Aerial Manipulator Force Control Using Control Barrier Functions

This article studies the problem of applying normal forces on a surface, using an underactuated aerial vehicle equipped with a dexterous robotic arm. A force-motion high-level controller is designed based on a Lyapunov function encompassing alignment and exerted force errors. This controller is coupled with a Control Barrier Function constraint under an optimization scheme using Quadratic Programming. This aims to enforce a prescribed relationship between the approaching motion for the end-effector and its alignment with the surface, thus ensuring safe operation. An adaptive low-level controller is devised for the aerial vehicle, capable of tracking velocity commands generated by the high-level controller. Simulations are presented to demonstrate the force exertion stability and safety of the controller in cases of large disturbances

Desenvolvimento e avaliação de um sistema de espectroscopia funcional de infravermelho próximo para detecção de movimento intencional com base na atividade cerebral

Dissertação (Mestrado em Engenharia Biomédica)–Programa de pós-graduação em Engenharia Biomédica, Universidade de Brasília, Brasília, 2020.Pessoas que possuem doenças do neurônio motor têm dificuldades de interagir e de se comunicar com o ambiente ao seu redor. Umas das doenças do neurônio motor mais comuns é a Esclerose Lateral Amiotrófica (ELA), em que os acometidos pela doença perdem a capacidade de se comunicar verbalmente. Em um estágio avançado da ELA, chamado de Síndrome do Encarceramento Total, do inglês Complete Locked-In State (CLIS), os pacientes perdem o controle de todas as resposta musculares voluntárias, porém possuem um estado de consciência normal. Uma das alternativas para pessoas que possuem essas síndromes é a utilização de uma Interface Cérebro Computador (ICC) como mecanismo de comunicação. ICCs são sistemas eletrônicos que tentam discernir padrões em sinais de atividades encefalográficas para utilizá-los como auxílio à seres humanos com mobilidades reduzidas. Dentre as técnicas utilizadas para captar esses sinais encefalográficos, a Espectroscopia Funcional de Infravermelho Próximo, do inglês functional Near Infrared Spectroscopy (fNIRS), tem sido objeto crescente de estudo nos últimos anos. A fNIRS é uma técnica não-invasiva, que utiliza uma abordagem óptica para adquirir tais sinais. Seu principio baseia-se em mensurar as taxas de oxigenação e desoxigenação do fluxo sanguíneo no córtex cerebral. Ela situa-se em um meio termo entre as técnicas de Eletroencefalografia (EEG) e Imagem por Ressonância Magnética Funcional, do inglês functional Magnetic Resonance Imaging (fMRI), porém com maior flexibilidade e menor risco à saúde de quem a utiliza. Nesse contexto, a pesquisa propôs a desenvolver um sistema eletrônico de aquisição multicanal de sinais de fNIRS, e avaliá-lo em um cenário de classificação de sinais reais de humanos, buscando diferenciar movimentos intencionais de não-intencionais. A metodologia consistiu em projetar a instrumentação de aquisição, implementar um modelo de classificação SVM, e coletar sinais do córtex cerebral de humanos, com base em um protocolo experimental aprovado por um Comitê de Ética. O processo de classificação foi realizado utilizando um modelo preditivo do tipo SVM, com kernel gaussiano. Para estimar melhor as métricas de desempenho do modelo, foi utilizada a técnica de validação cruzada K-Fold, com k=5. Ao todo foram avaliados três cenários distintos de classificação. Participaram das coletas, no total, cinco voluntários. Cada sessão de coleta teve duração de 6 minutos, onde cada participante foi instruído a passar metade do tempo em repouso e a outra metade realizando movimentos sequenciais com as mãos. O primeiro consistiu em adquirir sinais com apenas um canal, formado por uma topologia simples de uma fonte de luz com um fotodetector. Os sinais foram coletados em duas sessões em um mesmo dia, com condições de iluminação controladas. Cada sessão utilizou uma fonte de emissão distinta uma da outra. A acurácia média obtida ficou superior a 90% para os dois participantes. O segundo experimento avaliou um cenário de classificação com a aquisição de 10 canais simultaneamente, adquiridos com 3 voluntários, em um mesmo dia cada. Os 10 canais foram gerados utilizando duas fontes de emissão em conjunto com cinco fotodetectores. A acurácia média para esse cenário foi de 98%, indicando que o modelo conseguiu discernir bem a presença da ausência de movimento. O último experimento teve como objetivo avaliar o desempenho de classificação com sinais coletados em dias distintos para um mesmo participante, simulando condições de iluminação distintas. Para tal, foram repetidas