Submitted by EDGAR PEREIRA DOS SANTOS (microedonline@gmail.com) on 2017-10-30T15:21:58Z No. of bitstreams: 1 Edgar Santos Final 3010.pdf: 6266745 bytes, checksum: c6c456e1a94992c325b1b37eed2944db (MD5) / Approved for entry into archive by LUIZA DE MENEZES ROMANETTO (luizamenezes@reitoria.unesp.br) on 2017-11-09T17:22:54Z (GMT) No. of bitstreams: 1 santos_ep_me_ilha.pdf: 6266745 bytes, checksum: c6c456e1a94992c325b1b37eed2944db (MD5) / Made available in DSpace on 2017-11-09T17:22:54Z (GMT). No. of bitstreams: 1 santos_ep_me_ilha.pdf: 6266745 bytes, checksum: c6c456e1a94992c325b1b37eed2944db (MD5) Previous issue date: 2017-08-30 / A sociedade sempre busca inovações como facilitadores de processos para o alcance de objetivos propostos em distintas áreas, utilizando instrumentos, métodos e técnicas diversas. Dentre estas encontra-se a Engenharia Reversa (ER), que é o processo de engenharia afim de se obter um produto ou objeto a partir de um modelo original. Nos últimos anos, com a rápida evolução tecnológica , envolvendo máquinas, ferramentas e softwares, a ER passou a ser um recurso utilizado até mesmo por pequenas e médias empresas. O proposito desta pesquisa é avaliar o desempenho da aplicação de recursos de engenharia, tais como hardwares e softwares de baixo custo ou de uso livre, sobre a ER a fim de obter-se uma peça usinada em uma maquina CNC o mais fiel possível ao modelo físico original. Para isso foram aplicados os conceitos, os processos e recursos necessários nas etapas de reconstrução de um modelo físico , desde a digitalização 3D, utilizando scanners tridimensionais, o tratamento do objeto capturado, a reconstrução do modelo no software CAD até a geração do código G, por meio de softwares CAM, a ser enviado a uma máquina CNC para realização da usinagem e obtenção da peça modelo. Foi utilizado o scanner 3d manual Ciclop, cuja digitalização resultou em dimensões muitas próximas ao objeto original. Também foram utilizados os softwares Meshlab para tratamento do modelo digitalizado e o AutoCad Fusion 3D para criação do modelo CAD e geração dos processos de usinagem e código G, escolhidos devido a facilidade de uso e por serem softwares livres. / Society is always looking for innovations as process facilitators for the objectives in different areas, using tools, and various techniques. Among these is the Reverse Engineering (RE), which is the engineering process in order to obtain a product or object from a original model. In recent years, with the rapid technological evolution, involving machines, tools and software, ER has become a resource used until even by small and medium-sized enterprises. The purpose of this research is to evaluate the performance of engineering resources, such as hardware and software. low cost or free-use software on the RE in order to obtain a part machined in a CNC machine as faithful as possible to the original physical model. For applied the concepts, processes and resources required in the steps reconstruction of a physical model, since 3D scanning, using scanners dimensionality, the treatment of the captured object, the reconstruction of the model in the CAD software to the generation of the G code, through CAM software, to be sent to a CNC machine to perform the machining and obtain the model part. Was the Ciclop 3d manual scanner, whose many close to the original object. Meshlab softwares were also used for handling the scanned model and AutoCad Fusion 3D for creating the model and generation of the machining processes and G code, chosen due to ease of use and because they are free software.

