O presente trabalho procura relacionar a aprendizagem Maker e as ferramentas de prototipagem rápidas de maneira à última seja agregada ao ensino e ao desenvolvimento de estudantes. Nele, inicialmente, se buscou explanar as teorias educacionais relacionadas a abordagem de aprendizagem Maker, através da sua história e sua composição. Além disso, foi apresentado as principais ferramentas de prototipagem rápida, do tipo placa eletrônica, pois este tipo permite a utilização dos conceitos da educação ativa, teoria e prática aplicadas em problemáticas da vida cotidiana. Contudo, o estudo tem seu cerne em analisar o desenvolvimento dos estudantes que buscam esse conhecimento e entender o ponto de vista do discente em relação ao tema e a aprendizagem Maker, com o intuito de fornecer arcabouço de dados para fomentar mais formações direcionadas para essas plata- formas. Para tanto, uma metodologia foi proposta, utilizando a plataforma Arduino como propulsora da disseminação dos conceitos de prototipagem, através de cursos de extensão disponibilizados a comunidade. A plataforma foi escolhida devido a sua característica de fácil uso e acesso. Para analise do ponto de vista dos estudantes acerca da abordagem, foi proposto uma pesquisa qualitativa, através de um formulário, que permitiu a coleta de dados e, concomitantemente, com a análise das observações da pesquisadora durante a realização dos cursos.

A coordenação entre as atividades de operação do setor elétrico é realizada por um conjunto de ferramentas e tecnologias, dentre as quais destaca-se a comunicação via áudio entre as equipes de tempo real dos agentes e técnicos em campo. Essas chamadas são gravadas, armazenadas e consultadas, sob demanda, para fins de auditoria e rastreabilidade, e para subsidiar as análises pós-operatórias. Contudo, essas gravações, que contém informações relevantes tanto para a operação do sistema quanto para o faturamento dos agentes, acabam sendo subutilizadas devido à dificuldade de acesso ao seu conteúdo. Assim, ao transcrevê-las, torna-se possível a rastreabilidade e a associação desses áudios entre si e com outros registros de diferentes sistemas operativos, viabilizando a otimização de atividades que demandam de um tempo excessivo dos engenheiros de pós-operação. Essa dissertação apresenta um assistente virtual para centros de operação para geradoras, transmissoras e distribuidoras de energia, que transcreve todas as comunicações via áudio desses centros e aplica técnicas de processamento de linguagem natural para extrair informação dos áudios, classificá-los em temas de interesse da operação e correlacionar as gravações entre si e com sistemas operativos. São apresentados a arquitetura do sistema, os modelos de transcrição de áudio para texto utilizados, o módulo de classificação de ligações e a correlação de ligações entre si e com o SCADA. O projeto aqui descrito se propõe a ajudar na tomada de decisão e contribui para maior eficiência, segurança e confiabilidade operacional da operação e pós-operação do sistema elétrico.

Diante das constantes evoluções tecnológicas que a sociedade moderna vivencia, as in- dústrias tem evoluído cada vez mais em busca de maior eficiência e confiabilidade de seus processos. A busca por novos métodos para otimizar as atividades industriais tem alimentado o interesse no desenvolvimento de pesquisas voltadas para essa área. Apesar das diversas evoluções tecnológicas que as indústrias passam constantemente, o vapor permanece presente em seus processos desde a primeira revolução industrial, sendo ele utilizado para realizar movimentos em máquinas, o que revolucionou o processo produtivo da época. Nos dias atuais sua presença permanece vasta em diferentes tipos de indústria, sendo utilizado amplamente para aquecimento e geração de eletricidade. O equipamento utilizado para a geração de vapor é a caldeira. No processo de geração de vapor em uma caldeira, há duas variáveis de grande importância para o controle que são o nível de água no tubulão e a pressão de vapor no tubulão. O controle dessas variáveis garante a segurança operacional da máquina e o atendimento dos parâmetros do processo por meio da pressão do vapor exigida. Dessa forma, o problema de controle de caldeira é de grande interesse no meio acadêmico e industrial. Para o controle das variáveis relatadas, se faz necessário basicamente a atuação nas válvulas de alimentação de água e de saída de vapor saturado do tubulão. Com base nisso, esse trabalho tem o propósito de realizar o controle do nível de água e da pressão no tubulão de uma caldeira do tipo aquatubular por meio da inteligência artificial, a fim de evitar variações indesejadas de nível e pressão ao passar por variações de carga. Para isso, se faz uso de controladores fuzzy otimizados por algoritmo genético. Testes foram realizados para o modelo e seus resultados se demonstraram satisfatórios.

