A Novel Path Planning Optimization Algorithm for Semi-Autonomous UAV in Bird Repellent Systems Based in Particle Swarm Optimization

Bird damage to fruit crops causes significant monetary losses to farmers annually. The application of traditional bird repelling methods such as bird cannons and tree netting became inefficient in the long run, keeping high maintenance and reduced mobility. Due to their versatility, Unmanned Aerial Vehicles (UAVs) can be beneficial to solve this problem. However, due to their low battery capacity that equals low flight duration, it is necessary to evolve path planning optimization. A path planning optimization algorithm of UAVs based on Particle Swarm Optimization (PSO) is presented in this dissertation. This technique was used due to the need for an easy implementation optimization algorithm to start the initial tests. The PSO algorithm is simple and has few control parameters while maintaining a good performance. This path planning optimization algorithm aims to manage the drone's distance and flight time, applying optimization and randomness techniques to overcome the disadvantages of the traditional systems. The proposed algorithm's performance was tested in three study cases: two of them in simulation to test the variation of each parameter and one in the field to test the influence on battery management and height influence. All cases were tested in the three possible situations: same incidence rate, different rates, and different rates with no bird damage to fruit crops. The proposed algorithm presents promising results with an outstanding reduced average error in the total distance for the path planning obtained and low execution time. However, it is necessary to point out that the path planning optimization algorithm may have difficulty finding a suitable solution if there is a bad ratio between the total distance for path planning and points of interest. The field tests were also essential to understand the algorithm's behavior of the path planning algorithm in the UAV, showing that there is less energy discharged with fewer points of interest, but that do not correlates with the flight time. Also, there is no association between the maximum horizontal speed and the flight time, which means that the function to calculate the total distance for path planning needs to be adjusted.Anualmente, os danos causados pelas aves em pomares criam perdas monetárias significativas aos agricultores. A aplicação de métodos tradicionais de dispersão de aves, como canhões repelentes de aves e redes nas árvores, torna-se ineficiente a longo prazo, sendo ainda de alta manutenção e de mobilidade reduzida. Devido à sua versatilidade, os Veículos Aéreos Não Tripulados (VANT) podem ser benéficos para resolver este problema. No entanto, devido à baixa capacidade das suas baterias, que se traduz num baixo tempo de voo, é necessário otimizar o planeamento dos caminhos. Nesta dissertação, é apresentado um algoritmo de otimização para planeamento de caminhos para VANT baseado no Particle Swarm Optimization (PSO). Para se iniciarem os primeiros testes do algoritmo proposto, a técnica utilizada foi a supracitada devido à necessidade de um algoritmo de otimização fácil de implementar. O algoritmo PSO é simples e possuí poucos parâmetros de controlo, mantendo um bom desempenho. Este algoritmo de otimização de planeamento de caminhos propõe-se a gerir a distância e o tempo de voo do drone, aplicando técnicas de otimização e de aleatoriedade para superar a sua desvantagem relativamente aos sistemas tradicionais. O desempenho do algoritmo de planeamento de caminhos foi testado em três casos de estudo: dois deles em simulação para testar a variação de cada parâmetro e outro em campo para testar a capacidade da bateria. Todos os casos foram testados nas três situações possíveis: mesma taxa de incidência, taxas diferentes e taxas diferentes sem danos de aves. Os resultados apresentados pelo algoritmo proposto demonstram um erro médio muto reduzido na distância total para o planeamento de caminhos obtido e baixo tempo de execução. Porém, é necessário destacar que o algoritmo pode ter dificuldade em encontrar uma solução adequada se houver uma má relação entre a distância total para o planeamento de caminhos e os pontos de interesse. Os testes de campo também foram essenciais para entender o comportamento do algoritmo na prática, mostrando que há menos energia consumida com menos pontos de interesse, sendo que este parâmetro não se correlaciona com o tempo de voo. Além disso, não há associação entre a velocidade horizontal máxima e o tempo da missão, o que significa que a função de cálculo da distância total para o planeamento de caminhos requer ser ajustada

