Neste trabalho foram estudados e aplicados vários métodos para reconhecimento de padrões e processamento de sinais, utilizando dados obtidos a partir de diferentes montagens experimentais de um Nariz Eletrônico, onde os sinais gerados por um conjunto de sensores condutivos em regime de temperatura variável, foram analisados com o objetivo de obter conjuntos de padrões que permitam identificar substâncias químicas. Adicionalmente foram discutidas estratégias de generalização da resposta dos sensores através da análise do tempo de resposta, sensibilidade e seletividade dos sensores. Foi discutida a utilização dos algoritmos de processamento de sinais e reconhecimento de padrões em forma conjunta com a finalidade de otimizar o processo de extração de informação e tomada de decisões a partir de um banco de dados. A utilização integrada do processamento de sinais e as técnicas de reconhecimento de padrões permitem definir e construir sistemas bem estruturados a partir dos quais pode ser extraída a informação desejada e conseqüente tomada de decisões, estas estruturas são conhecidas como “DATAWAREHOUSE". A utilização de sistemas tipo “DATAWAREHOUSE" permitirão a manipulação rápida da informação mesmo em bancos de dados de elevada e variada quantidade de dados. Foi proposta uma metodologia para a extração de informação a partir do sinal de ruído de um sensor de gás através da utilização de ajustes auto-regressivos conjuntamente com a aplicação do principio de máxima entropia. Com os resultados obtidos foi proposto um sistema de Nariz Eletrônico conformado apenas por um sensor de gás onde o processo de reconhecimento dos diferentes gases foi obtido através de um controlador Fuzzy. O Nariz Eletrônico proposto desta forma apresentou-se robusto e estável. / In this work, several methods for pattern recognition and signal processing were studied and applied, using data obtained from different experimental setup of the Electronic Nose. The signals were obtained from the array of conductive sensor into de Nose system, which worked under variable temperature condition. The signal analyses results were used to obtain patterns in order to identify different chemical substances. In addition it was discussed the possibility of the generalization of sensors response, in this sense the response time, sensibility and selectivity of each gas sensors were analyzed. It was discussed using together the signal processing algorithm and pattern recognition process in order to obtain an optimum process of the information extraction and make decision from the data bank. The integrated use of the signal process and pattern recognition promotes the definition and building of the well data banks structures known as DATAWAREHOUSE. These systems will promote the rapid and efficient data manipulation even with high and heterogeneous data banks. It was proposed an information extraction methodology from the noise signal of the gas sensor throughout auto – regressive fitting process together with the Maximum Entropy Method. The Electronic Nose was proposed as consequence of the experimental results, the Nose system proposed contained only one gas sensor. The gas recognition process was made by Fuzzy controller system. This Electronic Nose showed a robust and stable behavior.

O presente trabalho consiste no desenvolvimento de uma nova técnica de identificação de materiais poliméricos por meio do uso de um nariz eletrônico. Narizes eletrônicos têm sido desenvolvidos para detecção automática e classificação de odores e gases. São instrumentos capazes de medir a concentração ou intensidade odorante de modo similar a um olfatômetro, mas sem as limitações inerentes ao uso de painel humano, o que é altamente desejável. O nariz eletrônico é composto por um sistema de sensores, no nosso caso, utilizamos um arranjo de quatro sensores, que foram confeccionados pela deposição de finos filmes de polímeros condutores dopados sobre a superfície de eletrodos interdigitados. Estes sensores foram conectados a condutivímetros acoplados a um computador de uso pessoal (PC) através de um conversor AD. O PC era dotado de softwares de aquisição e tratamento de dados. Amostras dos materiais a serem analisados foram aquecidas a 257°C e o arranjo de sensores foi exposto aos compostos voláteis produzidos durante esse aquecimento. Realizaram-se 30 ensaios formados por períodos de exposição (5 segundos; compostos voláteis) intercalados por períodos de recuperação (45 segundos; ar puro). Os dados obtidos foram tratados estatisticamente por Análises de Componentes Principais (PCA). Esse arranjo de sensores mostrou-se eficiente, sendo capaz de diferenciar nove tipos de materiais poliméricos testados. Apresentou 100% de acerto em 30 ensaios de classificação realizados. / This research consists in the development of a new technique capable