A documentação clínica requer a representação de situações complexas como pareceres clínicos, imagens e resultados de exames, planos de tratamento, dentre outras. Entre os profissionais da área de saúde, a linguagem natural é o meio principal de documentação. Neste tipo de linguagem, caracterizada por uma elevada flexibilidade sintática e léxica, é comum a prevalência de ambigüidades em sentenças e termos. O objetivo do presente trabalho consiste em mapear informações codificadas em narrativas clínicas para uma ontologia de domínio (SNOMED CT). Para sua consecução, aplicaram-se ferramentas processamento de linguagem natural (PLN), assim como adotaram-se heurísticas para o mapeamento de textos para ontologias. Para o desenvolvimento da pesquisa, uma amostra de sumários de alta foi obtida junto ao Hospital das Clínicas de Porto Alegre, RS, Brasil. Parte dos sumários foi manualmente anotada, com a aplicação da estratégia de Active Learning, visando a preparação de um corpus para o treinamento de ferramentas de PLN. Paralelamente, foram desenvolvidos algoritmos para o pré-processamento dos textos ‘sujos’ (com grande quantidade de erros, acrônimos, abreviações, etc). Com a identificação das frases nominais, resultado do processamento das ferramentas de PLN, diversas heurísticas (identificação de acrônimos, correção ortográfica, supressão de valores numéricos e distância conceitual) para o mapeamento para a SNOMED CT foram aplicadas. A versão atual da SNOMED CT não está disponível em português, demandando o uso de ferramentas para processamento multi-lingual. Para tanto, o pesquisa atual é parte da iniciativa do projeto MorphoSaurus, por meio do qual desenvolve-se e disponibiliza-se um thesaurus multi-língue (português, alemão, inglês, espanhol, sueco, francês), bem como componentes de software que permitem o processamento inter-lingual. Para realização da pesquisa, 80% da base de sumários foi analisada e manualmente anotada, resultando em um corpus de domínio (textos médicos e em português) que permitiu a especialização do software OpenNLP (baseado no modelo estatístico para o PLN e selecionado após a avaliação de outras soluções disponíveis). A precisão do etiquetador atingiu 93.67%. O thesaurus multi-língue do MorphoSaurus foi estendido, reestruturado e avaliado (automaticamente com a comparação por meio de textos comparáveis – ‘traduções de um mesmo texto para diferentes idiomas’) e sofreu intervenções objetivando a correção de imperfeições existentes, resultando na melhoria da cobertura lingüística, no caso do português, em 2%; e 50% para o caso do espanhol, medidas obtidas por meio do levantamento das curvas de precisão e revocação para a base do OHSUMED. Por fim, a codificação de informações de narrativas clínicas para uma ontologia de domínio é uma área de elevado interesse científico e clínico, visto que grande parte dos dados produzidos quando do atendimento médico é armazenado em texto livre e não em campos estruturados. Para o alcance deste fim, adotou-se a SNOMED CT. A viabilidade da metodologia de mapeamento foi demonstrada com a avaliação dos resultados do mapeamento automático contra um padrão ouro, manualmente desenvolvido, indicando precisão de 83,9%. / Clinical documentation requires the representation of fine-grained descriptions of patients' history, evolution, and treatment. These descriptions are materialized in findings reports, medical orders, as well as in evolution and discharge summaries. In most clinical environments natural language is the main carrier of documentation. Written clinical jargon is commonly characterized by idiosyncratic terminology, a high frequency of highly context-dependent ambiguous expressions (especially acronyms and abbreviations). Violations of spelling and grammar rules are common. The purpose of this work is to map free text from clinical narratives to a domain ontology (SNOMED CT). To this end, natural language processing (NLP) tools will be combined with a heuristic of semantic mapping. The study uses discharge summaries from the Hospital das Clínicas de Porto Alegre, RS, Brazil. Parts of these texts are used for creating a training corpus, using manual annotation supported by active learning technology, used for the training of NLP tools that are used for the identification of parts of speech, the cleansing of "dirty" text passages. Thus it was possible to obtain relatively well-formed and unambiguous noun phrases, heuristics was implemented to semantic mapping between these noun phrases (in Portuguese) and the terms describing the SNOMED CT concepts (English and Spanish) uses the technology of morphosemantic indexing, using a multilingual subword thesaurus, provided by the MorphoSaurus system, the resolution of acronyms, and the identification of named entities (e.g. numbers). In this study, 80 per cent of the summaries are analyzed and manually annotated, resulting in a domain corpus that supports the specialization of the OpenNLP system, mainly following the paradigm of statistical natural language processing (the accuracy of the tagger obtained was 93.67%). Simultaneously, several techniques have been used for validating and improving the subword thesaurus. To this end, the semantic representations of comparable test corpora from the medical domain in English, Spanish, and Portuguese were compared with regard to the relative frequency of semantic identifiers, improving the corpus coverage (2% to Portuguese, and 50% to Spanish). The result was used as an input by a team of lexicon curators, which continuously fix errors and fill gaps in the trilingual thesaurus underlying the MorphoSaurus system. The progress of this work could be objectified using OHSUMED, a standard medical information retrieval benchmark. The mapping of text-encoded clinical information to a domain ontology constitutes an area of high scientific and practical interest due to the need for the analysis of structured data, whereas the clinical information is routinely recorded in a largely unstructured way. In this work the ontology used was SNOMED CT. The evaluation of mapping methodology indicates accuracy of 83.9%.

