Quantum-enhanced reinforcement learning

Dissertação de mestrado em Engenharia FísicaThe field of Artificial Intelligence has lately witnessed extraordinary results. The ability to design a system capable of beating the world champion of Go, an ancient Chinese game known as the holy grail of AI, caused a spark worldwide, making people believe that some thing revolutionary is about to happen. A different flavor of learning called Reinforcement Learning is at the core of this revolution. In parallel, we are witnessing the emergence of a new field, that of Quantum Machine Learning which has already shown promising results in supervised/unsupervised learning. In this dissertation, we reach for the interplay between Quantum Computing and Reinforcement Learning. This learning by interaction was made possible in the quantum setting using the con cept of oraculization of task environments suggested by Dunjko in 2015. In this dissertation, we extended the oracular instances previously suggested to work in more general stochastic environments. On top of this quantum agent-environment paradigm we developed a novel quantum algorithm for near-optimal decision-making based on the Reinforcement Learn ing paradigm known as Sparse Sampling, obtaining a quantum speedup compared to the classical counterpart. The achievement was a quantum algorithm that exhibits a complexity independent on the number of states of the environment. This independence guarantees its suitability for dealing with large state spaces where planning may be inapplicable. The most important open questions remain whether it is possible to improve the orac ular instances of task environments to deal with even more general environments, especially the ability to represent negative rewards as a natural mechanism for negative feedback instead of some normalization of the reward and the extension of the algorithm to perform an informed tree-based search instead of the uninformed search proposed. Improvements on this result would allow the comparison between the algorithm and more recent classical Reinforcement Learning algorithms.O campo da Inteligência Artificial tem tido resultados extraordinários ultimamente, a capacidade de projetar um sistema capaz de vencer o campeão mundial de Go, um antigo jogo de origem Chinesa, conhecido como o santo graal da IA, causou uma faísca em todo o mundo, fazendo as pessoas acreditarem em que algo revolucionário estar a para acontecer. Um tipo diferente de aprendizagem, chamada Aprendizagem por Reforço está no cerne dessa revolução. Em paralelo surge também um novo campo, o da Aprendizagem Máquina Quântica, que já vem apresentando resultados promissores na aprendizagem supervisionada/não, supervisionada. Nesta dissertação, procuramos invés a interação entre Computação Quântica e a Aprendizagem por Reforço. Esta interação entre agente e Ambiente foi possível no cenário quântico usando o conceito de oraculização de ambientes sugerido por Dunjko em 2015. Neste trabalho, estendemos as instâncias oraculares sugeridas anteriormente para trabalhar em ambientes estocásticos generalizados. Tendo em conta este paradigma quântico agente-ambiente, desenvolvemos um novo algoritmo quântico para tomada de decisão aproximadamente ótima com base no paradigma da Aprendizagem por Reforço conhecido como Amostragem Esparsa, obtendo uma aceleração quântica em comparação com o caso clássico que possibilitou a obtenção de um algoritmo quântico que exibe uma complexidade independente do número de estados do ambiente. Esta independência garante a sua adaptação para ambientes com um grande espaço de estados em que o planeamento pode ser intratável. As questões mais pertinentes que se colocam é se é possível melhorar as instâncias oraculares de ambientes para lidar com ambientes ainda mais gerais, especialmente a capacidade de exprimir recompensas negativas como um mecanismo natural para feedback negativo em vez de alguma normalização da recompensa. Além disso, a extensão do algoritmo para realizar uma procura em árvore informada ao invés da procura não informada proposta. Melhorias neste resultado permitiriam a comparação entre o algoritmo quântico e os algoritmos clássicos mais recentes da Aprendizagem por Reforço

Análises de incidências ambientais e de custo-benefício no estudo de alternativas de intervenções de defesa costeira versus retirada planeada de aglomerados urbanos em risco : Caso de estudo Esmoriz/Cortegaça

Tese de mestrado integrado. Engenharia do Ambiente. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 201

Ergowear: desenvolvimento de um vestuário inteligente para monitorização postural e biofeedback