of the identification of polymeric materials using an electronic nose. Electronic noses have been developed for automatic detection and classification of odors, vapors and gases. They are instruments capable of measuring the concentration or intensity of an odorant similarly to an olfactometer, but without the inherent limitations of the human panel, which is highly desired. The electronic nose is composed by a system of chemoresistive sensors, in this case, an array of four sensors was used, which were made through a deposition of thin films of doped conductive polymers, on the surface of interdigitated electrodes. These sensors were connected to conductivity meters coupled to a personal computer (PC) through AD converters. The PC had acquisition and data processing softwares installed on it. Thirty readings were made or each analyzed polymer consisting of alternated 5 seconds exposure periods and 45 seconds recovery periods. The collected data were statistically processed by Principal Component Analysis (PCA). This electronic nose was efficient, being able to identify nine types of polymeric materials through the analysis of the different volatile compounds released when these materials were heated to the heat of 257ºC. A 100% correct classification score was obtained in the 30 sets of analysis.

Diferentes estudos têm demonstrado uma maior prevalência de rinite alérgica nas áreas urbanas, sugerindo um efeito decorrente da exposição à poluentes. Por esta razão, resolvemos estudar a relação da poluição atmosférica com os achados do citológico nasal em 11 pacientes com rinite alérgica nas quatro estações do ano e compará-los a 12 indivíduos normais. No verão, observamos um aumento significante de eosinófilos no grupo alérgico (p = 0,007) e um predomínio de células ciliadas no grupo controle (p = 0,021). No outono, houve um predomínio de neutrófilos no grupo controle (p = 0,027). No inverno, ocorreu um aumento de neutrófilos (p = 0,015) no grupo controle. Houve um aumento das células caliciformes (p = 0,019) no grupo alérgico. Na primavera, ocorreu um aumento dos neutrófilos (p = 0,025) no grupo controle / Different studies have demonstrated an increase in the prevalence of allergic rhinitis in urban areas, suggesting an effect resulting from exposure to pollutants. Therefore, we studied the relationship between atmospheric pollution and nasal cytological findings in 11 patients with allergic rhinitis during the four seasons of the year compared to 12 normal individuals. In summer, a significant increase in eosinophils was observed in the allergic group (p = 0.007) and there was a predominance of ciliated cells in the control group (p = 0.021). In autumn, neutrophils predominated in the control group (p = 0.027), and an increase in neutrophils (p = 0.015) was observed in winter. An increase in goblet cells (p = 0.019) was observed in the allergic group. In spring, there was an increase of neutrophils (p = 0.025) in the control group

This research focuses on the effect of several convex and concave nose shapes on cavity formation for both hydrophilic and hydrophobic projectiles. It specifically investigates the effect of convex shape on the threshold velocity for cavity formation as well as the effect of concave shapes on cavity formation in terms of impact velocity, geometry of the concave shape and wettability of the projectile. For the convex cases, the streamlined axisymmetric shape significantly increases the threshold velocity when cavities form and is most pronounced for the ogive and cone. The study demonstrates that measuring the wetting angle and impact velocity is not enough to predict cavity behavior, rather the roughness and nose shape must also be taken into consideration for convex projectiles. For the concave cases, the cavities formed are highly influenced by impact speed and nose shape. Wetting angle did not have any visible effect on the cavity formed at higher impact speeds (7 m/s). The dynamics of the cavity formation are dominated by the pocket of trapped air formed when the concave projectiles impact the water. At low impact speeds (~0-1 m/s) the trapped air can separate the flow from the leading edge of the projectile nose when venting out and cause a large cavity to form, depending on the specific concave shape and speed. At moderate impact speeds (1-4 m/s) the trapped air will vent completely underwater forming a small ring-shaped cavity. At high impact speeds (4-10 m/s) the trapped pocket of air compresses tremendously and causes an unsteady pressure pulse, which can result in the formation of a bubble and jet in front of the cavity. The jet is formed by water passing behind the pocket of trapped air along the walls of the concave nose and converging into a jet at the top of the concave shape and entraining the trapped air as it descends.