CNPq / Este trabalho apresenta uma abordagem para a definição automática de bases de regras em Classificadores Fuzzy Probabilísticos (CFPs), um caso particular dos Sistemas Fuzzy Probabilísticos. Como parte integrante deste processo, são utilizados métodos de redução de dimensionalidade como: análise de componentes principais e discriminante de Fisher. Os algoritmos de agrupamento testados para particionar o universo das variáveis de entrada do sistema são Gustafson-Kessel, Supervised Fuzzy Clustering ambos já consolidados na literatura. Adicionalmente, propõe-se um novo algoritmo de agrupamento denominado Gustafson-Kessel com Ponto Focal como parte integrante do projeto automático de CFPs. A capacidade deste novo algoritmo em identificar clusters elipsoidais e não elipsoidais também é avaliada neste trabalho. Em dados altamente correlacionados ou totalmente correlacionados ocorrem problemas na inversão da matriz de covariância fuzzy. Desta forma, um método de regularização é necessário para esta matriz e um novo método está sendo proposto neste trabalho.Nos CFPs considerados, a combinação de antecedentes e consequentes fornece uma base de regras na qual todos os consequentes são possíveis em uma regra, cada um associado a uma medida de probabilidade. Neste trabalho, esta medida de probabilidade é calculada com base no Teorema de Bayes que, a partir de uma função de verossimilhança, atualiza a informação a priori de cada consequente em cada regra. A principal inovação é o cálculo da função de verossimilhança que se baseia no conceito de “região Ideal” de forma a melhor identificar as probabilidades associadas aos consequentes da regra. Os CFPs propostos são comparados com classificadores fuzzy-bayesianos  e outros tradicionais na área de aprendizado de máquina considerando conjuntos de dados gerados artificialmente, 30 benchmarks e também dados extraídos diretamente de problemas reais  como detecção de falhas em rolamentos de máquinas industriais. Os resultados dos experimentos mostram que os classificadores fuzzy propostos superam, em termos de acurácia, os classificadores fuzzy-bayesianos considerados e alcançam  resultados competitivos com classificadores não-fuzzy tradicionais usados na comparação. Os resultados também mostram que o método de regularização proposto é uma alternativa para a técnica de agrupamento Gustafson-Kessel (com ou sem ponto focal) quando se consideram dados com alta correção linear. / This work presents a new approach for the automatic design of Probabilistic Fuzzy Classifiers (PFCs), which are a special case of Probabilistic Fuzzy Systems. As part of the design process we consider methods for reducing the dimensionality like the principal component analysis and the Fisher discriminant. The clustering methods tested for partitioning the universe of input variables are Gustafson-Kessel and Supervised Fuzzy Clustering, both consolidated in the literature. In addition, we propose a new clustering method called Gustafson-Kessel with Focal Point as part of the automatic design of PFCs. We also tested the capacity of this method to deal with ellipsoidal and non-ellipsoidal clusters. Highly correlated data represent a challenge to fuzzy clustering due to the inversion of the fuzzy covariance matrix. Therefore, a regularization method is necessary for this matrix and a new one is proposed in this work. In the proposed PFCs, the combination of antecedents and consequents provides a rule base in which all consequents are possible, each one associated with a probability measure. In this work, the probability is calculated based on the Bayes Theorem by updating, through the likelihood function, a priori information concerning every consequent in each rule. The main innovation is the calculus of the likelihood functions which is based on the “ideal region” concept, aiming to improve the estimation of the probabilities associated with rules’ consequents. The proposed PFCs are compared with fuzzy-bayesian classifiers and other ones traditional in machine learning over artificial generated data, 30 different benchmarks and also on data directly extracted from real world like the problem of detecting bearings fault in industrial machines. Experiments results show that the proposed PFCs outperform, in terms of accuracy, the fuzzy-bayesian approaches and are competitive with the traditional non-fuzzy classifiers used in the comparison. The results also show that the proposed regularization method is an alternative to the Gustafson-Kessel clustering technique (with or without focal point) when using linearly correlated data.

