Relatório de Iniciação Tecnológica

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Biodesign De Um Sistema Muscular Pneumático
(2023) Moraes, Felipe Junqueira
Nesta pesquisa de iniciação tecnológica, investiga-se o potencial dos músculos pneumáticos como uma solução inovadora para melhorar o movimento em próteses e órteses, com uma ênfase clara na importância da contínua pesquisa nesse campo, bem como no estímulo à inovação para aprimorar a qualidade de vida dos indivíduos com deficiência. O principal escopo deste estudo está centrado na implementação de músculos pneumáticos com o propósito de otimizar o desempenho de próteses e órteses. A metodologia adotada segue uma abordagem fundamentada no processo de Biodesign, com particular ênfase nas fases de identificação e inovação. A fase de identificação visa aprofundar a compreensão das necessidades dos pacientes, destacando questões críticas, tais como a falta de acessibilidade a dispositivos de alta qualidade, a necessidade premente de personalização desses dispositivos e a ausência de tecnologias inovadoras para monitoramento remoto. O foco da inovação reside na exploração detalhada dos músculos pneumáticos, com um enfoque específico no músculo McKibben, que oferece uma abordagem biomimética para replicar a contração muscular humana. O processo de fabricação envolve seleção criteriosa de materiais adequados e a integração de elementos essenciais, incluindo uma fonte de ar comprimido, uma câmara de ar, válvulas e um sistema de acionamento. Em suma, os resultados preliminares indicam que os músculos pneumáticos têm a capacidade de se aproximar dos valores de contração muscular observados na anatomia biológica. Além disso, a análise detalhada da perda de massa no sistema emerge como uma variável crítica, influenciando diretamente o desempenho e a eficácia dos músculos pneumáticos. Esta análise da perda de massa fornece insights valiosos para o ajuste otimizado do tempo de preenchimento da câmara de ar, com vistas a garantir o desempenho consistente e adequado desses dispositivos inovadores.
Simulação computacional do comportamento dinâmico em máquinas CNC
(2023) Carvalho, Enrico Lopez Borges de
Quando uma força é aplicada a um corpo, a deformação resultante pode levar à ruptura, dependendo da frequência de aplicação. Essa frequência é chamada de frequência natural e, na usinagem, é crucial que a frequência de operação da máquina seja diferente da frequência natural das peças e componentes para evitar vibrações excessivas que comprometem a qualidade da usinagem e aumentam o desgaste da máquina e das ferramentas de corte. Este estudo busca compreender o comportamento da máquina por meio de simulações computacionais e identificar pontos que possam ser modificados para melhorar o projeto original.
Desenvolvimento de dispositivo para monitoramento de oxigenação sanguínea com infravermelho próximo
(2023) Damasceno, Barbara Martins
O monitoramento de oxigenação sanguínea pode ser usado como prognóstico para a SDRA, síndrome do desconforto respiratório agudo, por meio da espectroscopia por infravermelho próximo. Essa é uma técnica não invasiva que já é utilizada para outros estudos como monitoração da atividade cerebral e muscular. O objetivo desse trabalho é desenvolver um protótipo para ser utilizado em unidades de terapia intensiva. O protótipo contará com um sensor óptico e uma interface para coleta e processamento dos dados obtidos. O trabalho possui uma parte teórica sobre a interação entre luz e tecido, a espectroscopia por infravermelho próximo, a elaboração do esquema elétrico para o sensor óptico, e uma parte prática envolvendo a montagem em protoboard do sensor óptico e a programação do sensor óptico.
Implementação quântica do algoritmo de box fitting para detecção de trânsitos planetários
(2023) Barreto, Arthur Martins de Souza
Este projeto consiste na implementação do algoritmo BLS (Box Least Squares), para detec ção de trânsitos planetários. A partir do algoritmo proposto originalmente décadas atrás implementou-se uma nova versão, sendo o foco deste projeto validá-lo e por consequência encontrar a equação que o relaciona com o já implementado atualmente pela biblioteca astropy. Para a validação do algoritmo foi calculado o valor de retorno do mesmo para diferentes pontos, e a partir deles o cálculo e da constante de proporcionalidade. Para o próximo passo da implementação do algoritmo se faez uso de redes neurais para acelerar o procedimento. Em uma iteração futura, após a validação da rede neural, treiná-la usando computação quântica.