Mejora del rendimiento de la nariz electrónica basada en espectrometría de masas mediante la incorporación del tiempo de retención cromatografico como una nueva dimensión de datosLa importancia del sentido de olor en la naturaleza y en la sociedad humana queda latente con el gran interés que se muestra en el análisis del olor y el gusto en la industria alimentaria. Aunque las aéreas mas interesadas son las de la alimentación y bebida, también se ha mostrado la necesitad para esta tecnología en otros campos como en el de la cosmética. Lamentablemente, el uso de los paneles sensoriales humanos o paneles caninos son costosos, propensos al cansancio, subjetivos, poco fiables e inadecuados para cuantificar, mientras que el análisis de laboratorio, a pesar de la precisión, imparcialidad y capacidad cuantitativa, necesita una labor intensa, con personal especializado y requiere de mucho tiempo. Debido a estos inconvenientes el concepto de olfato artificial generó un gran interés en entornos industriales.El término "nariz electrónica" se asocia con una serie de sensores de gases químicos, con una amplia superposición de selectividad para las mediciones de compuestos volátiles en combinación con los instrumentos informáticos de análisis de datos. La nariz electrónica se utiliza para proporcionar una información comparativa en vez de una cualitativa en un análisis, y porque la interpretación puede ser automatizada, el dispositivo es adecuado para el control de calidad y análisis. A pesar de algunos logros prometedores, los sensores de estado sólido de gas no han cumplido con sus expectativas. La baja sensibilidad y selectividad, la corta vida del sensor, la calibración difícil y los problemas de deriva han demostrado serias limitaciones. En un esfuerzo para mejorar los inconvenientes de los sensores de estado sólido, se han adoptado nuevos enfoques, utilizando diferentes sensores para la nariz electrónica. Sistemas de sensores ópticos, la espectrometría de movilidad iónica y la espectrometría infrarroja son ejemplos de técnicas que han sido probadas.Las narices electrónicas basadas en la espectrometría de masas (MS) aparecieron por primera vez en 1998 [B. Dittmann, S. y G. Nitz Horner. Adv. Food Sci. 20 (1998), p. 115], y representan un salto importante en la sensibilidad, retando a la nariz electrónica basada en sensores químicos. Este nuevo enfoque del concepto de una nariz electrónica usa sensores virtuales en forma de proporciones m/z. Una huella digital compleja y muy reproducible se obtiene en forma de un espectro de masas, que se procesa mediante algoritmos de reconocimiento de patrones para la clasificación y cuantificación. A pesar de que la nariz electrónica basada en la espectrometría de masas supera a la nariz electrónica clásica de sensores de estado sólido en muchos aspectos, su uso se limita actualmente a la instrumentación de laboratorio de escritorio. La falta de portabilidad no representará necesariamente un problema en el futuro, dado que espectrómetros de masas en miniatura se han fabricado ya en una fase de prototipado.Un inconveniente más crítico de la nariz electrónica basada en MS consiste en la manera en la que se analizan las muestras. La fragmentación simultánea de mezclas complejas de isómeros pueden producir resultados muy similares a raíz de este enfoque. Una nariz electrónica mejor sería la que combina la sensibilidad y el poder de identificación del detector de masas con la capacidad de separación de la cromatografía de gases. El principal inconveniente de este enfoque es de nuevo el coste y la falta de portabilidad de los equipos. Además de los problemas anteriores con la espectrometría de masas, el análisis de cromatografía de gases requiere mucho tiempo de medida.Para abordar estas cuestiones, se han reportado miniaturizaciones en cromatografía capilar de gases (GC) que hacen posible el GC-en-un-chip, CG-rápido y CG-flash que hacen uso de columnas cortas, reduciendo el tiempo de análisis a los tiempos de elución como segundos y, en algunos casos, se han comercializado. La miniaturización de la espectrometría de masas y cromatografía de gases tiene un gran potencial para mejorar el rendimiento, la utilidad y la accesibilidad de la