplicações da sistemática proposta que tem como principal resultado a configuração da forma de um produto inspirado na natureza. Com base nas aplicações conclui-se ser importante para o desenvolvimento de produtos a manipulação de conteúdos biológicos, oferecendo novas alternativas para a obtenção de produtos inovadores e eficazes.<br> / Abstract : The product development process includes steps that support the teams with the task of obtaining innovative products or improving existing ones, important activities for companies which aim to get high quality products and the highest possible percentage of the market share. Among the various tools and methods used during this process, the search for ways to use stemmed knowledge of nature is a branch that needs further deepening and that has gained special attention of researchers, with a view that performs its function effectively. In order to contribute to this current trend, this paper proposes a systematization of setting the form of products through analogies with nature, applied at the end of the conceptual design phase and the beginning of the preliminary design, at which seeks to satisfy the function(s) and specifications, by setting form(s), material(s) and manufacturing process. The research begins with a literature review on product development process and then the study of biomimetics, branch that seeks to imitate nature. Based on this initial stage, it was proposed to systematically composed of four sequential activities, consisting of guidelines, methods and a database made up of an array of form and function, entitled FNF (Form, Nature, Function) and chips with content of nature to assist those involved in the search for analogies with nature. Then, they present applications of systematic proposal whose main result configuring the form of a product inspired by nature. Based on the applications it is concluded to be important the handling of organic content for the development of products, offering new alternatives for obtaining innovative and effective products.

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Ciências da Saúde, Programa de Pós-Graduação em Ciências da Saúde, 2017. / Submitted by Albânia Cézar de Melo (albania@bce.unb.br) on 2017-04-19T15:49:50Z No. of bitstreams: 1 2017_FernandaSantoroNogueira.pdf: 1185479 bytes, checksum: d994ba44e6dfe5527d91eedf16d9b748 (MD5) / Approved for entry into archive by Raquel Viana(raquelviana@bce.unb.br) on 2017-04-27T21:46:52Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2017_FernandaSantoroNogueira.pdf: 1185479 bytes, checksum: d994ba44e6dfe5527d91eedf16d9b748 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-04-27T21:46:52Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2017_FernandaSantoroNogueira.pdf: 1185479 bytes, checksum: d994ba44e6dfe5527d91eedf16d9b748 (MD5) / Várias estratégias têm sido desenvolvidas com o intuito de promover a remineralização da dentina através de mecanismos biomiméticos. O objetivo desta revisão foi de avaliar como as distintas técnicas de remineralização biomimética influenciam na longevidade da união dentina-resina. A pesquisa foi realizada nas bases de dados Pubmed, Lilacs, Cochrane, Web of Science, Scopus e, como fonte de literatura cinzenta, pesquisa no Google Scholar. Na busca foram encontrados 1837 artigos, dos quais 1731 foram excluídos após a seleção final. Após leitura completa dos estudos, 16 artigos foram incluídos nesta revisão. Todos os estudos foram submetidos à análise de qualidade pelo método GRADE e análise de risco de viés pelo CRIS Guideline. Sete artigos relataram o uso de análogos biomiméticos e / ou moléculas polianiônicas como fonte de cálcio e um meio para favorecer a remineralização. Seis estudos descreveram métodos que utilizam agentes do tipo cross-linkers, tais como proantocianidina e clorexidina. Dois estudos descreveram a utilização do peptídeo E8DS e a utilização de ácido meta-fosfórico. A atual revisão sistemática confirma o potencial das técnicas de remineralização biomimética em favorecer a longevidade da união dentina -resina. De acordo com os achados desta revisão, são necessários mais estudos que avaliem os efeitos a longo prazo, os mecanismos individuais envolvidos em cada abordagem de remineralização biomimética e a aplicabilidade clínica. / Various strategies have been developed in order to promote the remineralization of dentin by the use of biomimetic mechanisms.The aim of this systematic review is to evaluate how these strategies influence the durability