A precisão de uma ação motora depende de vários fatores, como: 1) grau de variabilidade da força gerada por cada músculo envolvido, 2) velocidade de geração da força, 3) coordenação das ativações dos músculos. A geração e o controle da força muscular possuem mecanismos que ainda precisam ser mais bem estabelecidos, tanto para o aprimoramento das teorias de controle motor, quanto para o desenvolvimento de técnicas que permitam a prevenção ou a compensação de certas deficiências. A perda de desempenho motor pode ser decorrente de doenças que afetam o sistema neuromuscular ou de alterações associadas ao envelhecimento. Sabe-se, por exemplo, que idosos podem possuir maior variabilidade e menor velocidade de desenvolvimento da força, quando comparados com jovens. Uma das formas de se entender os mecanismos responsáveis pelos fenômenos observados em experimentos neurofisiológicos, em indivíduos saudáveis, em pacientes ou em idosos, é por meio de uma representação adequada de tais mecanismos em modelos matemáticos. Tais modelos podem, pela escolha de um conjunto de parâmetros e de sinais de entrada, ser simulados, explorando-se toda gama de cenários plausíveis para a geração de um determinado fenômeno, tendo como referência os dados obtidos experimentalmente. Resumidamente, o presente trabalho trata do estudo do sistema neuromuscular por modelagem matemática e simulação computacional, com particular interesse nos músculos do tríceps sural e no primeiro interósseo dorsal (um músculo intrínseco da mão), sendo estes músculos amplamente utilizados em estudos experimentais e de modelagem. Maior enfoque é dado em contrações isométricas (i.e., ângulo articular mantido fixo), avaliando-se a organização do núcleo motor, em termos anatômicos e fisiológicos, recebendo como entrada a atividade sináptica das vias pré-motoneuronais, e estudando como diferentes arranjos das propriedades neurais podem resultar em características encontradas experimentalmente para a força muscular. Inicialmente foi feita uma ampla expansão de um simulador existente (ReMoto), tanto em aspectos de modelagem quanto de interface. Em seguida, este modelo expandido foi empregado para um estudo da influência do grau de rigidez muscular nas respostas reflexas do tornozelo. Posteriormente, um novo modelo de pool de motoneurônios, com ampla representação de características biofísicas, foi desenvolvido e, por fim, este modelo foi utilizado, em conjunto com modelos de tratos descendentes e da geração de força muscular, para representar a geração de forças isométricas em jovens e idosos. / The precision of a motor action depends on several factors such as: 1) the level of force variability of each involved muscle, 2) the rate of force development, 3) the coordination of the activations of the muscles involved. Several mechanisms underlying the force generation in a muscle and its control by the nervous system remain to be fully comprehended. An appropriate description of these mechanisms would allow an improvement in motor control theories and could contribute to the development of techniques for the prevention or compensation of some disabilities. Losses in motor performance may be caused by diseases affecting the neuromuscular system or due to aging processes. For instance, old adults may exhibit higher force variability and lower velocity of force development than young adults. Proper representations of such mechanisms in mathematical models constitute a promising way to test hypotheses raised by neurophysiological experiments to explain an observed phenomenon. These models can be used to investigate aspects of health/disease or young/old subjects and, by varying their parameter sets, it is possible to explore a broad range of plausible scenarios under which the experimentally observed phenomena are replicated. This project deals with the study of the neuromuscular system by mathematical modeling and computer simulations, applied to the triceps surae and the first dorsal interosseus (two of the most experimentally and theoretically studied muscles). The principal focus is on isometric contractions (i.e., fixed joint angle) and the study of the organization of the motor nucleus (anatomical and physiological aspects) receiving inputs from premotoneuronal pathways. The study analyzes how different patterns of organization result in experimentally observed aspects of muscle force. Initially, an existing simulator of the neuromuscular system (ReMoto) was broadly extended to include new models and a friendly interface. The extended model was used to investigate the influence of muscle stiffness on the reflex responses in the ankle joint. Next, a new motoneuron pool mathematical model was developed based on known biophysics. Finally, this model was integrated with models of pre-motoneuronal neurons estabilishing synapses with motoneurons and of muscle force generation in order to represent isometric force generation in young and old adults.