Inteligência Artificial Explicável (XAI) na área médica
(2023) Machado, Arthur Cisotto
A Inteligência Artificial (IA), em seu avanço, permeia agora diversas facetas de nossas vidas, desde assistentes por voz a anúncios personalizados. Contudo, enquanto a IA exibe potencial em múltiplos domínios. A opacidade de muitos de seus modelos, particularmente aqueles classificados como "caixa preta", ressalta uma preocupação crescente com a interpretabilidade. A capacidade de decifrar e justificar as previsões e decisões de um modelo é fundamental, especialmente em aplicações vitais como a medicina, onde cada decisão pode repercutir diretamente na vida dos pacientes. Neste relatório, ao mergulhar na interface entre modelos de machine learning e sua relevância clínica, constatamos a necessidade premente de equilibrar eficiência preditiva e transparência. Os resultados indicam uma dualidade: enquanto modelos mais complexos demonstraram superioridade em acurácia, sua interpretabilidade frequentemente decaía. Para aprofundar a compreensão dos atributos determinantes nas previsões, empregamos a análise SHAP, uma ferramenta de destaque no domínio do machine learning. Os insights obtidos com esta análise tornaram-se cruciais para validar e contextualizar as previsões no cenário clínico. Em conclusão, à medida que a IA continua a moldar a medicina, a busca por modelos de alta performance que mantenham a transparência se torna essencial. As descobertas do estudo sublinham a necessidade emergente de métricas robustas de interpretabilidade, garantindo que os modelos adotados sejam não só precisos, mas também intuitivos e compreensíveis para a comunidade médica.
Biomimética e o desenvolvimento de estruturas mecatrônicas: sistema dinâmico de controle de luminosidade inspirado em íris ocular
(2023) Ogawa, Alessandra Yumi Carvalho
Biomimética é uma área da ciência e engenharia dedicada ao estudo da natureza como inspiração para soluções de problemas humanos. Há anos os estudiosos deste ramo têm encontrado soluções estruturais, organizacionais e processuais para dilemas e desafios dentro da engenharia. Muito populares são as soluções aerodinâmicas, formatos e design de meios de transporte que imitam animais que se locomovem eficientemente, e de materiais, polímeros biodegradáveis e materiais biofílicos. Iluminação natural e seus benefícios são áreas de crescente interesse, mas poucas são as soluções biomiméticas e biofílicas para o controle da entrada de luz em ambientes em que sua abundância se torna incômoda. O presente projeto visa explorar como formas e processos presentes no mundo animal e vegetal podem apresentar uma solução para a administração dinâmica e confortável da entrada de luz natural em um ambiente. Com um design biomimético similar ao da íris e pupila ocular, o dispositivo mecatrônico aqui proposto pode ser aplicado para controle de luz em áreas internas e externas, promovendo uma interação homem-natureza saudável e biofílica. Esta pesquisa propõe e descreve o funcionamento de um sistema dinâmico de controle de luminosidade inspirado em formatos biológicos com o propósito principal de oferecer ao usuário uma experiência fotônica confortável.
Caracterização de materiais para otimização do processo de deposição de metais com energia direcionada (DED).
(2023) Kyrillos, Luísa Manzig
Dentre as vantagens da manufatura aditiva e da manufatura subtrativa, as máquinas-ferramentas híbridas são utilizadas para agrupar ambas as modalidades em só lugar. A deposição de energia direcionada (DED), vem ganhando destaque devido à sua capacidade para produção de geometrias complexas, reparo de componentes danificados e a adaptabilidade em centros CNC. Essa, por sua vez, depende de diversos parâmetros, tais como: velocidade de varredura e potência do laser; que influenciam diretamente no produto e que impactam na sua finalidade. Entretanto, em resultados anteriores que buscavam a otimização da fabricação, as peças manufaturadas com mesma receita mostraram que a reprodutibilidade da máquina em questão pudesse estar comprometida. Dessa forma, amostras foram produzidas em lote com mesmos parâmetros e posteriormente analisadas no que diz respeito à sua microestrutura e dimensões finais. Por fim, dados levantados das amostras levam à confirmação que em receitas iguais há uma certa irregularidade de dimensões, quantidade de poros e durezas, apesar de uma das receitas (R3, com potência do laser de 300W e velocidade de varredura de 5 mm/s) se mostrar a mais constante dentre as receitas testadas. Sendo assim, hipóteses foram levantadas para explicar a falta de reprodutibilidade da máquina, como o acúmulo de calor no bico do laser.