of the resin-dentin bond. Studies were gathered by searching the databases Pubmed, Lilacs, Cochrane, Web of Science, Scopus and, as a grey literature, in Google Scholar. A total of 1837 studies were found, and 1731 were excluded after initial screening. After retrieving the full text, 16 were included in this systematic review. All studies were submitted to quality assessment and risk of bias analyses by the GRADE method and CRIS Guideline, respectively. Seven papers reported the use of biomimetics analogs and/or polyanionic molecules as a calcium source and as a path to favor remineralization. Six studies have described methods that use cross-linking agents, such as proanthocyanidin and chlorhexidine.Two studies described the use of peptide E8DS and the use of meta-phosphoric acid. The present systematic review confirms the potential value of the biomimetic techniques in favoring the durability of dentin-resin bond. According to the findings, it is required more studies that evaluate the long-terms effects, the individual mechanisms involved in each approach and the clinical applicability.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro de Ciências Biológicas, Programa de Pós-Graduação em Bioquímica, Florianópolis, 2016. / Made available in DSpace on 2017-05-23T04:18:38Z (GMT). No. of bitstreams: 1 345481.pdf: 2659215 bytes, checksum: 3532ce8d584472564762a6d842dbec9a (MD5) Previous issue date: 2016 / O desenvolvimento de novas moléculas que auxiliam a manipulação de ácidos nucleicos é um tema que vem sendo alvo de grandes estudos nas áreas de bioquímica, biologia molecular, biotecnologia e química bioinorgânica, onde se buscam complexos que apresentam interação e/ou clivagem de ácidos nucleicos. Nestas áreas busca-se cada vez mais um modo de aprimoramento e incremento da seletividade destes complexos por regiões específicas do DNA. Dentro deste contexto, neste trabalho foram avaliados os potenciais de interação e clivagem de DNA através de 5 complexos binucleares biomiméticos derivados de fosfatases ácida púrpura, tomando como base o complexo FeZn-L0 e adicionando cadeias carbônicas de diferentes tamanhos com diaminas, como um modo de mimetizar a segunda esfera de coordenação da enzima. Todos os cinco complexos foram capazes de clivar o DNA plasmdial de um modo concentração-dependente. A variação do pH alterou significativamente a atividade destes complexos, o que indicou um mecanismo de clivagem semelhante àquele sugerido para a hidrólise do substrato modelo 2,4-BDNPP. Todos os complexos tiveram sua atividade inibida quando adicionado à reação concentrações crescentes dos sais NaCl e LiClO4, indicando que a neutralização das cargas do DNA pelos íons Na+ afeta diretamente o processo de catálise. Nenhum dos sequestradores de espécies reativas de oxigênio utilizados neste trabalho foram capazes de alterar a clivagem do DNA pelos complexos, sugerindo um mecanismo de atividade sem a participação de oxigênio, fato confirmado posteriormente pelo ensaio de clivagem na ausência de oxigênio em atmosfera de argônio. Foi possível perceber ainda que os complexos que apresentam as maiores cadeias carbônicas possuem uma preferência de interação com DNA através do sulco maior, sendo que o complexo que possui a menor cadeia carbônica não apresentou especificidade por ambos os sulcos, porém necessitou acessar o DNA por um destes. O complexo que não possui cadeia carbônica, por sua vez, apresentou uma preferência de interação ao DNA através do sulco menor. As constantes cinéticas encontradas neste trabalho mostraram que a inserção destas cadeias carbônicas ao complexo aumentou em até 5.5 vezes a eficiência catalítica dos mesmos. O ensaio de dicroísmo circular demonstrou que todos os complexos estudados foram capazes de alterar a estrutura secundária do DNA, diminuindo sua helicidade e o empilhamento de bases, fenômeno encontrado na literatura por moléculas que são capazes de acessar o DNA através dos sulcos maior ou menor. Por fim, ensaios de interação dos complexos com oligonucleotídeos demonstraram através da técnica de footprinting que os complexos são capazes de interagir com esta molécula e dificultar a clivagem do DNA pelo Fe-EDTA, principalmente em locais onde predominam bases pirimídicas, sugerindo uma especificidade destes complexos por estas regiões. De modo geral, a inserção de cadeias carbônicas como um modo de mimetizar uma segunda esfera de coordenação nestes complexos é uma estratégia viável para potencializar a atividade destas moléculas artificiais quanto a interação e clivagem de DNA.