Dissertação de mestrado em Engenharia Biomédica (especialização em Eletrónica Médica)Atualmente, as Lesões Musculoesqueléticas Relacionadas com o Trabalho (LMERT) são considera das o ”problema relacionado com o trabalho mais prevalente”na União Europeia, levando a um custo estimado de cerca de 240 biliões de euros. Em casos mais severos, estes distúrbios podem causar danos vitalícios à saúde do trabalhador, reduzindo a sua qualidade de vida. De facto, LMERTs são con sideradas a principal causa da reforma precoce dos trabalhadores. Foi reportado que os segmentos da parte superior do corpo são mais suceptíveis ao desenvolvimento de LMERTs. Para mitigar a prevalência de LMERTs, ergonomistas maioritariamente aplicam métodos de avaliação observacionais, que são alta mente dependentes da experiência do analista, e apresentam baixa objetividade e repetibilidade. Desta maneira, esforços têm sido feitos para desenvolver ferramentas de avaliação ergonómica baseadas na instrumentação, para compensar essas limitações. Além disso, com a ascensão do conceito da indústria 5.0, o trabalhador humano volta a ser o foco principal na indústria, juntamente com o robô colaborativo. No entanto, para alcançar uma relação verdadeiramente colaborativa e simbiótica entre o trabalhador e o robô, este último precisa de reconhecer as intenções do trabalhador. Para superar este obstáculo, sis temas de captura de movimento podem ser integrados nesta estrutura, fornecendo dados de movimento ao robô colaborativo. Esta dissertação visa a melhoria de um sistema de captura de movimento autónomo, da parte supe rior do corpo, de abordagem inercial que servirá, não apenas para monitorizar a postura do trabalhador, mas também avaliar a ergonomia do usuário e fornecer consciencialização postural ao usuário, por meio de motores de biofeedback. Além disso, o sistema foi já idealizado tendo em mente a sua integração numa estrutura colaborativa humano-robô. Para atingir estes objetivos, foi aplicada uma metodologia de design centrado no utilizador, começando pela análise do Estado da Arte, a avaliação das limitações do sistema anterior, a definição dos requisitos do sistema, o desenvolvimento da peça de vestuário, arquite tura do hardware e arquitetura do software do sistema. Por fim, o sistema foi validado para verificar se estava em conformidade com os requisitos especificados. O sistema é composto por 9 Unidades de Medição Inercial (UMI), posicionados na parte inferior e superior das costas, cabeça, braços, antebraços e mãos. Também foi integrado um sistema de atuação, para biofeedback postural, composto por 6 motores vibrotáteis, localizados na região lombar e próximo do pescoço, cotovelos e pulsos. O sistema é alimentado por uma powerbank e todos os dados adquiridos são enviados para uma estação de processamento, via WiFi (User Datagram Protocol (UDP)), garantindo autonomia. O sistema tem integrado um filtro de fusão Complementar Extendido e uma sequência de calibração Sensor-para-Segmento estática, de maneira a aumentar a precisão da estimativa dos ângulos das articulações. Além disso, o sistema é capaz de amostrar os dados angulares a 240 Hz, enquanto que o sistema anterior era capaz de amostrar no máximo a 100 Hz, melhorando a resolução da aquisição dos dados. O sistema foi validado em termos de hardware e usabilidade. Os testes de hardware abordaram a caracterização da autonomia, frequência de amostragem, robustez mecânica e desempenho da comuni cação sem fio do sistema, em diversos contextos, e também para verificar se estes estão em conformidade com os requisitos técnicos previamente definidos, que foi o caso. Adicionalmente, as especificações da nova versão do sistema foram comparadas com a anterior, onde se observou uma melhoria direta signifi cativa, como por exemplo, maior frequência de amostragem, menor perda de pacote, menor consumo de corrente, entre outras, e com sistemas comerciais de referência (XSens Link). Testes de usabilidade foram realizados com 9 participantes que realizaram vários movimentos uniarticulares e complexos. Após os testes, os usuários responderam a um questionário baseado na Escala de Usabilidade do Sistema (EUS). O sistema foi bem aceite pelos os usuários, em termos de estética e conforto, em geral, comprovando um elevado nível de vestibilidade.Nowadays, Work-Related Musculoskeletal Disorders (WRMSDs) are considered the ”most prevalent work-related problem” in the European Union (EU), leading to an estimated cost of about 240 billion EUR. In more severe cases, these disorders can cause life-long impairments to the workers’ health, reducing their quality of life. In fact, WRMSDs are the main cause for the workers’ early retirement. It was reported that the upper body segments of the worker are more susceptible to the development of WRMSDs. To mitigate the prevalence of WRMSD, ergonomists mostly apply observational assessment methods, which are highly dependant on the analyst’s expertise, have low objectivity and repeatability. Therefore, efforts have been made to develop instrumented-based ergonomic assessment tools, to compensate for these limitations. Moreover, with the rise of the 5.0 industry concept, the human worker is once again the main focus in the industry, along with the Collaborative Robot (cobot). However, to achieve a truly collaborative relation between the worker and the cobot, the latter needs to know the worker’s intentions. To surpass this obstacle, Motion Capture (MoCap) systems can be integrated in this framework, providing motion data to the cobot. This dissertation aims at the improvement of a stand-alone, upper-body, inertial, MoCap system, that will serve to not only monitor the worker’s posture, but also to assess the user’s ergonomics and provide posture awareness to the user, through biofeedback motors. Furthermore, it was also designed to integrate a human-robot collaborative framework. To achieve this, a user-centred design methodology was applied, starting with analyzing the State of Art (SOA), assessing the limitations of the previous system, defining the system’s requirements, developing the garment, hardware architecture and software architecture of the system. Lastly, the system was validated to ascertain if it is in conformity with the specified requirements. The developed system is composed of 9 Inertial Measurement Units (IMUs), placed on the lower and upper back, head, upper arms, forearms and hands. An actuation system was also integrated, for postural biofeedback, and it is comprised of 6 vibrotactile motors, located in the lower back, and in close proximity to the neck, elbows and wrists. The system is powered by a powerbank and all of the acquired data is sent to a main station, via WiFi (UDP), granting a standalone characteristic. The system integrates an Extended Complementary Filter (ECF) and a static Sensor-to-Segment (STS) calibration sequence to increase the joint angle estimation accuracy. Furthermore, the system is able to sample the angular data at 240 Hz, while the previous system was able to sample it at a maximum 100 Hz, improving the resolution of the data acquisition. The system was validated in terms of hardware and usability. The hardware tests addressed the char acterization of the system’s autonomy, sampling frequency, mechanical robustness and wireless commu nication performance in different contexts, and ascertain if they comply with the technical requirements, which was the case. Moreover, the specifications of the new version were compared with the previous one, where a significant direct improvement was observed, such as, higher sampling frequency, lower packet loss, lower current consumption, among others, and with a commercial system of reference (XSens Link). Usability tests were carried out with 9 participants who performed several uni-joint and complex motions. After testing, users answered a questionnaire based on the System Usability Scale (SUS). The system was very well accepted by the participants, regarding aesthetics and overall comfort, proving to have a high level of wearability