Obtenção de dados primários na periferia de São Paulo para análise de conforto térmico
(2023) Lima, Fabricio Neri
Com o avanço das mudanças climáticas e aumento da temperatura mundial aliado ao desenvolvimento não planejado das grandes cidades, os efeitos tornam-se mais drásticos. Essa mudança gera a necessidade da obtenção de dados no interior das residências de modo a entender qual a nova realidade. O presente estudo tem por objetivo desenvolver uma solução de baixo custo, escalável e de fácil manuseio capaz de tornar o processo de obtenção de dados referentes ao conforto térmico no interior de residências mais simples, além de fomentar uma maior discussão no tema. Por meio dos dados obtidos, torna-se possível a geração de políticas públicas baseadas em evidencia
Estudo Analítico de Crypto Ransomwares utilizados em ataques cibernéticos no Brasil em 2021
(2022) Oliveira, Matheus Silva Melo de
Com o crescimento exponencial de dispositivos conectados à redes, ataques utilizando softwares maliciosos de encriptação se tornaram uma comunalidade, atingindo diferentes escopos da sociedade, seja em seu aspecto público ou privado. Dessa forma, analisar comportamento destas amostras, com objetivo principal de se propagar estratégias de mitigação se tornam uma necessidade. Neste relatório, são propostas análises históricas e técnicas que dissequem softwares maliciosos, com objetivo de amplificar análises mitigatórias e informativas dessas ameaças, além de prototipar uma solução que seja eficiente para mitigação e redução de danos contra as ameaças analisadas, gerando assim uma ferramenta interessante para o meio cibernético no certame de análise de Malware.
Tecnologias para maior inserção de mulheres lésbicas em Ciência & Tecnologia
(2022) Alves, Gabriela Albuquerque
O projeto em questão localiza-se no campo dos Estudos Sociais da Ciência, Tecnologia e Sociedade. Nele, buscamos analisar possíveis implicações das relações de gênero e sexualidades na área da Educação, conhecida como Science, Technology, Engineering and Mathematics (STEM). O recorte analítico desenvovido foca na participação de mulheres homossexuais (lésbicas) no campo científico tecnológico. Pesquisas evidenciam a operação de diversos mecanismos sociais que estruturam sistemas de opressão sobre públicos LGBTQIA+. Tais opressões, dentre outro efeitos, resultam em desencorajamentos, desistências acadêmicas e marginalização econômica e social deste segmento ao buscarem adentrar à STEM em universidades ou mesmo darem continuidade às suas carreias profissionais em Ciência e Tecnologia (C&T). Deste modo, o principal objetivo deste projeto é propor tecnologias que possam contribuir para o aumento e fortalecimento da inserção e permanência especificamente de mulheres lésbicas na STEM, tanto no âmbito educacional, quanto profissional. Para contribuirmos no debate, entendemos ser necessária e possível a construção de tecnologias de apoio, orientação e socialização de experiências e oportunidades entre lésbicas deste campo. Por esse motivo, propusemos a criação de uma plataforma virtual (site), cujo desenvolvimento se dará a partir de uma base de dados especialmente coletada com este público. Assim, ao disponibilizarmos este site a comunidade lésbica poderá usufruir de uma maior interação entre as interessadas, reunindo - de modo seguro e encorajador - lésbicas que planejam se formar nas áreas das ciências naturais e exatas, com aquelas que já iniciaram ou encontram-se consolidadas em suas carreiras. Para isso, até o momento, já foram levantados e sistematizados por nós dados e análises frutos de revisão bibliográfica parcial e continua. Além disso, houve a montagem de um questionário on-line que foi encaminhado como teste para uma amostra de profissionais. Com as respostas que coletaremos planejamos constituir nossa própria base de dados. Será a análise desta base que possibilitará o aperfeiçoamento de site, também já prototipado. Apostamos que com ferramentas e funcionalidades bem aprimoradas, as usuárias poderão ter uma ótima experiência de navegação, se identificando e desenvolvendo formas de apoio mútuo entre estudantes, cientistas e tecnólogas que compõe a diversidade.