<br> / Abstract : The development of new molecules that aid in the handling of nucleic acids has been the subject of many studies in the fields of biochemistry, molecular biology, biotechnology and bioinorganic chemistry, searching for complexes that are capable of interacting and/or cleaving these molecules. These studiesfocus on the increase and enhancement selectivity of complexesto specific regions of DNA. In this context, this study evaluated the potential of interaction and cleavage of DNA by 5 biomimetic binuclear complexes derived from acid purple phosphatases, where,based on FeZn-L0 complex,carbon chains ofdifferent sizes containing diamines were added, in order to mimic the second coordination sphere of the model enzyme. All five compounds were able to cleave plasmid DNA in a concentration-dependent manner. Variations of pH changed significantly the activity of these complexes, which indicated a similar cleavage mechanism to the one suggested for the hydrolysis of the model substrate 2,4-BDNPP. All complexes had their activity inhibited by the additionof increasing concentrations of NaCl and LiClO4 saltsto the reaction, indicating that neutralization of DNA charges by Na + ions directly affects the catalysis process. None of the scavengers of reactive oxygen species used in this study were able to change the cleavage of DNA, suggesting activity reaction mechanism without the participation of oxygen, a fact later confirmed by the cleavage assay in the absence of oxygen.It was perceived that the complexes having longer carbon chains had a preferably interaction to DNA through the major groove.The complex with smaller carbon chain displayedno specificity for both grooves, but still required access to the grooves to bind with DNA. The kinetic constants found in this study indicated that the inclusion of these carbon chains tothe complex increased by up to 5.5 times the catalytic efficiency of the complexes.The circular dichroism assay demonstrated that all studied complexes were able to alter the secondary structure of DNA, by reducing its helicity and base stacking, a phenomenon found in the literature on molecules that are able to access the DNA through major or minor grooves. Lastly, interaction assays between complex and oligonucleotides,evaluated by ahydroxyl radical footprinting technique, showed that the complexes are capable of interacting and hinder cleavage of DNA by Fe-EDTA generated hydroxyl radicals, particularly in regions rich in pyrimidine bases, suggesting a specificity of these complexes tothese regions. In general, the inclusion of carbon chains as a way to mimic the second coordination sphere in these complexes is a viable strategy to potentiate the activity of these artificial molecules tointeract and cleave DNA.

AGUIAR, Rafael Rattes Lima Rocha de, também é conhecido em citações bibliográficas por: RATTES, Rafael Aguiar / Submitted by Pedro Barros (pedro.silvabarros@ufpe.br) on 2018-07-26T19:54:31Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 811 bytes, checksum: e39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34 (MD5) DISSERTAÇÃO Rafael Rattes Lima Rocha de Aguiar.pdf: 4059229 bytes, checksum: 0e53f602215a1f2b7b24edeff179f663 (MD5) / Approved for entry into archive by Alice Araujo (alice.caraujo@ufpe.br) on 2018-07-30T20:11:03Z (GMT) No. of bitstreams: 2 license_rdf: 811 bytes, checksum: e39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34 (MD5) DISSERTAÇÃO Rafael Rattes Lima Rocha de Aguiar.pdf: 4059229 bytes, checksum: 0e53f602215a1f2b7b24edeff179f663 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-07-30T20:11:03Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 811 bytes, checksum: e39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34 (MD5) DISSERTAÇÃO Rafael Rattes Lima Rocha de Aguiar.pdf: 4059229 bytes, checksum: 0e53f602215a1f2b7b24edeff179f663 (MD5) Previous issue date: 2015-10-29 / CAPES / A complexidade presente na natureza é incontestável, e cada vez mais designers buscam compreendê-la no intuito de suprir suas necessidades formando o mundo artificial, como se observa na Biomimética. Com isto, observa-se que o Mandacaru (Cereus jamacaru DC.) apresenta um vasto potencial em parâmetros para design,como por exemplo o tecido parênquimático, abordado como estudo de caso desta pesquisa. No contexto das abordagens e processos, assim como, da atuação na complexidade há o Metadesign, que surge como suporte instrumental e ferramental. Logo, esta