A modelagem de geometrias da natureza pode ser um processo complexo devido ás características orgânicas dos elementos. Propõe-se com essa dissertação identificar geometrias espaciais que sigam o padrão de crescimento espiral observado na natureza, utilizando as Tecnologias 3D como ferramentas para o processo de projeto. Para a execução do trabalho foram investigadas os Métodos de Biônica, Crescimento Espiral e a Sequência de Fibonacci, Engenharia Reversa e Design Paramétrico. O processo de representação dos elementos foi realizado em conformidade com a Metodologia para o Desenvolvimento de Produtos Baseados no Estudo da Biônica com o acréscimo das tecnologias de digitalização tridimensional e de processamento de nuvem de pontos, complementado pela parametrização de superfícies à base de curvas. Foram utilizados três processos para modelagem de curvas paramétricas representadas (i) pelo desenho de linhas sobre a malha digitalizada em 3D, (ii) por programação visual no software Grasshopper e (iii) por programação com scripts Python. Foi avaliada como melhor alternativa para o Design Paramétrico a utilização da programação visual otimizada com a programação por scripts, a qual apresentou melhor aproximação entre as curvas analisadas. Estudos de casos realizados com elementos da natureza (abacaxi e pinha) demonstraram a viabilização do método. Desta maneira a sistematização do conhecimento permitirá a proposição de um modelo paramétrico baseado na Biônica para fase inicial de inspiração e concepção de alternativas do projeto de produto. / Modeling the geometries of nature can be a complex process due to the organic characteristics of the elements. It is proposed with this dissertation to identify spatial geometries that follow the pattern of spiral growth observed in nature, using 3D Technologies as tools for the design process. For the execution of the work were investigated the Bionics, Spiral Growth and Fibonacci Sequence, Reverse Engineering and Parametric Design. The process of representation of the elements was carried out in accordance with the Methodology for the Development of Products Based on the Study of the Bionics with the addition of the technologies of three-dimensional digitization and processing of cloud of points, complemented by the parameterization of surfaces based on curves. Three methods were used for modeling parametric curves represented by (i) the drawing of lines on the 3D scanned mesh, (ii) by visual programming in the Grasshopper software and (iii) by programming with Python scripts. It was evaluated as the best alternative for Parametric Design the use of optimized visual programming with programming by scripts, which presented better approximation between the analyzed curves. Case studies carried out with nature elements (pineapple and pine cone) demonstrated the viability of the method. In this way the systematization of the knowledge will allow the proposition of a parametric model based on the Bionics for the initial phase of inspiration and design of alternatives of the product design.

Um método composto de quatro passos para conduzir engenharia reversa orientada a objetos de sistemas desenvolvidos sem usar a tecnologia de orientação a objetos e apresentado. Este método abrangente e detalhado mostrando como fazer engenharia reversa constitui um avanço para o estado da arte, pois não há métodos publicados nesse nível de detalhe ate o momento. A documentação produzida pela engenharia reversa baseada no Método Fusion para desenvolvimento de sistemas orientados a objetos e composta de um Modelo de Objetos, um Modelo de Operação e um Modelo de Ciclo de Vida. Um conjunto de modelos intermediário extraído diretamente do código e dos documentos de interação processo/dados e também incluído com o nome de Modelo de Análise do Sistema Atual. A engenharia reversa de um ambiente de software para projetar sistemas reativos e mostrada em detalhes. Esse software tem 30.000 linhas de código C, divididas em 495 procedimentos agrupados em 36 módulos. Um documento semelhante a um dicionário de dados foi preparado com base na documentação contida em diversas dissertações, artigos e principalmente em seu código fonte. O ambiente de desenvolvimento de sistemas reativos e descrito, bem como sua evolução através de diversas versões e sua aplicação e ilustrada pelo projeto do statechart correspondente a um relógio despertador. Facilidades para especificar atividades associadas aos statecharts foram incorporadas ao ambiente StatSim como parte dos trabalhos desenvolvidos nesta tese e são também discutidas e aplicadas a um exemplo. A simulação de statecharts de controle sujeitos a diferentes eventos possíveis e incluída através de diagramas e \"logs\". Esse exemplo é também usado para ilustrar um procedimento relacionado ao acoplamento de statercharts e diagramas de atividades na especificação de sistemas reativos e para mostrar o uso do ambiente de software para verificar essa especificação. O Método Fusion e comparado a outros métodos de desenvolvimento de sistemas orientados a objetos. O ambiente de desenvolvimento de sistemas reativos baseado em statecharts e posicionado entre outras ferramentas para o desenvolvimento de tais sistemas. / A method composed of four steps to conduct object oriented reverse engineering in systems developed using non object oriented technology is presented. This comprehensive, detailed method showing how to do reverse engineering is an advance to the state of the art as there are no published methods hitherto at this level of detail. The documentation produced by the reverse engineering based on the Fusion Method for object oriented systems development is composed by an Object Model, an Operation Model and a Life Cycle Model. An intermediary set of models directly extracted from the code and from a process/data interaction document is also included with the name of Current Systems Analysis Model. The reverse engineering of a software environment for designing reactive systems is shown in detail. This software comprises 30.000 lines of code in C, spread for 495 procedures grouped in 36 modules. This data dictionary-like document was prepared based on documentation contained in several dissertations and papers and mainly on the code itself. The reactive systems software development environment is described as well as its evolution through several versions, and its application is illustrated by designing the statecharts corresponding to an alarm clock. Facilities to specify activities triggered by the statecharts incorporated to the StatSim environment as part of this thesis\' are also discussed and applied to the example. The simulation of the controlling statecharts subjected to different possible events is included through diagrams and logs. This example is also used to illustrate a procedure devised for coupling statecharts and activity diagrams in the specification of reactive systems and for using the software environment to verify this specification. The Fusion Method is compared to other methods for object oriented systems development. The reactive systems development environment based on statecharts is situated among other tools for the development of such systems.