nueva generación de narices electrónicas.Esta tesis se dedica al estudio y a la evaluación del enfoque del GC-MS para la nariz electrónica como un paso anterior al desarrollo de las tecnologías mencionadas anteriormente. El objetivo principal de la tesis es de estudiar si el tiempo de retención de una separación de cromatografía puede mejorar el rendimiento de la nariz electrónica basada en MS, mostrando que la adición de una tercera dimensión trae más información, ayudando a la clasificación de las pruebas. Esto se puede hacer de dos maneras: · comparando el análisis de datos de dos vías de espectrometría de masas con análisis de datos de dos vías de matrices desplegadas y concatenadas para los datos de tres vías y · comparando el análisis de datos de dos vías del espectrometría de masas con el análisis de datos de tres vías para el conjunto de datos tridimensionales.Desde el punto de vista de cromatografía, la meta será la de optimizar el método cromatográfico con el fin de reducir el tiempo de análisis a un mínimo sin dejar de tener resultados aceptables.Un paso importante en el análisis de datos multivariados de vías múltiples es el preprocesamiento de datos. Debido a este objetivo, el último objetivo será el de determinar qué técnicas de preprocesamiento son las mejores para y el análisis de dos y tres vías de datos.Con el fin de alcanzar los objetivos propuestos se crearon dos grupos de datos. El primero consiste en las mezclas de nueve isómeros de dimetilfenol y etilfenol. La razón de esta elección fue la similitud de los espectros de masas entre sí. De esta manera la nariz electrónica basada en espectrometría de masas sería retada por el conjunto de datos. También teniendo en cuenta el tiempo de retención de los nueve isómeros solos, las soluciones se hicieron, como si el conjunto de datos demostraría el reto si se usaría sólo el tiempo de retención. Por tanto, este conjunto de datos "artificiales" sostiene nuestras esperanzas en mostrar las mejoras de la utilización de ambas dimensiones, la MS (espectros de masas) y la GC (tiempo de retención).Veinte clases, representando las soluciones de los nueve isómeros se midieron en diez repeticiones cada una, por tres métodos cromatográficos, dando un total de 600 mediciones. Los métodos cromatográficos fueron diseñados para dar un cromatograma resuelto por completo, un pico coeluido y una situación intermediaria con un cromatograma resuelto parcialmente. Los datos fueron registrados en una matriz de tres dimensiones con las siguientes direcciones: (muestras medidas) x (proporción m/z) x (tiempo de retención). Por "colapsar" los ejes X e Y del tiempo de retención cromatográfica y los fragmentos m/z, respectivamente, se obtuvieron dos matrices que representan los espectros de masa regular y el cromatograma de iones totales, respectivamente. Estos enfoques sueltan la información traída por la tercera dimensión y el despliegue por lo que la matriz original 3D y la concatenación de las TIC y el espectro de masa media se han tenido en consideración como una forma de preservar la información adicional de la tercera dimensión en una matriz de dos dimensiones.Los datos fueron tratados mediante la alineación de picos, con una media de centrado y la normalización por la altura máxima y el área del pico, los instrumentos de pre-procesamiento que también fueron evaluados por sus logros.Para el análisis de datos de dos vías fueron utilizados el PCA, PLS-DA y fuzzyARTMAP. La agrupación de PCA y PARAFAC fueron evaluados por la relación intervariedad - intravariedad, mientras que los resultados mediante fuzzy ARTMAP fueron dados como el éxito de la las tasas de clasificación en porcentajes.Cuando PCA y PARAFAC se utilizaron, como era de esperar, el método de cromatografía resuelto (método 1) dio los mejores resultados globales, donde los algoritmos 2D funcionan mejor, mientras que en un caso más complicado (picos más coeluidos del método 3) pierden eficacia frente a métodos 3D.En el caso de PLS-DA y n-PLS, aunque los resultados no son tan concluyentes como los resultados del PCA y PARAFAC, tratándose de las diferencias mínimas, el modelo de vías múltiples PLS-DA ofrece un porcentaje de éxito en la predicción de ambos conjuntos