O presente trabalho analisou numericamente e experimentalmente as características mecânicas de alças ortodônticas com geometria delta, com e sem helicóide superior. Estudos dessa natureza sobre alças delta sem o helicóide superior ainda não se encontram na literatura. O material utilizado na confecção das alças foi uma liga formada por titânio-molibdênio, comum em aplicações ortodônticas. As simulações numéricas foram realizadas através do método dos elementos finitos (MEF) utilizando elementos tridimensionais e análise para grandes deslocamentos, diferentemente das análises encontradas até o momento para este tipo de alça que são exclusivamente bidimensionais. As alças foram simuladas de acordo com uma situação real de uso clínico, com ativação horizontal (direção x). Nas análises experimentais, onde foram obtidas as forças e momentos reativos, utilizou-se uma plataforma com extensômetros montados em ponte completa de Wheatstone, os quais fornecem valores de tensões elétricas de saída correspondentes à deformação aplicada na alça (corpo de prova). Para a leitura das variações de tensões elétricas foi utilizado um sistema de aquisição de dados da National Instruments, o qual, através do programa Labview, fornece valores de tensões elétricas que são convertidos em forças e momentos calibrando-se a plataforma. Cada valor de força e momento reativo foi tabulado desde a ativação nula até seu valor máximo de ativação, isto é, um pouco antes de atingir o escoamento do material da alça. Além de forças e momentos reativos, foram determinadas as relações momento força (M/F). Tais relações, segundo a literatura, definem o tipo de movimentação dentária em um caso clínico. Os resultados obtidos mostraram que as forças reativas no eixo x nas alças sem helicóide são maiores que nas alças com helicóide. Já as forças reativas de intrusão/extrusão dentária atuantes no eixo y apresentaram valores similares para os dois tipos de alças, sendo muito pequenas e por isso desconsideras nesta pesquisa devido à sua pouca influência nos resultados. Obteve-se uma curva da variação de tensões ao longo das alças em função da ativação, e observou-se que alças sem helicóide apresentam tensões mais altas em um mesmo valor de ativação e consequentemente maior tendência a plastificação. A relação M/F predominante neste trabalho foi a relação Mz/Fx a qual estabelece a maioria dos tipos de movimentos dentários encontrados na literatura e a única para o tipo delta até então. Os tipos de movimentos dentários originados com o uso das alças delta com e sem helicóide, de acordo com a relação Mz/Fx, no plano xy são de rotação de raiz, rotação de coroa e de translação. Partindo-se dos valores de My/Fx infere-se que não há movimentação dentária para este tipo de alça. Outro fator não explorado na literatura e presente nesta pesquisa é a variação angular entre as extremidades e seu impacto nos resultados finais de forças, momentos e relação M/F. / This study analyzed numerically and experimentally the mechanical characteristics of orthodontic springs with delta geometry with and without an upper loop. To our knowledge this kind of study of delta springs without an upper loop has not yet been described in the literature. The material used to make the springs was a titanium-molybdenum alloy commonly used in orthodontic applications. Numerical simulations were performed with finite element modeling (FEM) using three-dimensional elements and large-displacement analysis, unlike the analyses found in the literature to date for this type of spring, which are exclusively two-dimensional. The springs were simulated to reflect a real clinical situation with horizontal activation (in the x direction). In the experimental analysis to determine the reactive forces and moments, a platform with strain gauges mounted on a full Wheatstone bridge whose output voltages corresponded to the strain applied to the spring (the test specimen) was used. The voltage variations were read with the aid of a National Instruments data acquisition system, which, when used with the LabVIEW program, provides voltage values which are converted into forces and moments to calibrate the platform. Each value of force and reactive moment was recorded in a table, from zero activation to the maximum value, i.e., just before the yield strength of the material was reached. In addition to the reactive forces and moments, the moment-to-force ratios (M:F) were measured. According to the literature, these ratios define the type of tooth movement in a clinical case. The results show that the reactive forces along the x-axis in the springs without a loop were greater than in the springs with a loop. In contrast, the reactive intrusive/extrusive forces in the y-axis, which were very small and could be neglected in this study because they had little influence on the results, were similar for both types of spring. A curve showing the change in stress along the spring as a function of activation was plotted. This showed that springs without a loop had higher stresses for a given activation value and therefore a greater tendency to deform plastically. The predominant M:F ratio in this study was the Mz/Fx ratio, which is the moment-to-force ratio that produces most types of tooth movements described in the literature and is to date the only moment-to-force ratio described in the literature for the delta spring. The tooth movements in the xy-plane as a result of the Mz/Fx moment-to-force ratio produced by delta springs with and without a loop are root rotation, crown rotation and translation. Based on the values of My/Fx observed, it can be inferred that this type of spring does not produce any tooth movement in the xz-plane. Another factor that is not explored in the literature but that was considered here is the variation in the angle between the extremities of the spring and its impact on the final forces, moments and M:F ratio.

