Nesta tese apresentamos os estudos de magnetotransporte em poços quânticos largos,\\\\ estreitos e triplos em campos magnéticos baixos. Dependendo dos estudos desejados, me-\\\\dimos a magnetoresistência em regime linear e não linear e sob a aplicação de corrente AC, irradiação de microondas e em gradiente de temperatura ao longo das amostras. Relatamos a observação de efeitos não lineares de corrente alternada em oscilações magneto-inter-sub-bandas de poços quânticos triplos. A oscilação MIS em sistemas de poços quânticos individuais e duplos e também os efeitos não lineares devido à corrente contínua foram estudados antes nestes sistemas. Nossos resultados são explicados de acordo com um modelo generalizado baseado na parte de não equilíbrio da função de distribuição de elétrons. A magnetorresistência não local sob irradiação de microondas é também estudada nesta tese. Os resultados obtidos proporcionam evidências para uma corrente de estado de borda estabilizada por irradiação de microondas, devido às ressonâncias não lineares e foram descritas por um modelo baseado em dinâmica não linear e mapa padrão de Chirikov. Finalmente, observamos uma correlação estreita entre as oscilações de resistência e oscilações de tensão de arraste do fônon induzidas por irradiação de microondas em um sistema bidimensional de eletrons sob campo magnético perpendicular. A influência da resistividade de dissipação modificada por microondas na tensão de arraste do fônon perpendicular ao fluxo de fônons pode explicar nossas observações. Além disso, características nítidas observadas na tensão de arraste do fônon sugerem que os domínios de corrente associados a estes estados podem existir na ausência de condução DC externa. / In this thesis, we present the studies of magneto-transport in narrow , wide and triple quantum wells in low magnetic fields. Depending on the desired studies, we have measured the magneto-resistance both in linear and nonlinear regimes and under the application of AC current, microwave irradiation and temperature gradient along the samples. We have reported the observation of nonlinear effects of AC current on magneto-inter-sub-band oscillations (MIS) of triple quantum wells (TQWs). The MIS oscillations in single and double quantum well system and also nonlinear effects due to DC current have been studied before in these systems. Our results are explained according to a generalized model based on non-equilibrium part of electron distribution function. The nonlocal magneto-resistance under microwave irradiation is also studied within this thesis. The obtained results provide evidence for an edge-state current stabilized by microwave irradiation due to nonlinear resonances and have been described by a model based on the nonlinear dynamics and Chirikov standard map. Finally, we have observed the phonon-drag voltage oscillations correlating with the resistance oscillations under microwave irradiation in a two-dimensional electron gas in perpendicular magnetic field. The influence of dissipative resistivity modified by microwave on phonon-drag voltage perpendicular to the phonon flux can explain our observations. Moreover, sharp features observed in phonon drag voltage suggest the current domains associated with these states can exist in the absence of external DC driving.

Neste trabalho, um novo enfoque para detecção e diagnóstico de falhas (DDF) em robôs manipuladores é apresentado. Um robô com falhas pode causar sérios danos e pode colocar em risco o pessoal presente no ambiente de trabalho. Geralmente, os pesquisadores têm proposto esquemas de DDF baseados no modelo matemático do sistema. Contudo, erros de modelagem podem ocultar os efeitos das falhas e podem ser uma fonte de alarmes falsos. Aqui, duas redes neurais artificiais são utilizadas em um sistema de DDF para robôs manipuladores. Um perceptron multicamadas treinado por retropropagação do erro é usado para reproduzir o comportamento dinâmico do manipulador. As saídas do perceptron são comparadas com as variáveis medidas, gerando o vetor de resíduos. Em seguida, uma rede com função de base radial é usada para classificar os resíduos, gerando a isolação das falhas. Quatro algoritmos diferentes são empregados para treinar esta rede. O primeiro utiliza regularização para reduzir a flexibilidade do modelo. O segundo emprega regularização também, mas ao invés de um único termo de penalidade, cada unidade radial tem um regularização individual. O terceiro algoritmo emprega seleção de subconjuntos para selecionar as unidades radiais a partir dos padrões de treinamento. O quarto emprega o mapa auto-organizável de Kohonen para fixar os centros das unidades radiais próximos aos