Devido ao grande avanço no desenvolvimento de hardware e em tecnologias de redes de alta velocidade, além da necessidade de aplicações que demandam cada vez mais poder de processamento em contextos de uso colaborativos, surge a necessidade de aplicações que aproveitem ao máximo o que as novas tecnologias de hardware e rede têm a oferecer. É neste contexto o Grid Computacional emerge como uma tecnologia inovadora no sentido de permitir a criação de aplicações distribuídas envolvendo uma ampla gama de recursos. A demanda de pesquisa nesta área ainda é grande, principalmente em algumas áreas da computação distribuída como a disseminação e recuperação de dado e informações. Esse trabalho é focado nessa necessidade e propões a utilização de alguns protocolos do padrão da indústria Universal Plug and Play de conectividade entre dispositivos inteligentes para a implementação de Grid Computacional através de alguns cenários típicos de aplicações em Grid. Esses protocolos podem ser muito úteis na construção de serviços do middleware do grid computacional relativos à disseminação e recuperação de dados e informações.

Cada vez mais, questionam-se os métodos formais de ensino e pergunta-se como o aprendiz poderia obter conhecimento de forma mais eficaz, eficiente e agradável, desenvolvendo certa autonomia para aplicar conhecimentos teóricos em soluções de problemas. Outro aspecto a ser observado é a utilização de recursos presentes na Internet, que pode favorecer a Educação formal, colaborando para ocorrer uma boa aprendizagem. Isto vem ao encontro dos sistemas de tutoria inteligente apoiados por Web Semântica. No entanto, a maioria desses sistemas não possui uma arquitetura formal englobando todos os seus módulos, o uso de Ontologia é focado na descrição de objetos de aprendizagem, a interoperabilidade entre os componentes do sistema é um tanto obscura e, em geral, não existe um modelo pedagógico que gerencie o processo de aprendizagem no sistema. Dessa forma, foram investigadas as mais recentes inovações tecnológicas para representar um sistema tutor inteligente apoiado por fundamentos de Web Semântica. O uso dessa abordagem pode fornecer uma clara separação de interesses de cada módulo do sistema, uma vez que cada componente pode ser representado por uma ontologia própria. A partir do momento em que cada componente do sistema tutor inteligente tem suas funções claramente definidas, abre-se o caminho para que a interoperabilidade entre esses componentes seja mostrada de forma explícita. A Aprendizagem Baseada em Problema foi considerada como modelo pedagógico, que é alvo de grande interesse dos educadores. Nesse trabalho, ainda, o real ganho de aprendizagem com a utilização de um sistema como esse foi vislumbrado, através de experimentos, junto a grupos de aprendizes.

O objetivo do trabalho é elaborar e validar um código computacional para a determinação da Polar de Arrasto classe 2 de aeronaves que produza resultados com a melhor aproximação possível com a realidade para a utilização durante a fase de ante-projeto. Utiliza-se da metodologia do Dr. Jan Roskam como fonte principal de informação porém, para se alcançar o objetivo proposto, também são utilizadas as metodologias provenientes do TsAGI - Rússia, do Dr. Egbert Torenbeek, do Dr. Sighard F. Hoerner e de artigos referentes ao assunto sempre que identificado deficiência na metodologia principal. A estrutura do código é desenvolvida em ambiente MATLAB e executa os cálculos da forma bottom-up, ou seja, analisando os efeitos aerodinâmicos, geométricos e ambientais no arrasto de todos os componentes da aeronave para posteriormente somar seus resultados e obter a polar de arrasto classe 2 da aeronave completa. A validação dos resultados obtidos para quatro aeronaves EMBRAER revelou, de uma forma geral, diferenças em relação à realidade inferiores a 7% nos valores de arrasto total, um bom valor para a fase de ante-projeto, demonstrando que o código computacional desenvolvido é uma útil contribuição para situações que requerem estimativas rápidas e confiáveis do arrasto de aeronaves.