Muitos problemas de otimização reais apresentam mais de uma função-objetivo. Quando os objetivos são conflitantes, estratégias especializadas são necessárias, como é o caso dos algoritmos evolutivos multiobjetivo (MOEAs, do inglês Multi-objective Optimization Evolutionary Algorithms). Entretanto, se a avaliação das funções-objetivo é custosa (alto custo computacional ou econômico) muitos MOEAs propostos são impraticáveis. Uma alternativa pode ser a utilização de um modelo de aprendizado de máquina que aproxima o cálculo do fitness (surrogate) no algoritmo de otimização. Este trabalho propõe e investiga uma plataforma chamada ELMOEA/D que agrega MOEAs do estado da arte baseados em decomposição de objetivos (MOEA/D) e máquinas de aprendizado extremo (ELMs, do inglês Extreme Learning Machines) como modelos surrogate. A plataforma proposta é testada com diferentes variantes do algoritmo MOEA/D e apresenta bons resultados em problemas benchmark, comparada a um algoritmo da literatura que também utiliza MOEA/D mas modelos surrogates baseados em redes com função de base radial. A plataforma ELMOEA/D também é testada no Problema de Predição de Estrutura de Proteínas (PPEP). Apesar dos resultados alcançados pela proposta não serem tão animadores quanto aqueles obtidos nos benchmarks (quando comparados os algoritmos com e sem surrogates), diversos aspectos da proposta e do problema são explorados. Por fim, a plataforma ELMOEA/D é aplicada a uma formulação alternativa do PPEP com sete objetivos e, com estes resultados, várias direções para trabalhos futuros são apontadas. / Many real optimization problems have more than one objective function. When the objectives are in conflict, there is a need for specialized strategies, as is the case of the Multi-objective Optimization Evolutionary Algorithms (MOEAs). However, if the functions evaluation is expensive (high computational or economical costs) many proposed MOEAs are impractical. An alternative might be the use of a machine learning model to approximate the fitness function (surrogates) in the optimization algorithm. This work proposes and investigates a framework called ELMOEA/D that aggregates state-of-the-art MOEAs based on decomposition of objectives (MOEA/D) and extreme learning machines as surrogate models. The proposed framework is tested with different MOEA/D variants and show good results in benchmark problems, compared to a literature algorithm that also encompasses MOEA/D but uses surrogate models based on radial basis function networks. The ELMOEA/D framework is also applied to the protein structure prediction problem (PSPP). Despite the fact that the results achieved by the proposed approach were not as encouraging as the ones achieved in the benchmarks (when the algorithms with and without surrogates are compared), many aspects of both algorithm and problem are explored. Finally, the ELMOEA/D framework is applied to an alternative formulation of the PSPP and the results lead to various directions for future works.

Transmissão de energia sem fio através de indução magnética ressonante foi primeiramente apresentada por Nikola Tesla há mais de um século, mas as limitações tecnológicas da época não possibilitaram sua imediata aplicação. Somente ao final do século XX que sistemas comerciais baseados nesta técnica puderam ser implementados. Atualmente é a tecnologia que se mostra mais adequada para transferência de energia para equipamentos móveis portáteis, como smartphones e tablets. Também hoje é a única tecnologia disponível que permite o desenvolvimento de veículos elétricos energizados dinamicamente, isto é, enquanto em movimento. Nesta técnica de transmissão de energia sem fio, independentemente do nível de complexidade da aplicação, a passagem da energia entre lado da transmissão e recepção se dá por meio de um enlace eletromagnético formado por bobinas ressonantes. Várias configurações de bobinas podem ser usadas na construção deste enlace. Neste trabalho será estudado um sistema baseado em um enlace composto por três bobinas montadas em alinhamento axial. O desempenho do sistema será avaliado em termos da potência entregue à carga, eficiência da transmissão de energia e alcance do enlace. Os resultados do sistema de três bobinas serão comparados aos resultados de um sistema composto por duas bobinas operando sob condições semelhantes. A comparação deixa clara a maior flexibilidade do sistema de três bobinas, que se mostra capaz de operar em uma faixa mais ampla de valores de eficiência e potência que o sistema de duas bobinas. Serão definidas as condições limites que permitam ao sistema de três bobinas operar com maior eficiência, maior potência entregue à carga ou maior alcance de enlace que aqueles obtidos com um sistema de duas bobinas. Serão também apresentados resultados reais que mostram, para condições específicas de operação, uma potência entregue à carga quase duas vezes maior que aquela possível com o sistema de duas bobinas e, ao mesmo tempo, uma eficiência praticamente três vezes maior. / Wireless power transfer through magnetic induction was first presented by Nikola Testla a century ago but, technical limitations did not let its immediate application at that time. It was only late of XX Century that commercial systems based on this technology could be offered. Nowadays this technology is considered the most appropriated to be used with portable devices like smartphones, tablets and so on. Additionally, it is the only technology available for