centros dos aglomerados de padrões. Simulações usando um manipulador com dois graus de liberdade e um Puma 560 são apresentadas, demostrando que o sistema consegue detectar e diagnosticar corretamente falhas que ocorrem em conjuntos de padrões não-treinados. / In this work, a new approach for fault detection and diagnosis in robotic manipulators is presented. A faulty robot could cause serious damages and put in risk the people involved. Usually, researchers have proposed fault detection and diagnosis schemes based on the mathematical model of the system. However, modeling errors could obscure the fault effects and could be a false alarm source. In this work, two artificial neural networks are employed in a fault detection and diagnosis system to robotic manipulators. A multilayer perceptron trained with backpropagation algorithm is employed to reproduce the robotic manipulator dynamical behavior. The perceptron outputs are compared with the real measurements, generating the residual vector. A radial basis function network is utilized to classify the residual vector, generating the fault isolation. Four different algorithms have been employed to train this network. The first utilizes regularization to reduce the flexibility of the model. The second employs regularization too, but instead of only one penalty term, each radial unit has a individual penalty term. The third employs subset selection to choose the radial units from the training patterns. The forth algorithm employs the Kohonen’s self-organizing map to fix the radial unit center near to the cluster centers. Simulations employing a two link manipulator and a Puma 560 manipulator are presented, demonstrating that the system can detect and isolate correctly faults that occur in nontrained pattern sets.

A utilização de Redes Neurais Artificias para fins de identificação e controle de sistemas dinâmicos têm recebido atenção especial de muitos pesquisadores, principalmente no que se refere a sistemas não lineares. Neste trabalho é apresentado um estudo sobre a utilização de um tipo em particular de Rede Neural Artificial, uma Perceptron Multicamadas com Atraso de Tempo, na estimação de estados da etapa fermentativa do processo de Reichstein para produção de vitamina C. A aplicação de Redes Neurais Artificiais a este processo pode ser justificada pela existência de problemas associados à esta etapa, como variáveis de estado não mensuráveis e com incertezas de medida e não linearidade do processo fermentativo, além da dificuldade em se obter um modelo convencional que contemple todas as fases do processo. É estudado também a eficácia do algoritmo de Levenberg-Marquadt, na aceleração do treinamento da Rede Neural Artificial, além de uma comparação do desempenho de estimação de estados das Redes Neurais Artificiais estudadas com o filtro estendido de Kalman, baseado em um modelo não estruturado do processo fermentativo. A análise do desempenho das Redes Neurais Artificiais estudadas é avaliada em termos de uma figura de mérito baseada no erro médio quadrático sendo feitas considerações quanto ao tipo da função de ativação e o número de unidades da camada oculta. Os dados utilizados para treinamento e avaliação da Redes Neurais Artificiais foram obtidos de um conjunto de ensaios interpolados para o intervalo de amostragem desejado. / ldentification and Control of dynamic systems using Artificial Neural Networks has been widely investigated by many researchers in the last few years, with special attention to the application of these in nonlinear systems. ls this works, a study on the utilization of a particular type of Artificial Neural Networks, a Time Delay Multi Layer Perceptron, in the state estimation of the fermentative phase of the Reichstein process of the C vitamin production. The use of Artificial Neural Networks can be justified by the presence of problems, such as uncertain and unmeasurable state variables and process non-linearity, and by the fact that a conventional model that works on all phases of the fermentative processes is very difficult to obtain. The efficiency of the Levenberg Marquadt algorithm on the acceleration of the training process is also studied. Also, a comparison is performed between the studied Artificial Neural Networks and an extended Kalman filter based on a non-structured model for this fermentative process. The analysis of lhe Artificial Neural Networks is carried out using lhe mean square errors taking into consideration lhe activation function and the number of units presents in the hidden layer. A set of batch experimental runs, interpolated to the desired time interval, is used for training and validating the Artificial Neural Networks.