Fenômenos como vibrações mecânicas, ressonância e oscilações podem ser descritos matematicamente por sistemas de equações diferenciais de segunda ordem, comumente designados de sistemas de segunda ordem. Trabalhar com esse tipo de modelo, em vez dos modelos de estado de primeira ordem, traz benefícios numéricos, embora haja dificuldades inerentes à determinação de seus parâmetros físicos. Os desafios são ainda mais significativos quando se considera a existência de atrasos entre as medições dos estados e os sinais de atuação, levando algumas abordagens à necessidade de uma pós-análise para determinar a estabilidade das soluções calculadas. Uma alternativa para contornar as dificuldades de medição de parâmetros é a abordagem por resposta em frequência, que usa modelos baseados em receptância. Esta dissertação de mestrado trata do projeto de controladores do tipo Proporcional Integral Derivativo (PID) para sistemas dinâmicos lineares com atraso, modelados por equações diferenciais matriciais de segunda ordem. Adota-se, neste trabalho, a abordagem por receptância, que, por se basear na resposta em frequência do sistema, permite tratar da estabilidade em malha fechada de forma exata, sem a necessidade de recorrer a aproximações do termo de atraso nem a verificações a posteriori. No caso, formula-se um problema de otimização para a determinação dos ganhos do controlador que garantam robustez, por meio de uma margem de estabilidade pré-estabelecida e de desempenho, além da minimização da Integral do Erro Absoluto, relativo ao seguimento de uma referência constante. Logo, implementa-se um Algoritmo Genético para resolver o problema de otimização. Dessa forma, diferentemente de trabalhos correlatos na literatura, o método proposto pode ser aplicado igualmente a sistemas com polos de malha aberta no semiplano direito.

Neste trabalho propõe-se um método para o projeto de controladores por realimentação derivativa de estados de sistemas lineares representados por equações diferenciais matriciais de segunda ordem com atraso no sinal de controle. A partir da representação no domínio da frequência, conhecida como modelo por receptância, é formulado um problema de otimização para o cálculo de ganhos do controlador que limitem o pico em frequência de uma função de sensibilidade, garantindo assim estabilidade robusta em malha fechada mesmo diante do atraso. Algoritmo Genético é usado na resolução do problema de minimização. Para tratar de sistemas com matriz massa singular, uma estrutura com o preditor de Smith filtrado é proposta, a qual garante a regularização do sistema e a eliminação de dinâmicas impulsivas para condições iniciais consistentes. Experimentos numéricos ilustram a eficácia do método proposto, inclusive na eliminação de dinâmicas impulsivas, e trazem comparações com controladores por realimentação de estado.

O Diabetes Mellitus Tipo 1 é uma doença de acomete milhões de pessoas no mundo. Recentemente, graças ao incrível avanço no campo dos dispositivos embarcados, têm surgido propostas de dispositivos que injetam insulina por via subcutânea, no intuito de regular automaticamente a concentração de glicose no sangue do paciente diabético. Deste modo, este Pâncreas Artificial poderia proporcionar aos pacientes uma vida com mais qualidade, autonomia e conforto. Este trabalho visa projetar um controlador não linear inteligente com compensador por redes neurais artificias do tipo função de base radial (RBF, Radial Basis Function) para um pâncreas artificial utilizando o modelo IVP (Identifiable Virtual Patient) de regulação glicêmica para simular a dinâmica do paciente virtual. Os pacientes virtuais e as refeições são geradas de forma aletaória de acordo com distribuições normais e os parâmetros dos pacientes são variados de forma senoidal ao longo da simulação. A abordagem de controle proposta não tem conhecimento da dinâmica do sistema e não é avisada quando o paciente realiza uma refeição. O primeiro controlador analisado foi baseado na técnica de linearização por realimentação com compensador por rede neural RBF e algoritmo de projeção e o segundo foi baseado no controle por modos deslizantes com compensador por rede neural RBF. Na primeira parte dos testes, foram simulados 200 pacientes virtuais com duração de 7 dias e com 3 refeições por dia. Os controladores obtiveram desempenhos equivalentes com o pior cenário registrando média glicêmica de 115,97 mg/dL e 97,14% de tempo em regime normoglicêmico. Na segunda parte, foi simulado 1 paciente virtual por um período de 63 dias com 3 refeições diárias, visando analisar o comportamento dos controladores à longo prazo. No pior cenário, as simulações registraram glicemia média de 119,20 mg/dL e 93,67% de tempo em normoglicemia. Nesse caso, a técnica de linearização por realimentação apresentou um melhor desempenho, sugerindo que – à longo prazo – o algoritmo de projeção proporciona maior estabilidade à atualização do vetor de pesos da rede neural. Os resultados indicam que, devido a capacidade de aprendizagem contínua e adaptação às mudanças do sistema, o controle inteligente proposto se mostrou apto para lidar com o problema de regulação glicêmica em pacientes com diabetes mellitus tipo 1 de forma eficaz.