dynamic charging of electric vehicles. In other words, charging while they are moving. In this kind of wireless power transfer technology, the energy transfer from the transmitter to the receiver is made through an electromagnetic link created by resonant coils. Several coils configurations can be used to implement the link. This work will focus on a system with three-coils assembled on axial alignment. The system performance will be evaluated in terms of power delivered to the load, efficiency and link distance. The three-coil system results will be compared with two-coil system results working under same operational conditions. That comparison points out the greater flexibility of three-coil system. This kind of system shows to be capable to function over a wider range of efficiency and power delivered to the load, which is not possible to the first one. Moreover, conditions under which the three-coil system shows to be more efficient, or able to deliver greater power to the load than two-coil system, will be discussed. Real data will be presented, as a case of a specific point of operation, in which the power delivered to the load is almost two times higher and efficiency is almost three times greater than the ones verified when using a two-coil system.

UTFPR; CNPq; CAPES; Fundação Araucária; Ministério da Saúde / Os sistemas de diagnóstico por imagem de ultrassom (US) figuram entre os mais sofisticados equipamentos de processamento de sinais na atualidade. Apesar da alta tecnologia envolvida, a maioria dos sistemas comerciais de imagem possui arquitetura típica “fechada”, não atendendo às exigências de flexibilidade e acesso aos dados de radiofrequência (RF) para desenvolvimento e teste de novas modalidades e técnicas do US. Este trabalho apresenta uma nova arquitetura modular de hardware (front-end), baseada em dispositivos FPGA (Field Programmable Gated Array), e software (back-end), baseada em PC ou DSP, totalmente programável, aberta e flexível, para pesquisa e investigação de técnicas inovadoras para geração de imagens médicas por US. A plataforma desenvolvida ULTRA-ORS (do inglês Ultrasound Open Research System) permite conexão com transdutores multielementos dos tipos lineares, convexos e phased array com frequência central entre 500 kHz e 20 MHz, e capacidade de expansão para operação com transdutores de até 1024 elementos multiplexados. O módulo eletrônico lógico para formação do feixe (beamformer transmitter) possibilita excitação simultaneamente, através de sinais PWM, de 128 canais com formas de ondas arbitrárias, abertura programável, e tensão de excitação de até 200 Vpp, permitindo controle individual de habilitação, amplitude de apodização com até 256 níveis, ângulo de fase e atraso temporal de disparo adequado para focalização na transmissão. O módulo de recepção (beamformer receiver) realiza a aquisição simultânea de 128 canais com taxa de amostragem programável até 50 MHz e resolução de 12 bits. Como item imprescindível deste trabalho, a plataforma proposta possibilita acesso e transferência dos dados de RF digitalizados para um computador através de interfaces seriais ou para kits de DSP para processamento das imagens. Como resultado do projeto de pesquisa, é apresentado um novo sistema digital de US que pode ser utilizado para avaliações das imagens geradas pela técnica beamforming, utilizando como referência a ferramenta de simulação Field II e comparações com as imagens geradas por equipamentos comerciais em phantom mimetizador de tecidos biológicos de US. / Medical ultrasound (US) scanners are amongst the most sophisticated signal processing machines in use today. Even with the recent advances in electronic technology, their typical architecture is often “closed” and does not fit the requirements of flexibility and RF data access to the development and test of new modalities and US techniques. This work presents the development of a novel modular hardware architecture (front-end), FPGA-based (Field Programmable Gated Array) and software (back-end), PC-based or DSP-based, fully programmable, open and flexible, for research and investigation of new techniques for medical US imaging. The proposed platform, ULTRA-ORS (Ultrasound Open Research System), allows connection to linear, convex and phased array transducers with center frequency between 500 kHz and 20 MHz, and expansion capability for operation with transducers up to 1024 multiplexed elements. The transmitter beamformer can excite simultaneously, using PWM signals, 128-channel with arbitrary waveform, programmable aperture, and 200 Vpp excitation voltage, allowing individual enable control, amplitude apodization up to 256 levels, phase angle and proper time delay for focusing on transmission. The receiver beamformer can handle simultaneous 128-channels acquisition with programmable sampling rate up to 50 MHz and 12-bit resolution. As essential item of this work, the platform enables access to the raw RF signals to be transferred to a computer through serial ports or DSP kits for imaging processing. As a result of the research project, we present a new digital US system that can be used for evaluation of images generated by the beamforming technique, using as reference the Field II simulation tool and comparisons with commercial equipment using US tissue-mimicking phantom. / 5000