A Novel Path Planning Optimization Algorithm Based on Particle Swarm Optimization for UAVs for Bird Monitoring and Repelling

Bird damage to fruit crops causes significant monetary losses to farmers annually. The application of traditional bird repelling methods such as bird cannons and tree netting become inefficient in the long run, requiring high maintenance and reducing mobility. Due to their versatility, Unmanned Aerial Vehicles (UAVs) can be beneficial to solve this problem. However, due to their low battery capacity that equals low flight duration, it is necessary to evolve path planning optimization. A novel path planning optimization algorithm of UAVs based on Particle Swarm Optimization (PSO) is presented in this paper. This path planning optimization algorithm aims to manage the drone’s distance and flight time, applying optimization and randomness techniques to overcome the disadvantages of the traditional systems. The proposed algorithm’s performance was tested in three study cases: two of them in simulation to test the variation of each parameter and one in the field to test the influence on battery management and height influence. All cases were tested in the three possible situations: same incidence rate, different rates, and different rates with no bird damage to fruit crops. The field tests were also essential to understand the algorithm’s behavior of the path planning algorithm in the UAV, showing that there is less efficiency with fewer points of interest, but this does not correlate with the flight time. In addition, there is no association between the maximum horizontal speed and the flight time, which means that the function to calculate the total distance for path planning needs to be adjusted. Thus, the proposed algorithm presents promising results with an outstanding reduced average error in the total distance for the path planning obtained and low execution time, being suited for this and other applications.This research work is within the activities of PrunusBot project—Autonomous controlled spraying aerial robotic system and fruit production forecast, Operation No. PDR2020-101-031358 (leader), Consortium No. 340, Initiative No. 140, promoted by PDR2020 and co-financed by the EAFRD and the European Union under the Portugal 2020 program.info:eu-repo/semantics/publishedVersio

The historical and epistemological development of epidemiology and the concept of risk

O raciocínio estatístico nas práticas de saúde foi disseminado pela Epidemiologia e é amplamente utilizado em todas as suas áreas de conhecimento. O objetivo deste artigo é revisitar o desenvolvimento histórico da Epidemiologia e a formalização do conceito de risco, responsável pelo uso da chance estatística como parte do raciocínio causal nas ciências da saúde. O período de estudo abrange os anos de 1872 a 1965 e sua base documental é constituída por trabalhos de periódicos científicos relacionados à construção do campo epidemiológico e outras publicações científicas. Foram identificadas três etapas de desenvolvimento da Epidemiologia: Epidemiologia da Constituição, Epidemiologia da Exposição e Epidemiologia do Risco, discutindo-se aspectos epistemológicos e sociossanitários que permitem compreender cada uma delas sob um ponto de vista histórico. Destaca-se a importância da reflexão crítica sobre a ciência epidemiológica e as suas relações com as práticas de saúde, de saúde pública em particular, para aperfeiçoar seu uso atual e propiciar sua constante e criativa reconstrução.Statistical reasoning in health practice was disseminated by epidemiology and is widely used in various health fields. This paper revisits the historical development of epidemiology and the concept of risk, responsible for the use of statistical chance as part of causal thinking in health sciences. The study covered the period from 1872 to 1965, and the documental base consisted of scientific articles related to the development of epidemiology as a field, particularly in the American Journal of Hygiene, as well as scientific books. Three phases were identified in the development of epidemiology: constitution, exposure, and risk. The article proceeds to discuss epistemological and social and health aspects required for the historical understanding of each phase. It concludes by stressing the relevance of critical reflection on epidemiological science and its relationship to health practice, especially in public health, in order to optimize its current use and foster its on-going creative reconstruction

