Intersection of paraboloids and application to Minkowski-type problems

In this article, we study the intersection (or union) of the convex hull of N confocal paraboloids (or ellipsoids) of revolution. This study is motivated by a Minkowski-type problem arising in geometric optics. We show that in each of the four cases, the combinatorics is given by the intersection of a power diagram with the unit sphere. We prove the complexity is O(N) for the intersection of paraboloids and Omega(N^2) for the intersection and the union of ellipsoids. We provide an algorithm to compute these intersections using the exact geometric computation paradigm. This algorithm is optimal in the case of the intersection of ellipsoids and is used to solve numerically the far-field reflector problem

Remote biometrical monitoring system via IoT

Os sistemas de Internet of Things (IoT) estão a experienciar um rápido crescimento devido à sua aplicabilidade em vários domínios, desde cidades inteligentes até aos cuidados de saúde. Nestes sistemas, os dispositivos comunicam entre si, ou com a infraestrutura, recorrendo a comunicações machine-to-machine (M2M). Uma vez que muitos destes dispositivos são simples, com escassa capacidade de processamento, foram desenvolvidos protocolos M2M como o Constrained Application Protocol (CoAP) e o Messaging Queue Telemetry Transport (MQTT), bem como frameworks de suporte de comunicações M2M. Apesar dos desenvolvimentos nesta tecnologia, ainda são encontrados desafios no desenvolvimento de aplicações M2M e IoT a nível da interoperabilidade, escalabilidade e padronização, por exemplo. Consequentemente, vários standards M2M foram desenvolvidos para superar estes desafios, sendo o oneM2M um deles. Atualmente, existem vários dispositivos disponíveis com uma interface WiFi embebida, o que significa que quando inseridos num sistema IoT, não necessitam de uma gateway (GW) para o acesso à Internet, uma vez que o WiFi é uma tecnologia omnipresente na sociedade atual. Esta é uma característica fundamental visto que diminui o custo global do sistema. Além disso, estes dipositivos, como o módulo ESP32, oferecem modos de poupança de energia que permitem explorar recursos de gestão de energia definidos pelo standard IEEE 802.11. As instituições de cuidados de saúde procuram oferecer os melhores serviços em termos de confiabilidade, segurança e conforto aos seus pacientes. Recentemente, tecnologias IoT foram abordadas, desenvolvidas e utilizadas para melhorar o serviço aos pacientes. O trabalho proposto nesta dissertação é um sistema de monitorização contínua via IoT capaz de monitorizar os sinais vitais de um paciente e apresentá-los aos profissionais de saúde. Para além disso, o sistema pode ser utilizado em diversos cenários desde salas de emergência, uso doméstico até à competição desportiva. O sistema possui dois componentes principais: um dispositivo wearable com uma antena WiFi e um sistema de monitorização orientado ao profissional de saúde. O wearable é composto por um sensor fotopletismográfico (PPG) MAX30100/MAX30102 para medir o ritmo cardíaco e os níveis de saturação de oxigénio no sangue, um ESP32 com uma antena WiFi incorporada para processar e enviar os dados do sensor para o sistema de monitorização e, finalmente, uma bateria de Lítio Polímero (LiPo) para fornecer energia aos dois componentes mencionados. No que refere ao sistema de monitorização, este é composto por uma base de dados orientada a eventos temporais para armazenar todos os dados necessários, um software de visualização gráfica para a visualização dos sinais vitais do paciente e, por fim, uma Interface Gráfica com o objetivo de ser um painel de controlo para todo o sistema. Para além disso, o sistema segue a norma oneM2M devido a questões de interoperabilidade relativas à arquitetura, e implementa o modelo de comunicação publisher-subscriber pois este é eficiente em termos de sensorização e monitorização remota. Por último, o objetivo desta dissertação é desenvolver um sistema de monitorização de baixo custo focado na gestão energética e que ao mesmo tempo não comprometa a sua confiabilidade e robustez.Internet of Things (IoT) systems are experiencing rapid growth due to their applicability in several domains, from smart cities to healthcare among many. In these systems, devices communicate with each other, or with infrastructure, resorting to machine-to-machine (M2M) communications. Since many of these devices are simple systems, with weak processing capacity, lightweight M2M protocols were developed such as Constrained Application Protocol (CoAP) and Messaging Queue Telemetry Transport (MQTT) as well as frameworks to support M2M communications. As expected, there are challenges when developing M2M and IoT applications: interoperability, scalability, standardisation, among others. Therefore, several M2M standards were created to overcome these issues, with oneM2M being one of them. Nowadays, there are multiple devices available that have an embedded WiFi interface, thus, when inserted in an IoT system, these devices do not need a gateway (GW) to access the Internet since WiFi is one of the most common technologies at Internet boundary. This is a key feature because it increases the system's pervasiveness as well as the overall cost of the system. Additionally, these devices, such as the ESP32 module, offer sleep modes that allow exploiting the power management features by the IEEE 802.11 standard. Healthcare institutions always strive to provide the best services concerning the reliability, safety and comfort of the patients. To do so, IoT technologies have been embraced and developed in recent years to improve these services. The work proposed in this dissertation is an end-to-end continuous monitoring system via IoT capable of monitoring a patient's vital signs and displaying them to the medical personnel. Moreover, the system can be applied to a wide range of application scenarios from emergency wards and home environment to sports training and competition. The system has two major components, a low-cost and low-power WiFi-enabled wearable device for the user and, at the upper end, a monitoring interface for the medical personnel. The wearable is composed by a MAX30100/MAX30102 PhotoPletysmoGraphy (PPG) sensor to measure the heart rate and oxygen saturation levels, an ESP32 with a built-in WiFi antenna to process and send the sensor data to the monitoring system and, finally, a Lithium Polymer (LiPo) battery to power-up the previous two components. At the upper end, the monitoring interface is composed of a time-series database to store all the data, a graphics visualisation software of patient's vital signs and a Graphic User Interface (GUI) serving as a control panel. Additionally, the system relies on the oneM2M standard for the interoperability concerning the architecture and follows a publish-subscribe communication model due to its efficiency in sensing and remote monitoring. Furthermore, the goal of this dissertation is to develop a low-cost and energy-efficient monitoring system while not compromising the reliability and robustness of traditional machines and systems