as coletas com os últimos 3 voluntários, dois dias após às primeiras sessões. O modelo foi treinado com os sinais da primeira sessão, e a inferência foi feita com os sinais da segunda sessão. Nesse cenário, as métricas de desempenho obtidas revelaram que não foi possível discernir com boa acurácia as classes avaliadas. No geral, os resultados obtidos com os experimentos foram similares aos de trabalhos da literatura levantada, validando o sistema de aquisição implementado.People who suffers from motor neuron diseases have difficulties to interact and communicate with the environment around them. One of the most common motor neuron diseases is Amyotrophic Lateral Sclerosis (ALS), in which those affected by the disease lose the ability to communicate verbally. In an advanced stage of ALS, called Complete Locked-In State (CLIS), patients lose control of all voluntary muscle responses, but still have a normal conscious state. One of the possible alternatives for people who have these syndromes is a Brain Computer Interface (BCI), for use as a communication mechanism. BCIs are electronic systems that try to discern patterns in signals of encephalographic activities, using these patterns as an aid to humans with reduced mobility. Among the techniques used to capture these encephalographic signals, the functional Near Infrared Spectroscopy (fNIRS) has been an object of increasing study in recent years. fNIRS is a non-invasive technique that uses an optical approach to acquire such signals. Its principle is based on measuring the oxygenation and deoxygenation rates of blood flow in the cerebral cortex. It situates between the techniques of Electroencephalography (EEG) and functional Magnetic Resonance Imaging (fMRI), but with greater flexibility and less risk to the health of those who use it. In this context, the research proposed to develop an electronic system for multichannel acquisition of fNIRS signals, and to evaluate it in a scenario of classification of real human signals, seeking to differentiate intentional from unintentional movements. The methodology consisted of designing the acquisition instrumentation, implementing an SVM classification model, and collecting signals from the human cerebral cortex, based on an experimental protocol approved by a Human Ethics Committee. The classification process was performed using a predictive model of the SVM type, with Gaussian kernel. To better estimate the model's performance metrics, the K-Fold cross-validation technique was used, with k=5. Three different classification scenarios were evaluated, and five volunteers participated of the experiments. Each acquisition session lasted 6 minutes, and each participant was instructed to spend half the time at rest and the other half to perform sequential hand movements. The first consisted of acquiring signals with only one channel, formed by a simple topology of one light source with one photodetector. The signals were collected in two sessions on the same day, with controlled lighting conditions. Each session used a different emission source. The average accuracy obtained was greater than 90% for the two participants. The second experiment evaluated a classification scenario with the acquisition simultaneously of 10 channels, acquired with 3 volunteers, on the same day each. The 10 channels were generated using two emission sources together with five photodetectors. The average accuracy for this scenario was 98%, indicating that the model was able to discern well the presence of the absence of movement. The last experiment aimed to evaluate the classification performance with signals collected on different days for the same participant, simulating different lighting conditions. For this, collections were repeated with the last 3 volunteers, two days after the first sessions. The model was trained with the signals from the first session, and the inference was made with the signals from the second session. In this scenario, the performance metrics obtained revealed that it was not possible to discern the evaluated classes, with the adopted methodology. In general, the results obtained with the experiments were similar to those of studies in the literature, validating the implemented acquisition system

TECNICA DE ENSINO DE EROSÃO EM SALA DE AULA

Este trabalho tem como objetivo propor uma técnica que representa o processo erosivo em uma micro-escala, através de um experimento prático e didático. A falta de atividade prática nas escolas dificulta a compreensão de determinados temas em relação à geografia, sobretudo, a geografia física, o que pode prejudicar o aprendizado de muitos alunos. Para corrigir esse problema cabe ao professor buscar alternativas e diferentes práticas de ensino