Organization of health care actions: models and practices

O objetivo deste artigo é discutir recentes contribuições conceituais para a construção de modelos de organização das ações de atenção à saúde. Trata-se de um ensaio crítico baseado na Teoria do Processo de Trabalho em Saúde, de Mendes-Gonçalves e colaboradores, relido na perspectiva filosófica da Hermenêutica contemporânea (Gadamer; Ricoeur, Habermas). Em primeiro lugar, define-se modelo como a convergência de horizontes entre os diversos discursos socialmente legitimados acerca dos modos de operar as tecnologias de atenção à saúde de indivíduos e populações. A seguir, são apontados como norteadores da reflexão o princípio da integralidade da atenção no contexto do Sistema Único de Saúde e seus desafios nos planos do conhecimento, das tecnologias e da ética. Os conceitos de vulnerabilidade, cuidado e humanização, como recentes proposições para novas confluências discursivas interessadas na construção de modelos de atenção integral, são, então, tomados para análise, discutindo-se seus principais pressupostos e conteúdos, assim como seus alcances e desafios práticos.The objective of this paper is to discuss the recent conceptual contributions to the development of health care organization models. This is a critical essay, based on the Theory of Health Work Process, authored by Mendes-Gonçalves and collaborators, revisited under the philosophical perspective of contemporary Hermeneutics (Gadamer, Ricoeur, Habermas). Firstly, "model" is defined as the convergence of horizons of the diverse socially legitimated discourses on the modes of operation of technologies that provide health care for individuals and populations. Then, the principle of integrality of care within the context of Sistema Único de Saúde (Brazil's National Health System) and its challenges in the fields of knowledge, technologies and ethics are elected as the guiding path for the reflection. The concepts of vulnerability, care and humanization, viewed as recent proposals attempting at new discursive confluences for the construction of integral care models, are analyzed, focusing on their main assumptions and contents, and also on their practical achievements and challenges

Low-threshold motor units can be a pain during experimental muscle pain

Neural control of muscle force while experiencing muscle pain is not fully understood yet. The idea of a differential modulation of the activity across the entire motor unit (MU) pool is highly attractive. However, while lower discharge rates of MUs during low‐force contractions in the presence of pain have been previously observed, much uncertainty remains regarding alterations of the firing behaviour of higher‐threshold MUs

Verificação da hipótese auto-imune da esquizofrenia com técnicas e aportamento molecular

Schizophrenia is a serious mental illness characterized by the occurrence of delusions, hallucinations, thinking disorders and cognitive deficits. It is known that changes in the neurotransmission process constitute the fundamental pathophysiological mechanism underlying the expression of the symptoms of this disease. As the etiology of schizophrenia has not been elucidated yet, several hypothesis have been presented to guide the research in this direction. Among these hypothesis is the neuroimmunological hypothesis, according to which schizophrenia could be due to an inflammatory process of the central nervous system. The objective of this work is to verify the interaction of neurotransmitters that are normally involved in inflammatory processes (Interleukin-6) and those that are responsible for metabolizing serotonin and dopamine (Catechol-OMethyltransferase and Monoaminoxidase-A), whose excess leads to the symptoms of schizophrenia. Such simulations are performed using in silico structures of the macromolecules involved. The affinity and predictability of the reactions are evaluated by means of molecular docking computational techniques.A esquizofrenia é uma doença mental grave caracterizada pela ocorrência de delírios, alucinações, transtornos de pensamento e déficits cognitivos. Sabe-se que alterações no processo de neurotransmissão constituem o mecanismo fisiopatológico fundamental subjacente à expressão dos sintomas desta doença. Como a etiologia da esquizofrenia ainda não foi elucidada, diversas hipóteses vem sendo apresentadas para direcionar as pesquisas neste sentido. Dentre estas hipóteses há a hipótese neuroimunológica, segundo a qual a esquizofrenia poderia decorrer de um processo inflamatório do sistema nervoso central. O objetivo deste trabalho é de, por meio de simulações computacionais, verificar a interação dos neurotransmissores que estão normalmente envolvidos em processos inflamatórios (Interleucina-6) e aqueles que são responsáveis por metabolizar a serotonina e a dopamina (Catecol-O-Metiltransferase e Monoaminoxidase-A), cujo excesso leva aos sintomas da esquizofrenia. Tais simulações se utilizam de estruturas in silico das macromoléculas envolvidas. A afinidade e previsibilidade das reações são avaliadas por meio de técnicas computacionais de docking molecular