Aceleração de Algoritmos de High-Frequency Trading com FPGA
(2022) Yamashiro, Eiki Luis
A bolsa de valores oferece diversos benefícios para investidores, com a renda proveniente de um certo nível de risco, de forma a promover o aquecimento de toda cadeia produtiva e econômica dos países. O High-Frequency Trading ou operações em alta frequência permite a análise de uma grande quantidade de informação, à uma alta cadência de transferência de dados. Entre o tempo da requisição até a recepção da ordem, o preço pode variar, ou seja, o valor esperado, pode ser diferente do valor real. Mediante a essa situação, um método para acelerar algoritmos através de FPGAs é proposto, com o objetivo de diminuir o tempo entre a requisição e a recepção. O foco da aceleração está na decodificação do protocolo FIX através da placa FPGA.
Controle vetorizado de empuxo baseado em dispositivos flexíveis para sistemas propulsivos
(2022) Cintra, Diogo Nobre de Aráujo
Neste trabalho, foi realizado a modelagem e controle de um protótipo (veículo de testes) com um Thrust Vector Control (TVC), o qual é comumente utilizado no controle de atitude/orientação de satélites e foguetes. Existem diversos mecanismos capazes da realizar tal controle, o mais comum dentre eles é a plataforma Stuart. Dito isso, este trabalho buscou mecanismos alternativos capazes de realizar este controle de atitude. Em parceria com o Marshall Space Flight Center (NASA), a Brigham Young Univer sity6 desenvolveu um mecanismo flexível capaz de controlar a orientação de um vetor, sem a necessidade de componentes complexos como: fuso, engrenagem, rolamento e lubrificações periódicas. Dessa forma, o veículo de testes desenvolvido, fez o uso deste mecanismo flexível para controlar a orientação do empuxo gerado pelo seu sistema de propulsão, resultando no controle a dinâmica de atitude do veículo. Para tal fim, com o auxílio das equações de Newton-Euler, foi realizado a modelagem do sistema e sua linearização. Adiante, foram utilizadas duas estratégias de controle, controlador PD com a representação no espaço de estados (REE) da planta linearizada e o compensador com realimentação completa dos estados estimados com a REE identificada experimentalmente. Ao final deste processo, o compensador com realimentação completa dos estados estimados demonstrou-se muito superior ao controlador PD.
Transmissão de Energia Elétrica Sem Fio
(2022) Costa, Nicole Sarvasi Alves da
A transmissão de energia elétrica sem fio, sem uma conexão elétrica física, possibilita uma enorme variedade de aplicações, desde o carregamento de telefones celulares até operações espaciais [1] [2] [3] [4]. A habilidade de transmitir energia elétrica sem fio, de um modo eficiente e seguro, pode revolucionar o modo como sistemas de energia elétrica são utilizados pelo mundo. Com isso em mente, a presente pesquisa pretende modelar, simular e validar uma tecnologia de transmissão de energia elétrica sem fio com o objetivo de apreender conhecimento e propor caminhos de aprimoramento em pesquisas futuras. O método de transmissão de energia elétrica sem fio utilizado na pesquisa é denominado acoplamento magnético indutivo por ressonância. Ao longo do relatório, será detalhado o histórico e o funcionamento de tal método, assim como sua modelagem e simulação computacional, além da análise dos desafios para os desenvolvimentos do protótipo.