Engenharia reversa é o conceito de se produzir uma peça tomando como base um original ou modelo físico existentes, sem o uso de desenhos de engenharia. Empresas se voltam para a tecnologia da Engenharia Reversa como um complemento valioso para toda a gama de ferramentas CAD/CAM que elas possuem, devido às dificuldades encontradas quando se necessita trabalhar com superfícies de forma livre. Desta forma, faz-se necessária uma ferramenta que proporcione a inserção das formas deste modelo em um sistema CAD, de forma que se possa usufruir de todas as possibilidades, oferecidas por ele. Neste trabalho, é apresentada uma revisão bibliográfica que aborda a engenharia reversa desde sua origem até as técnicas avançadas existentes atualmente, ou seja, apresentando equipamentos e sistemas específicos usados atualmente para a prática de engenharia reversa. Mostra-se um sistema de engenharia reversa, que foi projetado e implementado realizando a integração desde uma máquina de medir 3 coordenadas até um centro de usinagem CNC com o auxílio de um software CAD comercial, o qual possui módulo de CAM integrado. São apresentados também 3 estudos de casos. / Reverse engineering is the concept of making a part based on an original or existing physical model, without engineering drawings. Companies are using reverse engineering technology as a valuable complement to many of their CAD/CAM tools, due to their difficulties of working with free-form surfaces. It is necessary a tool which provides the insertion of the model forms in the CAD system, therefore enabling to take advantages of all possibilities offered by the system. The Reverse Engineering has developed beyond the traditional copy milling. It is presented a review of the reverse engineering since its origin until recent advanced techniques, where the equipments and specific systems used for reverse engineering practice nowadays are showed. In this work a reverse engineering system has been designed and implemented, which is accomplished by the integration from the coordinate measuring machine until a CNC machining center, by using a commercial CAD software with integrated CAM module. In order to validate the system developed, three case studies are also presented.

Orientador: Helder Anibal Hermini / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-08-09T06:58:22Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Ulbrich_CristianeBrasilLima_D.pdf: 84757609 bytes, checksum: 0e1951a84d3580485473e14857428ba6 (MD5) Previous issue date: 2007 / Resumo: A Prototipagem Rápida (PR) é uma tecnologia da engenharia mecânica que tem sido utilizada para produzir protótipos físicos, conhecidos como biomodelos para auxiliar o planejamento cirúrgico, onde as informações da anatomia são obtidas através de exames de imagem, como a Tomografia Computadorizada (TC). A tecnologia de digitalização tem como principal finalidade à captura de coordenadas de pontos da superfície de um modelo. Estas coordenadas resultam em uma nuvem de pontos que possibilita uma inspeção tridimensional pela comparação entre modelos. O presente trabalho analisou as diferenças tridimensionais em três estudos de caso. A metodologia empregada foi dividida em quatro etapas de trabalho: a aquisição de imagens por Tomografia Computadorizada (TC); a segmentação das imagens dando origem aos modelos virtuais (utilizando três softwares InVesalius, Analyze, ScanIP); a confecção dos protótipos (utilizando três equipamentos de prototipagem: sendo um de SLS, e dois de 3DP com suas respectivas matériasprimas) e a comparação entre modelos virtuais e físicos (utilizando dois equipamentos de digitalização: ModelMaker e Orcus e quatro softwares de comparação: CopyCAD, Kube, Geomagic e Accurex). Os modelos foram comparados aos pares, sendo os resultados apresentados em forma de mapas de cores com as diferenças tridimensionais encontradas. A partir da metodologia empregada e dos resultados obtidos, foi observado que o processo de fabricação de biomodelos é viável. A comparação de cada etapa de trabalho permite validar a geometria obtida para então passar a etapa seguinte. A introdução do procedimento de inspeção dos biomodelos por métodos de comparação traz mais confiabilidade para o processo. Demonstra-se assim que os biomodelos auxiliam no planejamento cirúrgico, contribuindo para a redução do tempo de cirurgia, risco de infecção, além do potencial de redução de custos para o sistema público e privado de saúde / Abstract: Rapid Prototyping (RP) is a technology from mechanical engineering, using to produce physical prototypes called biomodel that could be use to planning surgical. Computer Tomography (CT) provides image data from that propose. Scanning technology would use to capture 3D coordinates in a model. These coordinates result in a cloud of points that could be use to compare models by three-dimensional inspect. The present resource was analyzing the threedimensional differences in three cases studies. The methodology used was divided in four steps: data image acquisition using Computer Tomography (CT); image segmentation to create virtual model (three software was used InVesalius, Analyze, ScanIP); prototype construction (using three kinds of rapid prototype equipments: one of SLS and two of 3DP with the respective materials) and a compare of virtual model with physical model (using two digitalize equipaments: ModelMaker and Orcus) and four compare software: (CopyCAD, Kube, Geomagic e Accurex). Models were compared in pars and, the results were showed using colours maps to illustrate three-dimensional errors found. The results of this resource confirm that biomodel fabrication process is feasible. Compares were made in each step to check the geometry created, until go to the next step. The introduce of inspection biomodel in the process using compare methods turn it more trustful. Thus, it was demonstrate that biomodels could help surgical plan, and they could in fact, contribute to reduce costs, surgical times and infection risks in health care system / Doutorado / Mecanica dos Sólidos e Projeto Mecanico / Doutor em Engenharia Mecânica

Modelamento médico é uma técnica utilizada por cirurgiões no auxílio da diagnose, comunicação com o paciente, estudos pré-operatórios, definição e simulação de procedimentos cirúrgicos, visando diminuir o tempo cirúrgico e de convalescença do paciente. Em aplicações mais recentes, esta técnica tem sido utilizada no desenvolvimento de próteses personalizadas, possibilitando que reconstituições de grande complexidade sejam feitas de maneira rápida e segura. Resumidamente, a técnica consiste em produzir um protótipo em terceira dimensão do tecido ou deformidade em estudo. Utiliza-se hoje de modernas tecnologias como tomografia computadorizada e prototipagem rápida entre outras, representando um exemplo significativo de integração entre diferentes áreas do conhecimento. Este trabalho apresenta e discute o modelamento médico no que se refere às suas aplicações, enfocando a integração entre as tecnologias de prototipagem rápida, engenharia reversa (RE) e projeto e engenharia assistidos por computador (CAD/CAE). É feita uma descrição dos procedimentos de geração dos modelos médicos usando técnicas de prototipagem rápida a partir de dados obtidos de tomografia computadorizada, e um estudo de sua precisão dimensional e geométrica. São explorados os recursos possibilitados pela integração com sistemas CAD/CAE, e apresentadas aplicações reais das técnicas na área de cirurgias craniofaciais, evidenciando as vantagens de sua utilização e validando os procedimentos propostos. / Medical modeling is a technique used by surgeons in the diagnosis, communication with the patient, preoperative studies, definition and simulation of surgical procedures. It helps to reduce the operative and convalescence time. It consists of producing a prototype in third dimension of the tissue or deformity in study. In some more recent applications, this technique has been used to develop customized prosthesis, enabling that quite complex reconstructions can be made in a safe and fast way. Nowadays, it uses modern technologies as the computer tomography and rapid prototyping, and it represents significant example of integration among different areas of the knowledge. This work presents the medical modeling and discusses its applications, with emphasis in the integration of the technologies of rapid prototyping, reverse engineering (RE) and computer aided design and engineering (CAD/CAE). It is made a description of the procedures to generate the medical models using rapid prototyping techniques starting from computer tomography data, and a study regarding the dimensional and geometric precision of the medical models generated by rapid prototyping. The advantages of the integration with CAD/CAE technologies are shown and a case study is developed aiming to validate the proposed procedures.