Ten Quick Tips for Harnessing the Power of ChatGPT/GPT-4 in Computational Biology

The rise of advanced chatbots, such as ChatGPT, has sparked curiosity in the scientific community. ChatGPT is a general-purpose chatbot powered by large language models (LLMs) GPT-3.5 and GPT-4, with the potential to impact numerous fields, including computational biology. In this article, we offer ten tips based on our experience with ChatGPT to assist computational biologists in optimizing their workflows. We have collected relevant prompts and reviewed the nascent literature in the field, compiling tips we project to remain pertinent for future ChatGPT and LLM iterations, ranging from code refactoring to scientific writing to prompt engineering. We hope our work will help bioinformaticians to complement their workflows while staying aware of the various implications of using this technology. Additionally, to track new and creative applications for bioinformatics tools such as ChatGPT, we have established a GitHub repository at https://github.com/csbl-br/awesome-compbio-chatgpt. Our belief is that ethical adherence to ChatGPT and other LLMs will increase the efficiency of computational biologists, ultimately advancing the pace of scientific discovery in the life sciences.Comment: 14 pages, 1 figur

Patients with multiple sclerosis do not necessarily consume more alcohol or tobacco than the general population

Peer reviewedPublisher PD

Closed form solutions to water pollution problems using auto-BäcklundTransformations

Air pollution can be very harmful to human health, especially in urban areas of large cities and in the vicinity of chemical industries. In order to prevent and minimize environmental impacts from these industries, it is necessary to use mathematical models, which can simulate scenarios associated with dispersion of pollutants. This work presents a new analytical method for solving pollutant dispersion problems. The method uses two first-order differential restrictions from which are found auto-Bäcklund transformations for the two-dimensional advection-diffusion equation at steady state. The main characteristic of the formulation is the reduced time required to obtain analytical solutions

Compras públicas: um estudo das micro e pequenas empresas de um município de médio porte localizado no sul de Minas Gerais

O objetivo deste estudo foi analisar a participação das MPE's de um município de médio porte localizado no Sul de Minas Gerais em processos licitatórios. A metodologia utilizada para a pesquisa foi de origem quantitativa, na qual foram analisados dados mensuráveis obtidos por meio da aplicação de questionário semiaberto com 56 representantes de MPE's. Os resultados indicaram que há uma aplicação do tratamento favorecido e simplificado destinado às MPE's, além de uma boa interpretação por parte dos possíveis participantes de que o ente público pode influenciar no desenvolvimento local, como também é percebido que o poder público não tem efetuado a divulgação destes processos de forma ampla, além das dificuldades dos entes licitantes em compreender a realidade dessas empresas

Agile data : automating database refactorings

This paper discusses an automated approach to database change management throughout the companies’ development workflow. By using automated tools, companies can avoid common issues related to manual database deployments. This work was motivated by analyzing usual problems within organizations, mostly originated from manual interventions that may result in systems disruptions and production incidents. In addition to practices of continuous integration and continuous delivery, the current paper describes a case study in which a suggested pipeline is implemented in order to reduce the deployment times and decrease incidents due to ineffective data controlling

Dynamic transcoding proxy

A first group of application settings, files, and other data, of a first specific format, is converted and transferred to a second related format with respect to a receiving computer-based device, so that the receiving computer-based device Will have a substantially similar operating environment to that associated with the first group. First, a communication link is established between a first computer-based device and the Web site. Next, the first computer-based device is scanned, via the Web site, to determine the information contained on the first computer-based device. The user then selects Which of the scanned information is to be uploaded from the first computer-based device onto the Web site for temporary storage. Finally, the selected information is transferred from the first computer-based device onto the Web site for temporary storage. Once retrieval of the temporarily stored information is desired, the user establishes a communication link between a second computer-based device and the Web site. The second computer-based device is scanned, via the Web site, to determine the information contained on the second computer-based device. The temporarily stored information, from the first computer-based device on the Web site, is then displayed to the user and the user selects Which of this temporary information, from the first computer-based device, is to be downloaded from the Web site onto the second computer-based device. The selected information is finally formatted by a format management module and downloaded from the Website onto the second computer-based device.https://patents.google.com/patent/US20020111972Published versio