Interview with Xavier Aldana Reyes

Xavier Aldana Reyes is Reader in English Literature and Film in Manchester, a founding member of the Manchester Centre for Gothic Studies, and the author of Spanish Gothic: National Identity, Collaboration and Cultural Adaptation (2017) and Gothic Cinema (2019). His publications in Gothic and horror studies include Twenty-First-Century Gothic: An Edinburgh Companion (with Maisha Wester; 2019), Horror: A Literary History (2016) and Digital Horror: Haunted Technologies, Network Panic and the Found Footage Phenomenon (with Linnie Blake; 2015). Aldana Reyes also edited fiction anthologies for the British Library series, Tales of the Weird, including the following titles: The Gothic Tales of H.P. Lovecraft (2018), The Weird Tales of William Hope Hodgson (2019), Promethean Horrors: Classic Tales of Mad Science (2019) and Roarings from Further Out: Four Weird Novellas, by Algernon Blackwood (2019)

Relatório de estágio pedagógico desenvolvido na Escola Secundária Homem Cristo junto da turma C do 10º ano no ano letivo de 2014-2015

Relatório de estágio do mestrado em Ensino da Educação Física nos Ensinos Básico e Secundário, apresentado à Faculdade de Ciências do Desporto e Educação Física da Universidade de CoimbraO estágio pedagógico desenvolvido na Escola Secundária Homem Cristo surge como o culminar de um ciclo de estudos, que visa proporcionar aos estagiários a experiência de desenvolver e aplicar os conhecimentos adquiridos ao longo do curso num contexto real. Este processo, exige que os novos professores tenham a capacidade de adaptar estes conhecimentos teóricos, a uma realidade completamente nova, bem mais complexa, dinâmica e volátil. Ao longo deste ano letivo, a reflexão e a investigação sobre a prática pedagógica realizada, assumiu uma importância vital na realização do Estágio. Neste sentido, surge o presente Relatório de Estágio que apresenta e descreve todo o trabalho desenvolvido, as atividades realizadas e as aprendizagens adquiridas provenientes do contacto com a prática pedagógica com a turma C do 10º ano, da Escola Secundária Homem Cristo, no ano letivo 2014/2015. O Relatório de Estágio encontra-se dividido em três temas principais. No primeiro, foi realizada a contextualização da prática pedagógica, onde foram analisadas as características específicas da escola, do grupo disciplinar e da turma onde foi realizado o estágio pedagógico, de forma a poder adaptar o processo pedagógico ao contexto em que estava inserido. De seguida, foi realizada a descrição das atividades desenvolvidas, através de uma análise reflexiva sobre o trabalho desenvolvido, justificando as opções tomadas e destacando as aprendizagens realizadas. Por último, foi realizado o aprofundamento do tema-problema, no qual foi desenvolvido um estudo no âmbito da análise do feedback fornecido pelos professores estagiários aos seus alunos e de que forma é que estes tiveram influência nos comportamentos posteriores dos alunos. The teaching practice developed in Homem Cristo High School appears as the culmination of the course of studies, which aims to provide the experience to develop and apply the knowledge acquired throughout the course, in a real context. This process requires that new teachers have the ability to adapt these theoretical knowledge to a completely new reality, more complex, dynamic and volatile. Throughout this school year, the reflection and research on the pedagogical practice held assumed a vital role in the realization of the stage. The present Training Report shows and describes all the work done and the learning acquired from contact with the pedagogical practice with the class C of the 10th grade, at Homem Cristo High School, in the academic year 2014 / 2015. The Training Report is divided into three main themes. In the first, the context of the pedagogic practice was carried out, which analyzed the special characteristics of the school, the disciplinary group and the class which was carried out teaching practice in order to be able to adapt the teaching process to the context in which it was inserted. Then the description of the activities was carried out through a reflective analysis of the work, justifying the choices made and highlighting the learning achieved. Finally, we performed the deepening of the theme-problem, in which a study was developed in the analysis of feedback provided by trainee teachers to their students and how are they influenced the subsequent behavior of the students