Ao longo dos últimos anos têm sido desenvolvidos diversos trabalhos que envolvem a utilização de um exoesqueleto para reabilitação e assistência à caminhada de pacientes que possuam algum grau de deficiência motora. Embora um progresso significativo tenha sido alcançado, ainda existem diversos desafios a serem superados. Uma característica desejável é que os movimentos produzidos pelo exoesqueleto sejam automaticamente adaptados conforme o usuário caminhe e, para que isso aconteça, é imprescindível a utilização de um sistema de visão computacional que obtenha as informações do ambiente em que o usuário esteja localizado, classificando as estruturas que compõe a cena como transponíveis ou não. Nesse contexto, uma nova estratégia voltada para a detecção de rampas e degraus que possam ser transpostas por usuários de um exoesqueleto e que estejam de acordo com especificações técnicas é proposta. Inicialmente, um sensor RGB-D será utilizado para capturar informações tridimensionais do ambiente na forma de uma estrutura de dados chamada de nuvem de pontos. Em seguida, detectam-se segmentos de planos utilizando uma metodologia baseada em hipótese e verificação. Analisando o vetor normal dos segmentos de planos detectados é possível estabelecer candidatos a degraus e rampas. Por fim, através da análise das dimensões geométricas é possível verificar se as rampas e degraus são transponíveis. Resultados foram obtidos aplicando a metodologia proposta considerando ambientes distintos, onde foi possível detectar e modelar rampas e degraus satisfatoriamente.

Os avanços tecnológicos das últimas décadas, juntamente com a padronização dos CubeSats, tornaram viável a utilização de nanossatélites para fins comerciais e institucionais. Aproveitando-se dessa tendência, o Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE) vem desenvolvendo o projeto CONASAT, que consiste em uma constelação de nanossatélites para coleta de dados ambientais. A interação em constelação exige razoável precisão do sistema de determinação e controle de atitude (ADCS) dos satélites, em meio a limitações da plataforma CubeSat e do custo do projeto. Nesse contexto, o presente trabalho apresenta uma alternativa de menor complexidade ao filtro de Kalman estendido (EKF), com uma implementação do observador de estados de Luenberger para sistemas não lineares, tendo em vista a estimação da atitude e velocidade angular do satélite, considerando o uso do algoritmo QUEST para obtenção da atitude a partir de vetores medidos. Adota-se um modelo cinemático do sistema com parametrização da matriz de rotação por quatérnio e um modelo dinâmico considerando o objeto como um corpo rígido com a presença de torque devido a perturbações magnéticas. O sistema de sensores de atitude é composto por um magnetômetro e um sensor solar, simulados a partir do modelo ideal com adição de ruído branco. O estimador implementado é avaliado por meio de simulação, juntamente com uma abordagem do EKF com restrição de norma. Por fim, algumas conclusões e considerações finais são apresentadas.

Propomos o projeto e desenvolvimento do veleiro autônomo N-Boat II, construído pelos laboratórios associados Natalnet (UFRN) e LAICA (IFRN). Introduzimos o projeto eletromecânico, desde a concepção e construção até a fase de controle do mesmo. Seu grande diferencial é hardware distribuído por afinidade ao longo de compartimentos estanques isolados entre si. Com premissa de ser um protótipo passível de replicação e de possuir código aberto, este modelo robótico será utilizado, à princípio, no monitoramento da qualidade da água.  No entanto essa plataforma pode ser utilizada em inúmeras tarefas de diversas naturezas.  Dessa forma, espera-se ao final deste trabalho, disponibilizar à comunidade uma infraestrutura completa, com potencial para ser utilizada de forma cientifica, comercial ou militar, em propostas que necessitem de um veículo robótico de superfície aquática com autonomia suficiente para missões de média e longa duração. 