Field-Configurable GPU

Nesta dissertação pretende-se desenvolver uma arquitetura de processamento dedicada destinada à aceleração de aplicações específicas, inspirada na estrutura de unidades de processamento do tipo GPU. A unidade de processamento deverá ser programável e configurável para os requisitos de aplicações específicas, sendo adaptada aos tipos e à quantidade de recursos lógicos disponíveis num dispositivo FPGA selecionado. Pretende-se que o acelerador consiga tirar o máximo partido dos recursos disponíveis num determinado dispositivo FPGA (memória, unidades aritméticas, recursos lógicos) com o objetivo de maximizar o desempenho de aplicações selecionadas. Serão consideradas aplicações alvo no domínio do processamento de imagem e de "machine learning". Uma vez selecionada uma arquitetura base, a especialização para uma aplicação (ou classe de aplicações) terá por base a configuração de 3 componentes fundamentais: organização do sistema de memória distribuída (construído com os blocos de memória RAM internos da FPGA), organização das unidades de processamento aritmético (que podem ser heterogéneas) e dimensão dos caminhos de dados. O sistema a desenvolver deverá ser desenhado ao nível RTL, em Verilog, e contemplar um processo automatizado para personalizar o acelerador a partir de um conjunto de especificações definidas com base nas características da aplicação alvo. Esse processo de personalização poderá ser feito com base na definição de parâmetros em Verilog, ou também recorrendo a aplicações dedicadas, a desenvolver, para gerar diretamente código Verilog. Deverá também ser desenvolvido um conjunto elementar de ferramentas de suporte, nomeadamente para geração do código a executar pelo processador. Como validação final, pretende-se integrar e demonstrar o acelerador num sistema de processamento de imagem em tempo real

Extraction of wood compounds by use of subcritical fluids

A study of the extraction of oak wood compounds with subcritical water-ethanol mixtures as extractant, with an ethanol content between 0-60%, is reported. Identification and characterisation of the extracted compounds have been made by spectrophotometry and gas chromatography with either flame ionisation or mass detectors. Extraction was performed statically manner by use of a single cycle or repeated cycles. All variables affecting the extraction process were studied and optimised. Extraction time and temperature are 60 min and 200ºC, respectively. Comparison of the extract thus obtained with commercial extracts showed the former to be rich in compounds characteristic of the commercial extracts. The method enables manipulation of the extract composition by changing the temperature and water/ethanol ratio used. It is faster than the traditional procedures for obtaining wood extracts

Two-parameter determination in vinegar by a flow injection-pervaporation system

A flow-injection method (FI) for the sequential determination of ethanol and acetic acid in vinegar is reported. The determination of ethanol is based on the oxidation of the pervaporated ethanol by Cr2O7K2. The acetic acid is determined by an acid-base reaction with Thymol Blue as the indicator. Both reactions are monitored photometrically at 600 nm using a single detector. Optimisation studies and assessment of the sequential FI method are also reported. The linear determination range is between 0-12 % (v/v) for ethanol and 0-10 % (grams of acetic acid in 100 ml) for acetic acid. The sample throughput of the sequential manifold is 7 per hour. The new method has been applied to vinegar samples and the results obtained are in excellent agreement with those from the reference methods used in Spain

Semiautomatic flow-injection method for the determination of volatile acidity in wines

A flow-injection (FI) method based on analytical pervaporation was assessed for its routine use in the determination of volatile acidity in winery laboratories. The new method was compared with both the official method and the Mathieu method, which is most often used in Spanish wineries, by testing 30 different wines, including young and aged, and sweet and dry wines from Montilla-Moriles appellation d´origine. The robustness of the new method was established and then all three methods were studied in terms of range of linearity and regression of the calibration curve, repeatability, reproducibility, sensitivity, detection and quantification limits (LOD and LQ, respectively) and time of analysis. The FI method surpasses the Mathieu method in reproducibility and both the Mathieu and official methods in LOD and LQ and sensitivity; it also requires less personnel involvement and shorter analysis time. The statistical criteria established by the “Office International de la Vigne et du Vin” were applied to the data and the results obtained indicated that the differences between the analytical parameters of the 3 methods are not significant and can be applied indistinctly. The correlation of the methods was studied by taking them 2 by 2, and the corresponding equations, coefficients and deviations confirmed the statistical results. Thus, the new method can be used in winery laboratories with clear advantages over its 2 counterparts (the routine and official methods)