Fundação Araucária / A Predição da Estrutura das Proteínas, conhecida como PSP (Protein Structure Prediction) pode ser considerada um dos problemas mais desafiadores da Bioinformática atualmente. Quando uma proteína está em seu estado de conformação nativa, a energia livre tende para um valor mínimo. Em geral, a predição da conformação de uma proteína por métodos computacionais é feita pela estimativa de dois valores de energia livre que são provenientes das interações intra e intermoleculares entre os átomos. Alguns estudos recentes indicam que estas interações estão em conflito, justificando o uso de abordagens baseadas em otimização multiobjetivo para a solução do PSP. Neste caso, a otimização destas energias é realizada separadamente, diferente da formulação mono-objetivo que considera a soma das energias. A Evolução Diferencial (ED) é uma técnica baseada em Computação Evolucionária e representa uma alternativa interessante para abordar o PSP. Este trabalho busca desenvolver um otimizador baseado no algoritmo de ED para o problema da Predição da Estrutura de Proteínas multiobjetivo. Este trabalho investiga ainda estratégias baseadas em parâmetros adaptativos para a evolução diferencial. Nicialmente avalia-se uma abordagem simples baseada em ED proposta para a solução do PSP. Uma evolução deste método que incorpora conceitos do algoritmo MOEA/D e adaptação de parâmetros é testada em um conjunto de problemas benchmark de otimização multiobjetivo. Os resultados preliminares obtidos para o PSP (para seis proteínas reais) são promissores e aqueles obtidos para o conjunto benchmark colocam a abordagem proposta como candidata para otimização multiobjetivo. / Protein Structure Prediction (PSP) can be considered one of the most challenging problems in Bioinformatics nowadays. When a protein is in its conformation state, the free energy is minimized. Evaluation of protein conformation is generally performed based on two values of the estimated free energy, i.e., those provided by intra and intermolecular interactions among atoms. Some recent experimental studies show that these interactions are in conflit, justifying the use of multiobjective optimization approaches to solve PSP. In this case, the energy optimization is performed separately, different from the mono-objective optimization which considers the sum of free energy. Differential Evolution (DE) is a technique based on Evolutionary Computation and represents an interesting alternative to solve multiobjective PSP. In this work, an optimizer based on DE is proposed to solve the PSP problem. Due to the great number of parameters, typical for evolutionary algorithms, this work also investigates adaptive parameters strategies. In experiments, a simple approach based on ED is evaluated for PSP. An evolution for this method, which incorporates concepts of the MOEA/D algorithm and parameter adaptation techniques is tested for a set of benchmarks in the multiobjective optimization context. The preliminary results for PSP (for six real proteins) are promising and those obtained for the benchmark set stands the proposed approach as a candidate to the state-of-art for multiobjective optimization.

Este trabalho apresenta a utilização de biorrealimentação (biofeedback) como meio de reordenar a mecânica ventilatória de indivíduos obesos e com sobrepeso, através da utilização de um capnômetro para medir a pressão de CO2 durante a marcha em esteira ergométrica, induzindo-os a aumentar a quantidade do CO2 expirado, promovendo uma adequação do esforço motor. O objetivo consistiu em condicionar a mecânica ventilatória do grupo de estudo, através do aumento do CO2 expirado, melhorando a captação de oxigênio, em virtude do aumento da ventilação, incidindo num aumento da frequência cardíaca e adequando o nível de esforço do ato motor, induzindo-os a respirar mais e melhor. Foram avaliados 18 indivíduos (12 obesos e/ou sobrepeso, sendo 8 mulheres e 4 homens e 6 com padrão de peso normal para a classificação de percentual de gordura, 2 mulheres e 4 homens) com idades entre 20 e 55 anos. Foram excluídos indivíduos que tivessem sido clinicamente diagnosticados com hipertensão, diabetes ou alguma cardiopatia sem que houvesse controle medicamentoso, mulheres grávidas e participantes com qualquer tipo de problema osteomuscular ou articular que dificultasse a marcha. Realizou-se inicialmente a medição das dobras cutâneas para separar os respectivos grupos e a medição do VO2, através de teste submáximo em bicicleta ergométrica, pelo protocolo de Astrand para verificar a aptidão inicial dos participantes. O protocolo foi realizado em 12 sessões de dias alternados, onde cada voluntário foi submetido a 15 minutos ininterruptos de atividade aeróbia em esteira ergométrica. Foi utilizada uma máscara que se mantinha conectada ao capnômetro e ao dispositivo de biofeedback que devolvia a informação da execução do ato motor ao participante. A velocidade da esteira foi monitorada através da oscilação da frequência cardíaca, que foi mantida em 65% da frequência cardíaca máxima (FCM), para a idade, sendo medida por frequencímetro. A média encontrada para o percentual de gordura no grupo controle foi de 17±5,79% e para o grupo de estudos foi de 35±4,27%. A análise média dos valores de CO2 do grupo de estudos foi inicialmente de 23,18±3,73 mmHg e ao final das coletas foi de 27,39±3,03 mmHg, e para o grupo controle a média foi respectivamente de 20,77±3,86 mmHg e 26,44±3,90 mmHg. Ao comparar indivíduos obesos e/ou sobrepeso aos indivíduos classificados com percentual de gordura normal e suas respectivas pressões de CO2, há uma diferença estatisticamente significativa. A