Advancing computational biophysics with Virtual Reality

Modelos computacionais são ferramentas poderosas para explorar as propriedades de sistemas biológicos complexos. Na neurociência computacional, permitir fácil exploração e visualização computacional desses modelos é crucial para o progresso do campo. Nos últimos anos, os sistemas de visualização 3D e o hardware de realidade virtual tornaram-se mais acessíveis e isso abre uma janela de oportunidade para os serviços de visualização. O principal problema atual da visualização 3D diz respeito à usabilidade (ou seja, navegação e seleção). Durante esta dissertação, hipotetizaremos que a substituição do 3D por VR irá (1) superar os problemas de usabilidade mencionados e, eventualmente, (2) aumentar a eficácia dos utilizadores em relação às questões do campo de estudo (neurociência). Para avaliar os resultados do trabalho desenvolvido nesta dissertação, será realizada uma experiência de duas partes, em que um grupo de indivíduos deverá executar um conjunto de tarefas pré-determinadas e avaliar sua experiência usando 3D na primeira e VR na última parte. Além da autoavaliação da experiência, dados como tempo de conclusão e correção da tarefa também serão usados para quantificar a eficácia do método de visualização. Dada a experiência mencionada, um protótipo de uma aplicação (baseada na Web) com visualização de Realidade Virtual deve ser desenvolvido. A visualização 3D será fornecida por uma framework de código aberto baseada na Web, chamada Geppetto. Cada uma das decisões tomadas no desenvolvimento do protótipo será analisada adequadamente neste documento, bem como a literatura científica que servirá de base quando necessário. Além do estudo da Realidade Virtual propriamente dita, também serão analisados métodos padronizados para a visualização de informações (neuro) científicas. A solução proposta procurará constituir uma base de trabalho sólida e suficientemente genérica a ser aplicada, não apenas no contexto da neurociência, mas também em vários outros contextos onde a visualização de modelos através de Realidade Virtual poderá ser bem-sucedida.Computational models are powerful tools for exploring the properties of complex biological systems. In computational neuroscience, allowing easy computational exploration and visualization of this models is crucial for the progress of the field. In recent years, Virtual Reality hardware and visualization systems have become more affordable and this opens a window of opportunity for visualization services. The current major problem of 3D visualization concerns usability (i.e., navigation and selection). During this dissertation, we will hypothesize that the replacement of 3D for VR will (1) overcome the usability issues mentioned and eventually (2) boost user effectiveness regarding field of study (neuroscience) concerns. In order to evaluate the results of the work developed under this dissertation, a two-part experiment will be carried out where a group of individuals must perform a set of predetermined tasks and evaluate their experience using 3D in the first and VR in the last part. Besides the self-evaluation of the experiment, data such as completion time and task correctness will also be used to quantify the effectiveness of the visualization method. Given the aforementioned experiment, a prototype of a (web-based) application with Virtual Reality visualization shall be developed. The 3D visualization will be provided by a web-based open-sourced framework called Geppetto. Each of the decisions made in the development of the prototype will be properly analyzed in this document, as well as the scientific literature that will serve as a basis when necessary. Besides the study of Virtual Reality itself, standard methods with respect to the visualization of (neuro)scientific information will also be analyzed. The proposed solution will seek to constitute a solid and sufficiently generic work base to be applied, not only in the scope of neuroscience, but also in several other contexts where visualization through VR might be successful

Blocos de solo-cimento: uma alternativa sustentável para o reaproveitamento de resíduos sólidos industriais

Objetivou-se, com o presente estudo, analisar potenciais resíduos sólidos industriais que possam ser adicionados a blocos de solo-cimento. Foi realizada uma revisão bibliográfica narrativa por meio da base acadêmica Scopus, utilizando-se como critérios de busca palavras-chave ligadas ao tema, como: solo-cimento, materiais de construção, blocos de solo-cimento, tijolos solocimento, propriedades físicas e mecânicas, resíduos sólidos, análise de ciclo de vida e construção civil. Observou-se a versatilidade de resíduos sólidos industriais que podem ser incorporados em blocos de solo-cimento, como resíduos de rochas ornamentais, lodo de estações de tratamento de água, serragem de madeira, fibras de politereftalato de etileno, fibras vegetais de bucha, fibras de cânhamo, cascas de arroz, capim braquiária, cascas de ovos aviários, bagaço de cana-de-açúcar, palha de trigo e cevada, escória de soldagem, areia de fundição, rejeitos de mineração de quartzito, de construção e demolição, tornearia mecânica, grãos de indústria de celulose e coprodutos siderúrgicos. Entre os resíduos incorporados que contribuíram para a melhoria nas propriedades físicas e mecânicas dos blocos de solo-cimento estiveram: grãos da indústria de celulose, casca de arroz, capim braquiária, subprodutos siderúrgicos com blocos de solo-cimento granulado e escória de alto forno. Os resíduos sem resultados satisfatórios foram lodo de estação de tratamento de água, bagaço de cana-de-açúcar e bucha vegetal. Por meio desta pesquisa foi possível verificar que o comportamento dos blocos de solo-cimento é influenciado por diversos fatores em sua fabricação, principalmente no que diz respeito ao tipo e ao percentual de resíduos incorporados. Entretanto, é importante a preocupação com a sua aplicação de modo a não potencializar os impactos ambientais em longo prazo.This study aimed to analyze potential industrial solid waste that can be added to soil-cement blocks. A narrative literature review was conducted in the Scopus academic database, using as the search criteria keywords related to the topic, such as soil-cement, building materials, soil-cement blocks, soil-cement bricks, physical and mechanical properties, solid waste, life cycle analysis, and civil construction. A variety of industrial solid waste that can be incorporated into soil-cement blocks was observed, such as waste rock, sludge from water treatment plants, wood sawdust, polyethylene terephthalate fibers (PET), vegetable fibers from loofah, hemp fibers, rice husks, brachiaria grass, poultry eggshells, sugar cane bagasse, wheat and barley straw, welding slag, foundry sand, waste from quartzite mining, construction, and demolition, mechanical turning, pulp industry grains, and steel mill co-products. Among the investigated wastes, those that improved the physical and mechanical properties of the soil-cement blocks were grains from the cellulose industry, rice husks, Brachiaria grass, steel by-products with granulated soil-cement blocks and blast furnace slag. The waste that produced no satisfactory results was sludge from a water treatment plant, sugarcane bagasse, and vegetable loofah. Through this research, it was possible to verify that the behavior of soil-cement blocks is influenced by several factors in their manufacture, mainly regarding the type and percentage of incorporated waste. However, it is important to be concerned with its application in waste blocks so as not to increase the environmental impacts in the long term