Este trabalho propõe um método computacional para tratamento, identificação e previsão de sistemas dinâmicos naturais, permitindo o tratamento de dados ruidosos, efetuando a identificação de sistemas dinâmicos desconhecidos analiticamente e gerando simulações e previsões. Para este método computacional são utilizados técnicas estatísticas de suavização exponencial para o tratamento de dados, técnica estatística auto-regressiva e de médias móveis não-linear com entrada de dados exterior Nonlinear Auto Regressive Moving Average with eXogenous inputs - NARMAX integrado a redes neurais artificiais do tipo feedforward para identificação e previsão, permitindo que estes procedimentos sejam efetuados de forma automática, isentando especialistas e demais interessados do tratamento manual de dados e da escolha de modelos analíticos específicos para a este tipo de trabalho. Foi implementado um protótipo para o método computacional proposto e aplicado a um estudo de caso envolvendo bacias hidrográficas em dois cenários reais e complexos no território brasileiro.

Esta pesquisa aborda a concepção e implementação do Método de Esqueletotipação, visando aumentar a qualidade das transformações de modelos em códigos-fonte no desenvolvimento de software embarcado baseado em modelos. A partir da experimentação em um estudo de caso de sistemas embarcados, envolvendo três experimentos, foi possível constatar tanto aumentos na qualidade dos códigos-fonte gerados, quanto melhorias nas abordagens transformacionais de modelos por meio de cinco diferentes contribuições. A primeira contribuição foi a implementação do Método de Esqueletotipação, para o desenvolvimento de software embarcado baseado em modelos. A segunda envolveu o Padrão de Projeto (Design Pattern) Esqueletotipador, para preparação da transformação de modelos em códigos-fonte. A terceira foi o desenvolvimento da Técnica de Esqueletosincronização, para geração híbrida, de forma manual e automática, de códigos-fonte. A quarta contribuição integrou as três anteriores, na Abordagem de Esqueletotransformação, para propiciar a tradução de modelos em códigos-fonte, baseando-se na filosofia da Arquitetura Dirigida a Modelos (Model-Driven Architecture - MDA). A quinta e última propiciou a verificação da Aplicação do Método de Esqueletotipação no estudo de caso de sistemas embarcados.

A perfilagem de asa ée um item primordial no projeto de aeronaves. Perfis definem parâmetros estruturais, desempenho e arquitetura dos sistemas do avião. O projeto dos aerofólios deve ser feito abrangendo diversas fases do vôo e não apenas o cruzeiro. Devem-se considerar espaço interno para montagem estrutural e volume do tanque de combustível para a missão. Tornando o problema extremamente complexo e não-linear, não podendo apenas contar com a experiência da equipe de projeto para obter aeronaves competitivas no cenário aeronáutico atual. O presente trabalho provê uma contribuição ao projeto de asas de aeronave de transporte no que se refere à obtenção da perfilagem de asa num contexto de otimização multidisciplinar. Aplicam-se algoritmos genéticos para projeto da perfilagem de uma aeronave de transporte transônica tendo como função objetivo o consumo de combustível e restrições de coeficiente de sustentação máxima e espaço para combustível missão. Para solucionar este problema utilizou-se um conjunto de módulos baseados em métodos numéricos e teóricos, e parametrização polinomial dos perfis da raiz, quebra e ponta da asa. O estudo de caso ée feito para uma aeronave comercial transônica em uma missão regional típica de transporte de passageiros. Resultados que a perfilagem muda de forma a cumprir a missão e satisfazer as restrições impostas. As principais características dos perfis obtidos são o carregamento traseiro que minimiza o pico de sucção da asa e o maior raio de bordo de ataque que garante o coeficiente de sustentação máxima da asa.