Estudo de caso: Otimização processo de deposição de metais com energia direcionada (DED)
(2022) Figueiredo, Igor
Para combinar as vantagens da manufatura aditiva e subtrativa, foram desenvolvidas máquinas-ferramentas híbridas. No processo híbrido, a deposição de energia direcionada (DED) é a tecnologia de manufatura aditiva mais utilizada devido à sua adaptabilidade aos centros de usinagem CNC. No entanto, antes de um processo de usinagem, para garantir a integridade de uma peça impressa, vários parâmetros de processos devem ser definidos adequadamente. Não apenas existem vários parâmetros, mas também alguns desses parâmetros influenciam diferentes variáveis – por exemplo: o avanço do cabeçote influencia tanto na densidade de energia depositada quanto no volume de pó depositado. Além disso, outro fator que dificulta a obtenção de uma boa qualidade em uma peça é que alguns parâmetros relevantes para a manufatura aditiva não podem ser controlados devido às restrições do centro de usinagem CNC (ex: atmosfera). Neste trabalho, a potência do laser e a velocidade de avanço, na Romi DCM 620-5X Hybrid, foram sistematicamente variadas para imprimir amostras de 316L com o objetivo de construir uma matriz de qualidade, analisando a influência dos parâmetros em conjunto, e verificar a reprodutibilidade da máquina. As micrografias mostram uma microestrutura complexa, combinada entre dendritas equiaxiais e colunares que cresceram em diferentes direções. A microdureza indicou a presença de heterogeneidades ao longo da amostra. Se tratando das macrografias, a variação do avanço, para uma potência fixa, resultou na diminuição da altura final da peça, enquanto a variação da potência para um avanço fixo resultou em uma melhor diluição. Em aspectos dimensionais, foram identificadas variações significativas entre valores individuais de altura quando comparadas amostras de receitas distintas. Além disso, a porosidade também foi avaliada e indicou irregularidades entre amostras de uma mesma receita. A microdureza, porosidade e dimensões, por sua vez, questionam a reprodutibilidade da máquina, sendo necessário uma nova avaliação dessa questão.
Análise Comparativa entre EKS Kubernetes e AWS Lambda para Treinamento de Machine Learning
(2021) Dip, Carlos Eduardo
Neste trabalho um modelo de machine learning será treinado em duas plataformas de desenvolvimento em nuvem, com intuito de compará-las em termos de custo e facilidade de uso. O modelo em si não é o foco do projeto, e foi usado como simulação de carga de trabalho para testar o desempenho. A primeira plataforma será a AWS Lambda da Amazon, que é do tipo serverless, permitindo a execução de código de maneira agnóstica ao hardware, assim possibilitando que uma tarefa longa seja executada de forma mais rápida por ser dividida em múltiplas tarefas menores. A segunda será a plataforma Kubernetes, com objetivo semelhante de paralelização, a qual será executada na EKS (Elastic Kubernetes Services), também da Amazon, usando contêineres Docker. Será feita uma análise qualitativa sobre a facilidade de implementação sob os dois paradigmas, além de uma análise quantitativa sobre custo.
Caracterização de materiais para otimização do processo de deposição de metais com energia direcionada (DED)
(2021) Henriques, Ana Beatriz Bertolucci
A manufatura aditiva, principalmente de metais e polímeros, possui o potencial de ampliar as alternativas da indústria no que diz respeito a dinamização e facilitação da fabricação de peças. Tal fato se deve as características deste processo, as quais conferem a possibilidade de confecção de peças com geometrias complexas, além do conserto de dispositivos danificados. Frente ao exposto, é proposto o presente estudo que objetiva relacionar as variações paramétricas com a qualidade da peça obtida, consequentemente sendo possível determinar ou avaliar estratégias para mensurar a qualidade de peças fabricadas em aço inox 316L e aço ferramenta H13 na manufatura aditiva por energia direcionada (DED). Neste ínterim, peças foram fabricadas com variação sistemática dos parâmetros em várias rodadas de testes e posteriormente analisadas no que diz respeito a sua microestrutura e dimensões finais da amostra. No geral, as amostras demonstraram comportamentos semelhantes, sobretudo no que diz respeito a variação da potência e sua influência no aparecimento e diminuição de respectivamente, poros por prendimento de gás e poros por falta de fusão. Neste contexto a velocidade de avanço também demonstrou influência notória nas dimensões da peça, com destaque para a altura. A vazão, por sua vez, foi considerada um parâmetro significativo no processo, bem como qualquer outro parâmetro capaz de alterá-la indireta ou indiretamente, como é o caso da velocidade de avanço. Estas rodadas de teste permitiram iniciar a construção de matrizes de qualidade que auxiliaram na determinação de amostras futuras e permitirão no futuro traçar estratégias otimizar a produção de peças com boa qualidade.