de datos. También se recomienda el n-PLS en vez de utilizar datos desplegados y concatenados, ya que construye un modelo más parsimonioso.Para el análisis fuzzyARTMAP, la estrategia de votación empleada ha demostrado que al usar los espectros de masa media y la información del cromatograma de iones totales juntos se obtienen resultados más consistentes.En el segundo conjunto de datos se aborda el problema de la adulteración del aceite de oliva extra virgen con aceite de avellana, que debido a las similitudes entre los dos aceites es una de las más difíciles de detectar. Cuatro aceites extra virgen de oliva y dos aceites de avellana se midieron puros y en mezclas de 30%, 10%, 5% y 2% con los mismos objetivos mostrando que la adición de la extra dimensión mejora los resultados. Se han hechos cinco repeticiones para cada preparación, dando un total de 190 muestras: 4 aceites puros de oliva, 2 aceites puros de avellana y 32 adulteraciones de aceite de avellana en aceite de oliva, dando un total de 38 clases. Dos métodos cromatográficos fueron utilizados. El primero estaba dirigido a una completa separación de los componentes del aceite de oliva y empleó una separación con temperatura programable, mientras que el objetivo del segundo método fue un pico coeluido, por lo tanto fue contratada una temperatura constante de separación. Los datos fueron analizados por medio de la PCA, PARAFAC, PLS-DA y PLS-n.Como en el conjunto "artificial" de datos, el PCA y PARAFAC se analizaron por medio de la capacidad de clusterización, que mostró que los mejores resultados se obtienen con los datos desplegados seguido por los datos 3D tratados con el PARAFAC.Desde el punto de vista de optimización de la columna, los logros obtenidos por la columna corta está por debajo del enfoque de la columna larga, pero este caso demuestra una vez más que la adición de los incrementos de tercera dimensión mejoran la nariz electrónica basada en MS.Para el PLS-DA y n-PLS se evaluaron las tasas de éxito comparativamente, tanto para las corridas cromatográficas largas como para las cortas. Mientras que para la columna larga el mejor rendimiento es para los datos del cromatograma de iones totales (TIC), la columna corta muestra mejor rendimiento para los datos concatenados de los espectros de masa media y TIC. Además, la predicción de las tasas de éxito son las mismas para los datos TIC de columna larga como para los datos concatenados de la columna corta. Este caso es muy interesante porque demuestra que el enfoque PLS de la tercera dimensión mejora los resultados y, por otra parte, mediante el uso de la columna corta el tiempo de análisis se acorta considerablemente.Se esperan ciertos logros de la nariz electrónica. Por el momento, ninguno de esos enfoques se acercó lo suficiente para producir una respuesta positiva en los mercados. Los sensores de estado sólido tienen inconvenientes casi imposibles de superar. La nariz electrónica basada en espectrometría de masas tiene una falta de portabilidad y a veces sus logros son insuficientes, y el aparato del cromatógrafo de gases-espectrómetro de masas sufre problemas de portabilidad igual que espectrómetro de masas y toma mucho tiempo. El desarrollo de potentes algoritmos matemáticos durante los últimos años, junto con los avances en la miniaturización, tanto para MS y GC y mostrar cromatografía rápida cierta esperanza de una nariz electrónica mucho mejor.A través de este trabajo podemos afirmar que la adición del tiempo de retención cromatográfica como una dimensión extra aporta una ventaja sobre las actuales tecnologías de la nariz electrónica. Mientras que para los cromatogramas totalmente resueltos no se logran mejoras o la ganancia es mínima, sobre todo en la predicción, para una columna corta la información adicional mejora los resultados, en algunos casos, hacerlos tan bien como cuando una larga columna se utiliza. Esto es muy importante ya que las mediciones en un cromatógrafo de gases - espectrometro de masas se pueden optimizar para tramos muy cortos, una característica muy importante para una nariz electrónica. Esto permitiría el diseño de un instrumento de mayor rendimiento, adecuado para el control de calidad en líneas de productos.