pesquisa propõe o desenvolvimento de meta-artefatos a partir da relação Biomimética e Metadesign, por meio da geração de máquinas abstratas como estratégia de processo. Desta forma, foi possível atuar em níveis de abstração diferentes, ao ter obtido uma série de máquinas abstratas a partir de workshops realizados, assim como, trabalhar no espaço de possibilidades no contexto do Design Paramétrico e obter sua concretude através de impressão 3D. / The complexity present in nature is undeniable, and more and more designers seek to understand it in order to meet their needs forming the artificial world, as seen in Biomimetics. Thus, Mandacaru (Cereus jamacaru DC.) presents a wide potential in parameters for design, such as parenchyma tissue, which is addressed as a case study of this research. In the context of the approaches and processes, as well as of the performance in complexity there is the Metadesign, which appears as an instrumental and tool support. Therefore, this research proposes the development of meta-artefacts from the Biomimetics and Metadesign relationship, through the generation of abstract machines as a process strategy. In this way, it was possible to act at different levels of abstraction, having obtained a series of abstract machines from workshops held, as well as working in the space of possibilities in the context of Parametric Design and obtain their concreteness through 3D printing.

O alto índice de emissões gasosas tem impulsionado cada vez mais pesquisas com células a combustível com membrana trocadora de prótons (PEMFC), dispositivo eletroquímico capaz de produzir energia gerando apenas vapor de água como resíduo. Atualmente, entre os desafios que impossibilitam a popularização deste tipo de dispositivo estão o aperfeiçoamento da gestão da água e a diminuição dos índices de crossover de reagentes do ânodo para o cátodo. Este trabalho teve como meta utilizar a biomimética como ferramenta para criar novos designs de canais em placas de distribuição de reagentes, para melhor gestão da água e minimização do crossover do combustível em PEMFCs. Foram realizados experimentos em laboratório utilizando-se protótipos de PEMFC e experimentos computacionais de modelagem fluidodinâmica utilizando software SolidWorks. Pelos resultados constatou-se que a variação sincronizada da profundidade dos canais de fluxo em ambos os lados da placa bipolar possibilita minimizar a queda de pressão dos reagentes, sem a necessidade de aumento da espessura desta mantendo-se a densidade de potência do stack. Verificou-se que placas de distribuição de reagentes parcialmente interdigitadas são uma ferramenta eficaz no controle da umidade da célula durante a operação, evitando o uso de dispositivos periféricos para umidificação, e maior transferência de energia térmica entre placas e reagente. Numa célula a combustível alimentada com etanol sem periféricos para melhor balanço do decréscimo do crossover de etanol e remoção eficiente da água produzida no cátodo, a melhor combinação de placas de distribuição de reagentes foi obtida quando usado no ânodo uma placa com canais de distribuição de reagentes contínuos, e no cátodo uma placa com canais parcialmente interdigitados. Para melhor gestão da água, transferência de energia térmica e crossover em função do design dos canais de distribuição de reagentes nas placas bipolares, neste trabalho, foram propostas placas com canais de distribuição bioinspirados. O uso da biomimética mostrou ser uma abordagem diferenciada em busca da melhora de desempenho de PEMFCs. A biomimética possibilitou a criação de múltiplos subsistemas com características de autossimilaridade dentro de uma mesma estrutura física, e permitiu ampliar a proporção de área ativa do MEA, mantendo-se as mesmas dimensões das placas bipolares, através do uso de canais em fractais. As placas bipolares bioinspiradas propostas, tendo canais com configurações em fractais padronizadas, mostraram através de ensaios simulados serem altamente eficientes na gestão da água e do crossover. / The high gas emissions content has driving more attention on proton exchange membrane fuel cells (PEMFC), an electrochemical device that generates energy producing only water vapor as waste. Among the challenges that reduces the use of this type of device are a better water management and the fuel crossover reduction. The aim of this work is the use of biomimetics as a tool to create new flow field plate designs for improving water management and minimizing fuel crossover