Neste trabalho, é proposto a criação de um sistema de visão computacional para uma
órtese ativa com intuito de garantir mais autonomia nos movimentos para usuários que necessitam
utilizar esse tipo de tecnologia. Esses equipamentos geralmente não apresentam
meios para compreender o ambiente de trabalho, o que impossibilita a órtese de se localizar
no ambiente e prever ações dos seus usuários, por exemplo. Nesse contexto, apresentase
uma estratégia que, através de uma câmera RGB-D, se obtenha a nuvem de pontos do
cenário para detectar as regiões planares do ambiente. Partindo do principio que a grande
maioria dos locais de caminhada são regiões planas, podemos classificar regiões transponíveis
para a órtese com base no conjunto de pontos que podem ser classificados como o
piso, por exemplo. Para que seja possível executar a detecção e classificação de planos de
forma rápida, é necessário que haja uma serie de transformações e filtragens com intuito
de diminuir a quantidade de dados para processamento. Os experimentos tanto experimentais
quanto práticos obtiveram valores satisfatórios para identificação desse tipo de
região com redução considerável do conjunto de pontos trabalhados, mantendo a forma
do plano próximo ao original.

Em UPGNs (Unidades de Processamento do Gás Natural), um dos produtos de maior rentabilidade é o GLP (Gás Liquefeito de Petróleo) que é composto majoritariamente por propano (C3) e butano (C4). Além disso, o pentano (C5) e o etano (C2) também podem se fazer presente no GLP como contaminantes. A medição da fração molar dos componentes dos produtos da destilação é feita através de cromatógrafos a gás. Porém a cromatografia é um processo lento, impossibilitando que o monitoramento da qualidade do produto seja feito em tempo real. Neste trabalho, propõe-se um soft sensor, utilizando a redes neurais artificias, com o objetivo de inferir as frações molares de C3, C4, C5 e do C2. Dessa forma, seria possível estimar às frações molares desses componentes do GLP minuto a minuto, de maneira consideravelmente mais rápida que a tradicional, por cromatógrafos. Os resultados obtidos são promissores, mostrando que o sensor virtual pode inferir as frações molares de C3, C4, C5 e C2 e, assim, habilitar melhora no monitoramento da qualidade do GLP e, consequentemente, na lucratividade.

Este trabalho apresenta um simulador de controle de atitude para nanossatélites composto por um sistema de navegação (estimador de atitude) e um controlador Proporcional Derivativo (PD). Os sensores considerados para estimar a atitude foram um magnetômetro e um sensor solar, ambos simulados por meio de um modelo ideal com a adição de um ruído branco. Para representar a cinemática, o nanossatélite foi considerado como um corpo rígido e a representação da sua atitude em quatérnio. No sistema de navegação, o Filtro de Kalman Estendido com restrição de norma demonstrou-se adequado para os sensores embarcados no nanossatélite, permitindo estimar a velocidade angular e o quatérnio. Diferentes testes foram realizados para validar o simulador, o sistema de navegação e o controlador PD. Os resultados demonstram que o conjunto é capaz de estabilizar e corrigir a atitude do nanosatélite, mesmo na presença de diferentes perturbações, grandes ângulos e altas velocidades angulares. Assim, o simulador produzido apresentou resultados adequados, permitindo que seja utilizado nos estudos futuros de nanossatélites.