"Was war die Nase im 18. Jahrhundert? Wie sah die "Nasologie" des Zeitalters aus, die der Hannoveraner Arzt Johann Georg Zimmermann (1728-1795) als neue Wissenschaft konzipieren wollte?

Control de calidad sensorial de bebidas alcohólicas utilizando rápidos sensores químicosEn la presente tesis Doctoral, han sido aplicados dos sensores artificiales para el análisis debebidas alcohólicas: la nariz electrónica basada en la espectrometría de masas (MS) y la lenguaelectrónica basada en la espectroscopía infrarroja con transformada de Fourier (FTIR). Elpropósito fue desarrollar nuevas estrategias para analizar la autenticidad de estos productos,desde un punto de vista sensorial, por medio de técnicas las espectrales antes mencionadas.Adicionalmente, ha sido utilizado un espectrofotómetro UV-visible como ojo electrónico. Eltrabajo presentado pretende ser un avance significativo hacia el desarrollo de un catadorelectrónico mediante la fusión de los tres sensores químicos: nariz electrónica, lenguaelectrónica y ojo electrónico.Sensory quality control of alcoholic beverages using fast chemical sensorsIn the present Doctoral Thesis, two chemical artificial sensors are applied to the analysis ofalcoholic beverages: the Mass Spectrometry (MS)-based electronic-noses and Fouriertransform infrared (FTIR)-based electronic-tongue. The aim was developing new strategies totest the authenticity of these products, from a sensory point of view, by means of the spectraltechniques above mentioned. Additionally, has been used an UV-visible spectrophotometer aselectronic eye. The work presented wants to be a significant advance towards the developmentof an electronic taster through the fusion of three chemical sensors: electronic nose, electronictongue and electronic eye.

A wireless electronic nose network system has been developed for monitoring and analyzing livestock farm odour. The system utilizes electronic noses (e-noses) that can measure odour compounds and environment factors such as temperature and humidity. The e-noses are deployed at various locations on the farm, and sensor signals are transmitted via a wireless communication to a central station, where the data processing and sensor fusion algorithms analyze the collected odour data, compute the odour concentration, and display the odour dispersion plume. This system would provide users with convenient odour monitoring capabilities and help the development of an effective overall odour management strategy. In addition, an adaptive neuro-fuzzy inference approach is proposed to calibrate the e-nose responses to human panelists' perception. The proposed method can handle non-numeric information and human expert knowledge in livestock farm odour models, and can adjust the parameters in a systematic manner for optimal system performance. The proposed approach has been tested against a livestock farm odour database. Several livestock farm odour models have been developed for comparative studies. The results show that the proposed approach provides a more accurate odour prediction than a typical multi-layer feedforward neural network. Furthermore, to model odour dispersion around livestock facilities, a biologically inspired odour dispersion model is proposed, and is tested using computer simulations and a livestock farm odour database. Results show that the proposed approach is effective in providing accurate modelling of odour dispersion from multiple and various types of odour sources in both static and non-static environments.

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The Indiana Bat (Myotis sodalis) population had decreased by 56% between 1967 and 2006. In summer 2006, a mysterious disease called White Nose Syndrome was first identified. Since then, the disease killed almost one million bats in North America. Many Biologists believe that both the population decrease before the appearance of the disease and WNS are associated with climate. In a joined effort with Yellowstone Ecological Research Center (YERC), US Fish and Wildlife Service (USFWS) and NASA Terrestrial Observation and Prediction System (TOPS), our study is a partial population viability analysis which aims to establish a link between bat population dynamic and climate before the appearance of WNS. / Biostatistics