capnometria para medição de CO2 por meio da utilização de biofeedback como meio de indução do aumento do fluxo de CO2 expirado durante atividade aeróbia permitiu observar uma melhora na dinâmica respiratória dos indivíduos obesos e com sobrepeso através das medidas associadas entre o capnômetro e os valores da frequência respiratória que melhoraram o desempenho motor dos voluntários através do aumento da velocidade de execução da tarefa motora. / This work presents the use of biofeedback as a way to record the ventilatory mechanics of overweight and obese individuals, through the use of a capnometer to measure the CO2 concentration during walking on a treadmill, inducing them to increase the amount of exhaled gas. The aim of this study was to conditioning the mechanical ventilation study group improving their oxygen uptake. Eighteen individuals (12 obese and / or overweight, with 8 women and 4 men and 6 with standard weight for the classification of fat percentage, with 2 women and 4 men) aged 20 to 55 years old were evaluated. Individuals who had been clinically diagnosed with hypertension, diabetes or any disease without any medical control, pregnant women and participants with any type of musculoskeletal or joint problem that made it difficult in gait were excluded. It was initially carried out the measurement of skinfolds in order to separate the respective groups, and the measurement of VO2 through submaximal test on a cycle ergometer at Astrand protocol to verify the initial fitness of the participants. The protocol was performed in 12 sessions in alternate days, where each volunteer was subjected to 15 minutes of continuous aerobic activity on a treadmill. Every 5 minutes a recording was performed with data of the biofeedback and values of capnometer equipment, totaling 15 minutes. A mask that remained attached to capnometer and biofeedback device that returned the information of the execution engine to each participant was used. The treadmill speed was monitored through the oscillation of heart rate, which was maintained at 65% of maximum heart rate (MHR) for age, as measured by frequency counter. The average percentage of fat found in the control group was 17±5.79% and for the study group was 35±4.27%. The average analysis of the CO2 values of the study group was initially 23.18±3.73mmHg and the end of the collections was 27.39±3.03mmHg, and for the control group the average was respectively 20.77±3.86 mmHg and 26.44±3.90mmHg. When comparing obese and/or overweight individuals classified with normal fat percentage and their respective CO2 concentrations there is a statistically significant difference. Capnometer for measuring CO2 through the use of biofeedback as a means of inducing increased flow of exhaled gas during aerobic activity proved to be a useful and applicable tool. It was possible to verify a type of respiratory behavior in obese and overweight and associate measurements obtained by capnometer with the values of respiratory frequency.

CAPES / Nesta dissertação, o uso de antenas direcionais em sistemas de verificação de localização é analisado, considerando um cenário realista para redes veiculares. O objetivo é propor um método para a utilização das antenas direcionais nestes sistemas e verificar quais os benefícios proporcionados em termos de desempenho, que representa a capacidade em diferenciar usuários legítimos e maliciosos. Um sistema que utiliza o modelo de propagação log-normal é inicialmente estudado, seguido de uma analise das alterações necessárias para a utilização de um modelo mais realista. Utilizando este modelo, é demonstrado então como o uso de antenas direcionais pode ser introduzido no sistema, adicionando ao processo de verificação uma etapa adicional. Resultados numéricos são obtidos para verificar as expressões analíticas, seguido das comparações entre os desempenhos de cada um dos sistemas apresentados. Através destes resultados, é constatado que a utilização das antenas direcionais proporciona um aumento considerável no desempenho do sistema e, mesmo quando considerado apenas a etapa adicional de verificação, o desempenho é satisfatório. É feita também uma análise da influência do desvanecimento em pequena escala no sistema, demonstrando qual a relação entre o número de amostras e a porcentagem de erro no desempenho do esquema apresentado. / In this master thesis, a performance analysis of an information-theoretic location verification system using directional antennas is performed, considering a vehicular network scenario. Our goal is to develop a method using directional antennas to improve the system performance. First, a recently introduced scheme that uses a simple propagation model is studied, then it is described the modifications needed when a realistic propagation model is considered. Based on the described scheme, it is shown how the use of directional antennas can be introduced into the system, creating a new validation stage called directional verification. Numerical results are used to validate the analytical expressions, showing also the performance differences between the described systems. Using the obtained results, it is shown that the use of directional antennas increase the system performance and that, even when using only the directional verification stage, the performance is satisfactory. An analysis of the relation between the number of samples and the system's error percentage is also performed, when considered a small scale fading model.