Orientador: Ruis Camargo Tokimatsu / Resumo: Na área da ortopedia a busca por novos avanços tecnológicos tem sido muito pouco e as pessoas que necessitam de dispositivos como órteses acabam sofrendo mais devido ao alto custo dos aparelhos ortopédicos. A maioria da população que possui patologias sofre por não ter renda suficiente para adquirir esses dispositivos e acabam agravando essas patologias. Este estudo busca inovar e propor a utilização de novas tecnologias para desenvolver órteses a essa população de baixa renda. Uma tecnologia de custo baixo e que possa ser implementada na rede pública. Através das análises feitas pelos profissionais da área como ortopedistas e terapeutas nas imagens bidimensionais dos exames do paciente consultados, com a utilização de aparelhos com a técnica de Engenharia Reversa será possível digitalizar o membro afetado ou posicioná-los de forma adequada para que seja tirado o molde da órtese personalizada. Esses aparelhos permitem utilizar dados de exames já feitos como Ultrassom, Ressonância Magnética, Tomografia ou Raio X e convertê-los em modelos tridimensionais. O objetivo deste projeto é utilizar essas técnicas de Engenharia Reversa para digitalizar o membro que necessite de auxílio e confeccionar as órteses com a tecnologia de Manufatura Aditiva, uma tecnologia que vem se desenvolvendo rapidamente nesses últimos anos e permitindo fabricar diretamente qualquer peça ou objeto através de um arquivo tridimensional modelado. Nos dias atuais, a Manufatura Aditiva tem sido utilizada em div... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Mestre

Made available in DSpace on 2015-05-08T14:59:31Z (GMT). No. of bitstreams: 1 arquivototal.pdf: 3097304 bytes, checksum: d5aed81c6383bfcc8edaae1463e53296 (MD5) Previous issue date: 2011-03-31 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Nowadays the increasing demand for products with high dimensional accuracy and geometric measures has required increasingly accurate. It is necessary to use inspection systems more accurate and flexible to expect these demands. The Coordinate Measuring Machines (CMMs) are an important tool in the design, fabrication and inspection of products manufactured today. These machines are used by the engineer, whose main purpose is to produce an accurate digital model in a virtual space for later use in CAD / CAE / CAM / CAI. To identify the several shapes and surface features, there are many techniques such as Bezier surfaces, splines, B-Splines and NURBS (Non-Rational B-Splines). The NURBS present many advantages, simplicity and facility of data handling, which tends to minimize the problems of randomness and inaccuracy of the cloud of points obtained by the CMM. Thus, the NURBS are an important tool for modeling free-form, making significant contributions in reverse engineering. It is known however that the accuracy of the modeling process of a piece will be greater the larger the number of points collected or measured on the surface (whether by use of laser or continuous scanning by contact or touch point to point). Simulations results showed the effective of the proposed approach. Additionally, experimental results demonstrated that it is of practical use, non time consuming and an alternative way to apply CMMs that incorporated touch trigger probe in modeling processes. The results obtained both by simulation and experimentally demonstrated the relevance of this methodology. / Hoje em dia, a crescente demanda por produtos com alta exatidão dimensional e geométrica tem exigido tolerâncias cada vez mais estreitas. Adicionalmente, peças de geometrias complexas e formas livres tem sido uma prática comum em indústrias dos setores automotivos, aeronáuticos, bioengenharia dentre outros. Para atender as estas demandas se faz necessário sistemas de inspeção cada vez mais exatos e flexíveis. As Máquinas de Medição por Coordenadas (MMCs) são uma importante ferramenta no processo de concepção, fabricação e inspeção dos produtos manufaturados nos dias de hoje. Para identificar as mais diversas formas e características das superfícies existem várias técnicas, tais como, superfícies Bézier, Splines, B-Splines, e NURBS (Non- Uniform Rational B-splines). As NURBS são uma ferramenta importante e uma grande aliada na modelagem de formas geométricas complexas, dando significativas contribuições na engenharia reversa. Sem dúvida, a exatidão do processo de modelagem de uma peça será tão maior quanto maior for o número de pontos coletados ou medidos sobre a sua superfície (seja por uso de laser ou escaneamento contínuo por contato ou por contato ponto a ponto). Então, o principal objetivo desta tese é desenvolver e implementar uma nova metodologia para modelagem de superfícies de formas livres e geometrias complexas utilizando a técnica NURBS em MMC com apalpador touch trigger. Também, foi desenvolvida uma estratégia de medição para obtenção de pontos sobre a superfície estudada. A metodologia proposta foi aplicada experimentalmente para a obtenção de um perfil evolvental de uma engrenagem cilíndrica de dentes retos, um modelo físico reduzido de um avião e um capacete de ciclista. Os resultados obtidos tanto por simulação quanto experimentalmente mostraram a relevância da metodologia desenvolvida.