in a PEMFC. A serie of lab experiments were carried out in a single PEMFC prototype and others computational fluid dynamic using SolidWorks. The results have shown that a synchronized variation in the depth of the flow field channels on both sides of a bipolar plate allows minimize the reagent pressure loss without increasing the plate thickness or decreasing the stack power density. The baffle flow field plates have shown be an effective tool for controlling the cell humidification operated without periphericals or humidifiers devices and for a better transferring thermal energy between the plate and reagent. For a better balance between ethanol crossover and efficient removal of water produced in a direct ethanol proton exchange membrane fuel cell without peripherals, the best flow field plate combination obtained was a continuous channels plate at the anode side, and partially discontinuous channels plate at the cathode. For a better water management, thermal energy transfer management and crossover management in this work, flow field plates with designs bioinspired were investigated. The biomimetic was a strong tool to optimizing the performance of PEMFC. The biomimetic has enabled the creation of numerous similar self-subsystems optimizing the MEA active area by using fractals channels without changing the bipolar plate dimensions. The bipolar plate’s bioinspired having configured channels in fractal standard showed through SolidWorks simulated experiments be highly efficient in controlling water or ethanol crossover in a PEMFC.

Viele S augetiere nutzen Vibrissen als taktile Sinnesorgane, um sich in ihrer Umwelt zurechtzu nden. Besonders Nagetiere, die ihre Vordergliedma en neben dem Laufen auch zum Greifen nutzen, weisen h au g nahe des Handgelenks carpale Vibrissen auf. Uber diese ist bisher wenig bekannt. Damit technische Systeme mit taktilen Sensoren nach dem Vorbild carpaler Vibrissen ausgestattet werden k onnen, m ussen die Eigenschaften letzterer bekannt sein. Im Rahmen dieser Arbeit wird ein Beitrag zur dynamischen Charakterisierung der Vibrissen geleistet. Es werden zun achst ein analytisches Modell und ein Finite-Elemente-Modell zur Beschreibung der Vibrissenschwingung entwickelt. Sie dienen der Uberpr ufung der Messwerte und der Parameteridenti kation. Eine Modalanalyse konnte erfolgreich durchgef uhrt und die Ergebnisse mit den Messdaten verglichen werden. Anschlie end werden verschiedene Verfahren getestet und hinsichtlich ihrer Eignung bewertet, die dynamischen Eigenschaften carpaler und mystacialer Vibrissen zu bestimmen. Die Vibrissenauslenkung wird optisch mit einer Hochgeschwindigkeitskamera bzw. mittels Makrofotogra e dokumentiert. Die Auswertung der Daten erfolgt in Matlab. Ergebnisse lassen sich zum einen mittels einer einmaligen Auslenkung der Vibrisse mit einem Festk orper erzielen: Aus der freien, ged ampften Schwingung des Haars werden die Eigenfrequenz und der D ampfungsgrad ermittelt. Zum anderen kann mit der Anregung durch einen Schwingerreger der Amplitudengang bestimmt werden. / Many mammals use whiskers to acquire information about their environment. Especially those rodents that use their forelimps not only for walking but also for climbing and handling food possess tactile hair near their wrists. Little is knwon about these so-called carpal vibrissae. In order to successfully implement vibrissa-like sensors in engineering applications, it is necessary to characterize the biological model. Within this thesis, an analytical and a nite element model are being developed in order to describe the oscillation of the vibrissa. Furtheron, they are to be used as reference for experimental data. A modal analysis is successfully implemented and the results were then compared to experimental data. In order to derive the ideal experimental setup for the characterization of carpal vibrissae, several approaches to the excitation of a single vibrissa are tested and evaluated. All experiments are documented optically, using either a high-speed camera or macro photography. Analysis of the data is conducted in Matlab. Two setups show promising performance: A one-time de ection of the vibrissa resulting in a free damped oscillation yields good results for both eigenfrequency and damping ratio while an excitation of the vibrissa via a vibration system leads to the amplitude response of the hair. / Tesis