Atualmente, o setor produtivo vem impulsionando o interesse da comunidade científica no estudo das técnicas de transmissão/reflexão (T/R) para a caracterização de propriedades eletromagnéticas de amostras sólidas de materiais em amplas faixas de frequências. Tais propriedades são aplicáveis, por exemplo, no desenvolvimento de projetos de circuitos de micro-ondas, estudos biológicos e de materiais absorvedores de radiação eletromagnética. Neste contexto, este trabalho tem por objetivo o estudo do algoritmo de Nicolson-Ross-Weir (NRW), que associa os parâmetros de espalhamento, medidos com o auxílio de Analisadores de Redes Vetoriais (VNA), com os valores de permissividade e permeabilidade relativas complexas para amostras toroidais inseridas dentro de linhas coaxiais de ar. A metodologia de estudo consiste na implementação de uma rotina NRW computacional, desenvolvida em ambiente VEE 8.0, e validada por meio de comparação de seus resultados com aqueles obtidos de programas comerciais. O programa Agilent Co. foi empregado na extração de permissividade e permeabilidade complexas relativas para uma amostra experimental de Ferrita Mn-Mg, estudada de 50MHz a 500MHz. Modelos eletromagnéticos de simulação para uma linha coaxial de ar preenchida com amostras de Teflon, Madeira e Ferrita Virtual, estudados até 5GHz, são desenvolvidos com a ferramenta CST Microwave Studio 2008 (MWS) para auxílio no processo de validação das rotinas de correções de erros provenientes da existência de lacunas de ar longitudinais e transversais, situadas entre as extremidades das amostras e dos portas-amostra. As simulações permitem ainda o estudo de instabilidade do método NRW em faixas de frequências próximas àquelas onde o comprimento da amostra torna-se múltiplo de meio comprimento de onda do sinal eletromagnético que se propaga através dela. A conclusão do trabalho discute as divergências encontradas entre os resultados alcançados por meio da rotina implementada e os das ferramentas comerciais (Agilent Co, e MWS 2008), e também apresenta sugestões para trabalhos futuros.

O presente trabalho teve como proposta principal, apresentar o uso do programa de modelagem computacional denominado SimQuest, que pode ser usado como uma ferramenta auxiliar de apoio ao ensino de física. O SimQuest é um programa que está estruturado de forma a facilitar a criação de ambientes que possuam: simulações, gráficos, exercícios, textos orientados, vídeos e várias outras aplicações. Um dos pontos fortes desse programa, é que o usuário não precisa conhecer nenhuma linguagem de programação específica, pois ele é orientado a objeto e na maioria dos casos, o método de arrastar-soltar é suficiente para se criar uma situação de análise e estudo. Construímos como aplicação do SimQuest, vários exemplos com nível variado de dificuldade, de forma que pudessem ser apresentados a professores com diferentes níveis de conhecimento tanto de informática quanto de física. Na análise final, os aspectos positivos e negativos do SimQuest são apresentados, bem como propostas para outros tipos de aplicação.

Este trabalho tem como objetivo o estudo, implementação e validação de métodos semi-empíricos utilizados para estimar as derivadas de estabilidade estáticas longitudinais de uma aeronave regional ainda em sua fase de anteprojeto. Estas derivadas são importantes para se avaliar as características de estabilidade e controle de uma aeronave. Para isso, foi elaborado um código computacional, desenvolvido em linguagem Matlab, tendo como base para o cálculo das derivadas a metodologia ESDU. Nos pontos onde esta metodologia não apresentou exatidão, dois outros procedimentos de cálculo foram utilizados, desenvolvidos: (i) pelo Prof. Dr. Jan Roskam e (ii) pela NASA, relatado no NASA TND-6800. A geometria da aeronave é inserida como dados de entrada do programa/código, que calcula as derivadas considerando a contribuição de cada componente da aeronave e efeitos aerodinâmicos. Os resultados obtidos são comparados a resultados experimentais provenientes de ensaio em túnel de vento, com o objetivo de validar a metodologia.