Reciclagem do resíduo da fabricação de peças injetadas
(2021) Alexandre, Beatriz Galassi
No cenário atual, da pandemia do novo coronavírus, o Insper produziu Face Shields por meio do processo de injeção do PEAD. Esse processo de fabricação gera resíduos que poderiam formar novos produtos ao serem reprocessados. Contudo, sabe-se que ao reciclar um polímero, ele sofre alterações. Então, surgiu o interesse de estudar as mudanças que ocorrem com o polímero reprocessado sucessivamente e como as indústrias trabalham com esse material. Assim, indústrias foram entrevistadas e os resíduos da injeção reciclados, formando corpos de provas utilizados para ensaio de tração e espectroscopia no infravermelho. Foram realizados oito ciclos de reciclagem e foi possível notar uma diminuição do limite de escoamento a cada reprocessamento até o sexto. De modo complementar, foi possível observar mudanças no espectro no infravermelho das amostras obtidas dos primeiros ciclos em relação a amostra virgem. Os resultados levantaram a hipótese de que o PEAD se torna ramificado durante os primeiros ciclos de reciclagem. Contudo, a partir do sétimo ciclo, o aumento no limite de escoamento levantou a hipótese de que o polímero passa a formar uma estrutura em rede após alguns reprocessamentos. Além disso, as entrevistas com as indústrias mostraram que elas podem usufruir de estudos sobre a reciclagem de polímeros para terem um melhor aproveitamento do material em seus processos.
Blockchain e eleições: fortalecimento democrático
(2020) Telho, Pedro Paulo Mendonça
Os dados acerca do número de abstenções no Brasil durante o período das eleições vêm aumentando no decorrer dos anos. Diante disso, o estudo a seguir propõe hipóteses que têm a possibilidade de mitigar esse problema e tenta solucioná-las através do uso da tecnologia Blockchain. O estudo também remodela a forma de participação dos candidatos e eleitores durante esse período, criando uma relação contratual entre ambas as partes, fato que, garante a auditabilidade do voto através de plataformas eletrônicas e possibilita a fiscalização dos candidatos durante o mandato.
Caracterização de materiais para otimização do processo de deposição de metais com energia direcionada (DED)
(2020) Henriques, Ana Beatriz Bertolucci
A manufatura aditiva, principalmente de metais e polímeros, possui o potencial de ampliar as alternativas da indústria no que diz respeito a dinamização e facilitação da fabricação de peças. Tal fato se deve as características desta manufatura, as quais conferem a possibilidade de confecção de peças com geometrias complexas, além do conserto de dispositivos danificados. Frente ao exposto, é proposto o presente estudo que objetiva avaliar ou refutar estratégias para mensurar a qualidade de peças fabricadas em aço 316L na manufatura aditiva por energia direcionada (DED). Neste ínterim, peças foram fabricadas e posteriormente analisadas no que diz respeito a sua microestrutura e dimensões finais da amostra. No geral, as amostras demonstraram comportamentos dimensionais semelhantes, embora tenham sido observadas diferenças relacionadas a quantidade de pó depositado em peças fabricadas em diferentes períodos. Os resultados também sinalizaram para uma participação significativa da vazão de pó no que diz respeito a qualidade da peça. Portanto, tal relação deve ser considerada em estudos posteriores.
Sensoriamento virtual do fluxo de vento em turbinas eólicas
(2020) Dias, Pedro Villas Bôas
O campo de vento incidente no rotor aerodinâmico deixa sua marca na resposta temporal da turbina eólica. Esse fato pode ser explorado utilizando a turbina eólica como sensor; medindo a resposta da turbina em termos de cargas mecânicas do topo da torre, rotação do gerador, potência elétrica e ângulo de passo das pás, pode-se inferir as características do vento. Este relatório descreve um observador do estado do vento que estima três parâmetros do vento a partir das medições acima citadas: velocidade efetiva do vento, perfil vertical de velocidade de vento e direção do vento. O observador resultante fornece características de fluxo de vento no rotor que podem ser exploradas para controle de turbinas eólicas e parques eólicos. A formulação proposta é avaliada através de simulações numéricas, via MATLAB em condições de vento turbulento e não turbulento, usando um modelo aeroservoelástico de alta fidelidade de uma turbina eólica multi-MW

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