Nesta tese estamos especificamente interessados no problema de engenharia re- versa de redes regulatórias genéticas a partir de dados de pós-genômicos, um grande desafio na área de Bioinformática. Redes regulatórias genéticas são complexos cir- cuitos biológicos responsáveis pela regulação do nível de expressão dos genes, desem- penhando assim um papel fundamental no controle de inúmeros processos celulares, incluindo diferenciação celular, ciclo celular e metabolismo. Decifrar a estrutura destas redes é crucial para possibilitar uma maior compreensão à nível de sistema do desenvolvimento e comportamento dos organismos, e eventualmente esclarecer os mecanismos de doenças causados pela desregulação dos processos acima mencio- nados. Devido ao expressivo aumento da disponibilidade de dados experimentais de larga escala e da grande dimensão e complexidade dos sistemas biológicos, métodos computacionais têm sido ferramentas essenciais para viabilizar esta investigação. No entanto, seu desempenho ainda é bastante deteriorado por importantes desafios com- putacionais e biológicos impostos pelo cenário. Em particular, o ruído e esparsidade inerentes aos dados biológicos torna este problema de inferência de redes um difícil problema de otimização combinatória, para o qual métodos computacionais dispo- níveis falham em relação à exatidão e robustez das predições. Esta tese tem como objetivo investigar o uso de técnicas de ensemble learning como forma de superar as limitações existentes e otimizar o processo de inferência, explorando a diversidade entre um conjunto de modelos. Com este intuito, desenvolvemos métodos computa- cionais tanto para gerar redes diversificadas, como para combinar estas predições em uma solução única (solução ensemble ), e aplicamos esta abordagem a uma série de cenários com diferentes fontes de diversidade a fim de compreender o seu potencial neste contexto específico. Mostramos que as soluções propostas são competitivas com algoritmos tradicionais deste campo de pesquisa e que melhoram nossa capa- cidade de reconstruir com precisão as redes regulatórias genéticas. Os resultados obtidos para a inferência de redes de regulação transcricional e pós-transcricional, duas camadas adjacentes e complementares que compõem a rede de regulação glo- bal, tornam evidente a eficiência e robustez da nossa abordagem, encorajando a consolidação de ensemble learning como uma metodologia promissora para decifrar a estrutura de redes regulatórias genéticas. / In this thesis we are concerned about the reverse engineering of gene regulatory networks from post-genomic data, a major challenge in Bioinformatics research. Gene regulatory networks are intricate biological circuits responsible for govern- ing the expression levels (activity) of genes, thereby playing an important role in the control of many cellular processes, including cell differentiation, cell cycle and metabolism. Unveiling the structure of these networks is crucial to gain a systems- level understanding of organisms development and behavior, and eventually shed light on the mechanisms of diseases caused by the deregulation of these cellular pro- cesses. Due to the increasing availability of high-throughput experimental data and the large dimension and complexity of biological systems, computational methods have been essential tools in enabling this investigation. Nonetheless, their perfor- mance is much deteriorated by important computational and biological challenges posed by the scenario. In particular, the noisy and sparse features of biological data turn the network inference into a challenging combinatorial optimization prob- lem, to which current methods fail in respect to the accuracy and robustness of predictions. This thesis aims at investigating the use of ensemble learning tech- niques as means to overcome current limitations and enhance the inference process by exploiting the diversity among multiple inferred models. To this end, we develop computational methods both to generate diverse network predictions and to combine multiple predictions into an ensemble solution, and apply this approach to a number of scenarios with different sources of diversity in order to understand its potential in this specific context. We show that the proposed solutions are competitive with tra- ditional algorithms in the field and improve our capacity to accurately reconstruct gene regulatory networks. Results obtained for the inference of transcriptional and post-transcriptional regulatory networks, two adjacent and complementary layers of the overall gene regulatory network, evidence the efficiency and robustness of our approach, encouraging the consolidation of ensemble systems as a promising methodology to decipher the structure of gene regulatory networks.