O alto índice de emissões gasosas tem impulsionado cada vez mais pesquisas com células a combustível com membrana trocadora de prótons (PEMFC), dispositivo eletroquímico capaz de produzir energia gerando apenas vapor de água como resíduo. Atualmente, entre os desafios que impossibilitam a popularização deste tipo de dispositivo estão o aperfeiçoamento da gestão da água e a diminuição dos índices de crossover de reagentes do ânodo para o cátodo. Este trabalho teve como meta utilizar a biomimética como ferramenta para criar novos designs de canais em placas de distribuição de reagentes, para melhor gestão da água e minimização do crossover do combustível em PEMFCs. Foram realizados experimentos em laboratório utilizando-se protótipos de PEMFC e experimentos computacionais de modelagem fluidodinâmica utilizando software SolidWorks. Pelos resultados constatou-se que a variação sincronizada da profundidade dos canais de fluxo em ambos os lados da placa bipolar possibilita minimizar a queda de pressão dos reagentes, sem a necessidade de aumento da espessura desta mantendo-se a densidade de potência do stack. Verificou-se que placas de distribuição de reagentes parcialmente interdigitadas são uma ferramenta eficaz no controle da umidade da célula durante a operação, evitando o uso de dispositivos periféricos para umidificação, e maior transferência de energia térmica entre placas e reagente. Numa célula a combustível alimentada com etanol sem periféricos para melhor balanço do decréscimo do crossover de etanol e remoção eficiente da água produzida no cátodo, a melhor combinação de placas de distribuição de reagentes foi obtida quando usado no ânodo uma placa com canais de distribuição de reagentes contínuos, e no cátodo uma placa com canais parcialmente interdigitados. Para melhor gestão da água, transferência de energia térmica e crossover em função do design dos canais de distribuição de reagentes nas placas bipolares, neste trabalho, foram propostas placas com canais de distribuição bioinspirados. O uso da biomimética mostrou ser uma abordagem diferenciada em busca da melhora de desempenho de PEMFCs. A biomimética possibilitou a criação de múltiplos subsistemas com características de autossimilaridade dentro de uma mesma estrutura física, e permitiu ampliar a proporção de área ativa do MEA, mantendo-se as mesmas dimensões das placas bipolares, através do uso de canais em fractais. As placas bipolares bioinspiradas propostas, tendo canais com configurações em fractais padronizadas, mostraram através de ensaios simulados serem altamente eficientes na gestão da água e do crossover. / The high gas emissions content has driving more attention on proton exchange membrane fuel cells (PEMFC), an electrochemical device that generates energy producing only water vapor as waste. Among the challenges that reduces the use of this type of device are a better water management and the fuel crossover reduction. The aim of this work is the use of biomimetics as a tool to create new flow field plate designs for improving water management and minimizing fuel crossover in a PEMFC. A serie of lab experiments were carried out in a single PEMFC prototype and others computational fluid dynamic using SolidWorks. The results have shown that a synchronized variation in the depth of the flow field channels on both sides of a bipolar plate allows minimize the reagent pressure loss without increasing the plate thickness or decreasing the stack power density. The baffle flow field plates have shown be an effective tool for controlling the cell humidification operated without periphericals or humidifiers devices and for a better transferring thermal energy between the plate and reagent. For a better balance between ethanol crossover and efficient removal of water produced in a direct ethanol proton exchange membrane fuel cell without peripherals, the best flow field plate combination obtained was a continuous channels plate at the anode side, and partially discontinuous channels plate at the cathode. For a better water management, thermal energy transfer management and crossover management in this work, flow field plates with designs bioinspired were investigated. The biomimetic was a strong tool to optimizing the performance of PEMFC. The biomimetic has enabled the creation of numerous similar self-subsystems optimizing the MEA active area by using fractals channels without changing the bipolar plate dimensions. The bipolar plate’s bioinspired having configured channels in fractal standard showed through SolidWorks simulated experiments be highly efficient in controlling water or ethanol crossover in a PEMFC.