A habilidade de seguir ou de se mover acompanhando uma pessoa ou um objeto especificado, capaz de se deslocar, é uma perícia necessária em diversos agentes autônomos para realizar várias tarefas presentes no cotidiano, podendo ser aplicado tanto em tarefas corriqueiras, como em carrinhos de supermercado ou limpeza de ambientes, quanto às tarefas de mais alto risco como em grandes indústrias ou carros autônomos. A ideia apresentada aqui é a de desenvolver um método de rastreamento e perseguição de alvo aplicável à robôs móveis terrestres com rodas que possuem restrições em sua movimentação, que fazem com que técnicas de controle padrão nem sempre possam ser aplicadas. O trabalho desenvolvido aqui também leva em consideração a utilização de uma técnica de detecção de alvo que possa se tornar adaptável a praticamente qualquer tipo de alvo estipulado pelo projetista de acordo com as necessidades de sua aplicação. O desenvolvimento dos métodos propostos foram realizados agregando técnicas de reconhecimento de padrões, utilizados em câmeras RGB comuns, técnicas de estimativa de posição e orientação e algoritmos de controle inteligentes aplicáveis a robôs com restrições de movimentação, que possuem baixo custo computacional.

Em visão artificial, usam-se vários dispositivos como o MS Kinect v1/v2, as câmeras estéreo PG Bumblebee XB3 e a Stereolabs ZED, entre outros. Como todos são dispositivos que estimam dados de profundidade, eles podem ter erros. Neste trabalho, apresenta-se o projeto e implementação de um método genérico para a estimação do erro RMS em dados de profundidade fornecidos por qualquer dispositivo capaz de gerar dados do tipo RGB-D, isto é, uma imagem e o mapa de profundidade, ao mesmo tempo. Para verificação do método se construiu um sistema embarcado baseado na placa NVIDIA Jetson TK1 e três sensores, as duas versões do MS Kinect e a câmera estéreo ZED. No momento da coleta de dados,  foram estabelecidos os modelos matemáticos do erro RMS para cada dispositivo e, ao final, foi feita uma análise da exatidão de cada um. O método proposto é a base para outros trabalhos futuros, como p. ex. conseguir uma reconstrução 3D usando a mistura de dados de profundidade capturados por vários sensores 3D, com o menor erro RMS possível. Alem disso,  a informação de erro obtida através do método possa ser usada em qualquer aplicação para obter resultados mais exatos.

Com o surgimento de técnicas de controle que utilizam estratégias não lineares combinadas com algoritmos da inteligência artificial, tem sido possível em diversas área da engenharia o controle eficaz de sistemas não lineares, mesmo na presença de elevado grau de incertezas. A lógica difusa (fuzzy) se destaca dentre as técnicas de inteligência artificial tanto pela facilidade de sua implementação quanto pela semelhança entre o seu processo de inferência e o raciocínio humano. Outra vantagem reside no fato da lógica difusa não necessitar de conhecimento prévio do modelo do sistema, quando aplicada ao controle de sistemas dinâmicos. No que tange às estratégias de controle não linear, a principal limitação da técnica de linearização por realimentação, por exemplo, está na necessidade do conhecimento do modelo do sistema. Os sistemas eletro-hidráulicos, por sua vez, possuem modelo não linear de difícil controle pelas técnicas tradicionais e são utilizados em diversas áreas da engenharia, como por exemplo nos setores industrial e aeroespacial. Desta forma, mostra-se extremamente importante que seu controle seja realizado de maneira eficiente, tanto por questões de economia quanto de segurança. Partindo das dificuldades apresentadas ao tentar controlar esse tipo de sistema, são apresentadas propostas de utilização da técnica de controle de linearização por realimentação em conjunto com a lógica difusa para compensar a não linearidade de zona morta e demais incertezas inerentes a este tipo de sistema. Para avaliar o desempenho das estratégias de controle propostas são realizadas simulações numéricas utilizando um modelo não linear simplificado desse sistema e também são desenvolvidos testes experimentais em um atuador eletro-hidráulico de bancada.

Propomos um sistema mecatrônico completo para monitoramento da qualidade da água em rios, lagoas (e represas) e no mar, capaz de realizar a coleta, processamento e apresentação dos dados na web, em tempo real, com o intuito de facilitar a sua análise, de forma rápida e precisa pelas comunidades interessadas. A título de aplicação, o sistema está sendo embarcado em um veleiro robótico autônomo, que será a plataforma responsável por coletar os dados em vários pontos pré-definidos em um sistema de planejamento de navegação. Este projeto une as vantagens da autonomia de um veleiro robótico com a necessidade de monitoramento rápido e preciso da qualidade da água. Introduzimos a arquitetura de hardware e software de um sistema de monitoramento genérico que dá suporte a diferente aplicações, focando sua utilização em um veleiro robótico autônomo não tripulado, facilitando o desenvolvimento de pesquisas nessa área.