Nesta tese estamos especificamente interessados no problema de engenharia re- versa de redes regulatórias genéticas a partir de dados de pós-genômicos, um grande desafio na área de Bioinformática. Redes regulatórias genéticas são complexos cir- cuitos biológicos responsáveis pela regulação do nível de expressão dos genes, desem- penhando assim um papel fundamental no controle de inúmeros processos celulares, incluindo diferenciação celular, ciclo celular e metabolismo. Decifrar a estrutura destas redes é crucial para possibilitar uma maior compreensão à nível de sistema do desenvolvimento e comportamento dos organismos, e eventualmente esclarecer os mecanismos de doenças causados pela desregulação dos processos acima mencio- nados. Devido ao expressivo aumento da disponibilidade de dados experimentais de larga escala e da grande dimensão e complexidade dos sistemas biológicos, métodos computacionais têm sido ferramentas essenciais para viabilizar esta investigação. No entanto, seu desempenho ainda é bastante deteriorado por importantes desafios com- putacionais e biológicos impostos pelo cenário. Em particular, o ruído e esparsidade inerentes aos dados biológicos torna este problema de inferência de redes um difícil problema de otimização combinatória, para o qual métodos computacionais dispo- níveis falham em relação à exatidão e robustez das predições. Esta tese tem como objetivo investigar o uso de técnicas de ensemble learning como forma de superar as limitações existentes e otimizar o processo de inferência, explorando a diversidade entre um conjunto de modelos. Com este intuito, desenvolvemos métodos computa- cionais tanto para gerar redes diversificadas, como para combinar estas predições em uma solução única (solução ensemble ), e aplicamos esta abordagem a uma série de cenários com diferentes fontes de diversidade a fim de compreender o seu potencial neste contexto específico. Mostramos que as soluções propostas são competitivas com algoritmos tradicionais deste campo de pesquisa e que melhoram nossa capa- cidade de reconstruir com precisão as redes regulatórias genéticas. Os resultados obtidos para a inferência de redes de regulação transcricional e pós-transcricional, duas camadas adjacentes e complementares que compõem a rede de regulação glo- bal, tornam evidente a eficiência e robustez da nossa abordagem, encorajando a consolidação de ensemble learning como uma metodologia promissora para decifrar a estrutura de redes regulatórias genéticas. / In this thesis we are concerned about the reverse engineering of gene regulatory networks from post-genomic data, a major challenge in Bioinformatics research. Gene regulatory networks are intricate biological circuits responsible for govern- ing the expression levels (activity) of genes, thereby playing an important role in the control of many cellular processes, including cell differentiation, cell cycle and metabolism. Unveiling the structure of these networks is crucial to gain a systems- level understanding of organisms development and behavior, and eventually shed light on the mechanisms of diseases caused by the deregulation of these cellular pro- cesses. Due to the increasing availability of high-throughput experimental data and the large dimension and complexity of biological systems, computational methods have been essential tools in enabling this investigation. Nonetheless, their perfor- mance is much deteriorated by important computational and biological challenges posed by the scenario. In particular, the noisy and sparse features of biological data turn the network inference into a challenging combinatorial optimization prob- lem, to which current methods fail in respect to the accuracy and robustness of predictions. This thesis aims at investigating the use of ensemble learning tech- niques as means to overcome current limitations and enhance the inference process by exploiting the diversity among multiple inferred models. To this end, we develop computational methods both to generate diverse network predictions and to combine multiple predictions into an ensemble solution, and apply this approach to a number of scenarios with different sources of diversity in order to understand its potential in this specific context. We show that the proposed solutions are competitive with tra- ditional algorithms in the field and improve our capacity to accurately reconstruct gene regulatory networks. Results obtained for the inference of transcriptional and post-transcriptional regulatory networks, two adjacent and complementary layers of the overall gene regulatory network, evidence the efficiency and robustness of our approach, encouraging the consolidation of ensemble systems as a promising methodology to decipher the structure of gene regulatory networks.