Orientadora: Ana Paula Rosifini Alves Claro / Banca: André Luiz Jardini Munhoz / Banca: Ricardo Tadeu Lopes / Banca: Orivaldo Lopes da Silva / Banca: Ana Lia Anbinder / Resumo: O objetivo desse estudo in vivo foi verificar a resposta óssea de scaffolds porosos revestidos processados pela técnica de Sinterização Direta de Metais a laser (DMLS) associado à terapia de ultrassom de baixa intensidade. Os scaffolds foram processados empregando a técnica DMLS e tratados termicamente a 1000°C por 24 horas. Três tipos de tratamento de superfície foram avaliados: Alcalino, biomimético e imobilização de alendronato de sódio. Para o tratamento alcalino, as amostras foram imersas na solução de NaOH (5M) a 60ºC por 24 horas. O tratamento biomimético consistiu na imersão dos scaffolds em solução SBF (SimulatedBodyFluid) enquanto a imobilização do alendronato foi realizada a partir da imersão dos scaffolds em uma solução formada por SBF e medicamento durante 5 dias. As superfícies dos scaffolds foram avaliadas para cada etapa empregando microscopia eletrônica de varredura (MEV) e análise por difração de raios-X. Os scaffolds foram implantados na tíbia direita de 85 ratos machos da raça wistar com idade média de 12 semanas. A microtomografia computadorizada (µCT) e análise histológica foram realizadas para avaliar o reparo ósseo no defeito. As micrografias das superfícies obtidas mostraram mudanças no aspecto da superfície e composição química de acordo com o tratamento. O tratamento biomimético promoveu o crescimento da apatita sobre a superfície enquanto a imobilização com alendronato suprimiu sua formação. As imagens obtidas na microtomografia mostraram elevado valor de densidade óssea para o último grupo. No entanto, análises histológicas mostraram a formação de cápsula fibrosa em torno dos scaffolds a qual foi minimizada usando ultrassom pulsado de baixa intensidade. No entanto, mais estudos precisam ser realizados para avaliar a influência da geometria dos scaffolds na incorporação de medicamentos / Abstract: The objective of this in vivo study was to verify the bone response of coated Ti6Al4V porous scaffolds processed by Direct Metal Laser Sintering (DMLS) technique associated to low intensity pulsed ultrasound therapy. Scaffolds were processed by using Direct Metal Laser Sintering technique (DMLS) and heat treated at 1000 °C for 24 hours. Three types of surface treatments were evaluated: alkaline, biomimetic and sodium alendronate immobilization. For alkaline treatment, samples were immersed in a NaOH (5M) solution at 60ºC for 24 hours. Biomimetic treatment consisted in the immersion of the scaffolds into Simulated Body Fluid solution while for sodium alendronato immobilization the scaffolds were immersed in the solution formed by SBF plus drug during 5 days. The scaffolds surfaces were evaluated after each step employing SEM (Scanning Electron Microscopy)and X-rays diffraction analysis(XRD). Scaffolds were implanted into right tibia of 85 male Wistar rats with average age of 12 weeks. X-rays micro-computed tomography (µCT) and histological analysis were carried out to evaluate the bone repair on the defect. Micrographs analysis showed that the aspect of the surfaces and chemical composition changed according treatment. Biomimetic treatment promoted the growth of the apatite on the surface; in contrast the immobilization of alendronate suppressed apatite formation. Micro CT images showed higher value of bone density for the last group. However, histological analysis showed the formation of encapsulation fibrous around the scaffolds. This formation was minimized by using low intensity pulsed ultrasound technique, however, more studies can be carried out to evaluate the influence of scaffolds geometry in the drug incorporation / Doutor