O objetivo geral deste trabalho foi explorar a versatilidade de filmes multicamadas de polieletrólitos (PEM) e suas aplicações em sistemas de entrega de drogas e como filmes funcionais para aplicações biomédicas. Filmes PEM montados pela técnica de camada por camada (layer­-by­-layer, LbL), foram explorados em três aplicações principais. Na primeira, foi explorado o desenvolvimento de um protocolo de funcionalização em filmes de poli(alilamina)/poli (estireno sulfonato), PAH/SPS. Os parâmetros de construção do filme para biotinilação dos grupamentos amina do PAH foram otimizados e aplicados na captura e detecção do antígeno específico da próstata (PSA), na concentração de 100 a 0,1 ng/mL, usando pontos quânticos (Qdots). Em comparação com outros trabalhos, este sistema apresentou uma boa sensibilidade na detecção de PSA, dentro do limite de detecção clínica de 0,4 a 0,1 ng/mL. A segunda aplicação envolveu o desenvolvimento de filmes de sacrifício baseados nas interações naturais da mucina submandibular bovina e da lectina, jacalina (BSM/JAC). Filmes de BSM/JAC apresentaram estabilidade quando submetidos a uma ampla faixa de pH (pH 3-­-9) e em solução de alta força iônica (5 M NaCl). A dissolução dos filmes BSM/JAC pôde ser seletivamente desencadeada mediante à incubação em solução de melibiose, 37 °C, pH 7,4, sem apresentar citotoxicidade às células. Na última parte deste trabalho, a incorporação de lipossomos ecogênicos (ELIP) em mochilas celulares foi investigada. Mochilas celulares são \"patches\" de 7­-10 µm de diâmetro que podem ser fabricados por meio de deposição alternada de polímeros utilizando-­-se a técnica de LbL, sobre uma matriz pré­-moldada obtida por fotolitografia, a fim de criar um sistema composto por três multicamadas estratificadas: uma região de liberação, para promover o destacamento do substrato, uma região de carga de droga, e uma região adesiva às células. O uso de ELIP permitiu incorporação de até 9x mais doxorrubicina (DOX) se comparado com o fármaco livre em solução absorvido pelos dos filmes. A liberação de DOX pelos filmes foi monitorado por 25 dias. Mochilas contendo ELIP-­DOX foram então aderidos a monócitos, e sua viabilidade monitorados por 72h. Mochilas vazias mostraram diminuir a proliferação de monócitos ao longo das 72 horas, enquanto mochilas carregadas com ELIP-­DOX mostraram uma diminuição dramática na população celular, apontando uma potencialização dos efeitos da droga pela sua proximidade com as células. / The overall goal of this thesis was to exploit the versatility of polyelectrolite multilayers (PEM) to be applied in drug delivery systems and biofunctionalizable films for biomedical applications. PEM films assembled by the layer-by­-layer technique were explored in three main applications. In the first part of this work, the development of a functionalization protocol of poly(allylamine)/poly(styrene sulfonate), PAH/SPS was explored. The optimal film parameters to the use of biotinylated multilayers were applied for the capture and detection of prostate specific antigen (PSA) protein in the range of 100 to 0.1 ng/mL, by using quantum dots. Compared to previous work, this system presented a good sensitivity for PSA detection that is within the clinical limit range of 0.4 to 0.1 ng/mL. The second application involved the creation of a novel sacrificial multilayer film. Films based in natural interactions of bovine submaxillary mucin and the lectin jacalin, BSM/JAC were assembled. BSM/JAC films showed stability when underwent a wide rage of pH (pH 3 to 9) and high ionic strength (5 M NaCl) solutions. BSM/JAC dissolution could be triggered released by incubation in melibiose at 37 °C in pH 7.4 buffer, without cytotoxicity. In the last part of this work the incorporation of echogenic liposomes (ELIP) into cell backpacks was investigated. Cell backpacks are 7-10 µm diameter patches that can be fabricated through LbL polymer deposition onto a photopatterned array to create a stacked composite of three stratified multilayer systems: a releasable region for easy detachment from the substrate, a drug payload region, and a cell adhesive region. The use of ELIP allowed up to 9x more doxorubicin (DOX) loading when compared to free drug in solution adsorbed through the films. DOX release from films was monitored for over 25 days. ELIP­-DOX backpacks were then attached to mouse monocytes and their viability monitored by 72h. Empty backpacks showed to decrease monocytes proliferation over the course of 72h, while ELIP­-DOX backpacks showed a dramatic decrease in cell population, showing that DOX effects were enhancement in drug potency by its proximity.