O Problema de Dobramento de Proteínas (PDP) é considerado um dos desafios abertos mais importantes da Biologia e Bioinformática. Nesta tese, uma nova abordagem para simular os pathways de dobramento de proteínas é proposta onde, ao invés de utilizar a estrutura tridimensional da proteína, os estados de dobramento são representados por Mapas de Contatos (MC). Autômatos Celulares bidimensionais (2D-CA) são utilizados para simular o processo de dobramento, onde cada configuração representa um estado de dobramento e é obtida em relação ao seu estado predecessor e uma regra de transição. Determinar uma regra de transição para um dado comportamento dinâmico representa uma tarefa complexa. Portanto, é apresentada uma abordagem distribuida baseada em Programação de Expressão Gênica, chamada pGEP-CA. Funções de fitness específicas, baseadas em medidas de similaridade e simetria, são propostas. Também, um algoritmo heterogêneo paralelo Ecologicamente-inspirado é proposto. Este algoritmo, chamado pECO, é utilizado na reconstrução de estruturas a partir de MCs, usando o modelo 3D-AB off-lattice. De acordo com o nosso conhecimento, é apresentada a primeira aplicação de Dinâmica Molecular (DM) ao PFP, usando o mesmo modelo de proteínas. Experimentos foram realizados para verificar a adequabilidade das abordagens propostas. Além disto, uma breve análise sobre o balanceamento de carga de processamento das arquiteturas paralelas é apresentada. Os resultados mostram que as abordagens obtiveram resultados coerentes, sugerindo que são adequadas para o problema. As regras de transição induzidas pelo pGEP-CA são capazes de gerar 2D-CA que representam MCs corretamente. Sobre a abordagem pECO, os resultados demonstram que a combinação de abordagens evolucionárias concorrentes se beneficia do efeito da coevolução e das diferentes estratégias de busca. Além disto, pode ser observado que a abordagem de DM é capaz de levar a conformações que mimetizam propriedades biológicas, como a formação do núcleo hidrofóbico e os movimentos de respiração (breathing) das proteínas. Também foi observado que o processamento paralelo é essencial, permitindo a obtenção de resultados em tempos de processamento razoáveis. Finalmente, as conclusões e diversas direções de pesquisa são apresentadas. / The Protein Folding Problem (PFP) is considered one of the most important open cha- llenges in Biology and Bioinformatics. In this thesis, a novel approach for simulating the protein folding pathways is proposed where, instead using the three-dimensional structure of the protein, the folding states are represented by Contact Maps (CM). A two-dimensional Cellular Automata (2D-CA) evolver is used to simulate the fol- ding process, where each configuration represents a folding state and it is obtained according to its predecessor and a transition rule. Since finding transition rules for simulating a dynamic behavior is a very difficult task, it is proposed a distributed Gene-Expression Programming (GEP)-based approach, called pGEP-CA. Specific fit- ness functions, based on similarity and symmetry measures, are proposed. Futhermore, a heterogeneous parallel Ecology-inspired algorithm is proposed. This algorithm, called pECO, is used for reconstructing the structures from the CMs, using the 3D-AB off-lattice model. Moreover, to the best of our knowledge, it is presented the first application of Molecular Dynamics (MD) to the PFP, using the same model of proteins. Experiments were done to evaluate the adequacy of the proposed approaches. Also, a brief analysis of the load balancing of the parallel architectures is presented. Results show that the approaches obtained coherent results, suggesting their adequacy for the problem. The induced transition rules by the pGEP-CA are able to generate 2D-CA that represent CMs correctly. Concerning the pECO approach, results show that the combination of concurrent evolutionary approaches took advantage of both the coevolution effect and the different search strategies. In addition, it can be observed that the MD approach is capable of displaying biological features such as the hydrophobic core formation and the protein breathing motion. Furthermore, it is observed that parallel processing was not only justified but also essential for obtaining results in reasonable processing time. Finally, concluding remarks and several research directions for future works are presented.