Incompatibilidade distributiva e inflação estrutural

Este trabalho apresenta uma teoria de Inflação, de acordo com a percepção dos processos inflacionários como expressão de um impasse social

Desempenho agronômico de alho infectado e de alho livre de vírus com diferentes tamanhos de bulbos e bulbilhos

The objective of this work was to evaluate the growth and production of a garlic clone subjected to either infection or virus-free conditions, according to bulb and clove size classification. The experiment was carried out in a randomized complete block design with four replicates. Treatments consisted of either virus-infected or virus-free cloves, obtained from bulbs of four size classes and from cloves with three sieve diameters. Vegetative characteristics and plant production were assessed. Plants infected by viral complexes showed reduction of emergence (8.4%), plant height (9.8%), and production of marketable bulbs (39.4%), as well as a lower average mass of bulbs and cloves. The virus-free clone produced more bulbs in classes 5 (42–47 mm), 6 (47–56 mm), and 7 (> 56 mm), besides having a lower influence on marketable quality standards as a function of garlic seed size variation. In the infected clone, bulbs from sieve 6 and cloves from sieve 1 (15×25 mm) produced bulbs with the highest market value. Virus-free garlic seed, with bulbs and cloves of medium and large size, produce bulbs of the highest market value, whereas, for the infected garlic, this is possible only with the larger garlic size.O objetivo deste trabalho foi avaliar o crescimento e a produção de um clone de alho submetido a condições de infecção viral e livre de vírus, com base na classificação por tamanho de bulbos e bulbilhos. O delineamento experimental foi em blocos ao acaso, com quatro repetições. Os tratamentos consistiram de bulbilhos infectados com vírus ou não infectados, obtidos de bulbos de quatro classes de tamanho e de bulbilhos com três diâmetros de peneira. Avaliaram-se as características vegetativas e a produção das plantas. As plantas infectadas por complexos virais apresentaram redução na emergência (8,4%), na altura de planta (9,8%) e na produção comercial de bulbos (39,4%), além de menor massa média de bulbos e bulbilhos. O clone livre de vírus teve maior produção de bulbos nas classes 5 (42‒47 mm), 6 (47‒56 mm) e 7 (>56 mm), bem como menor influência no padrão comercial, em razão da variação do tamanho do alho-semente. No clone infectado, os bulbos de classe 6 e os bulbilhos de peneira 1 (15×25) produziram bulbos de maior valor comercial. O alho-semente livre de vírus e com bulbos e bulbilhos de tamanho médio e grande produz bulbos de maior valor comercial, enquanto, para o alho infectado, isto só é possível com o alho de maior tamanho

Conceção, modelação e simulação de um secador de pão moído

Mestrado em Engenharia MecânicaO pão que não é vendido pode ser usado para vários fins, em que se inclui a incorporação de rações para animais. No entanto, como o pão possui um poder calorífico elevado, um possível aproveitamento desse pão é usá-lo como combustível para ser usado na própria indústria da panificação. Trata-se de usar o pão que já não pode ser aproveitado para a alimentação como biocombustível. O pão não vendido é triturado num moinho, as partículas de pão são submetidas a um processo de secagem, e posteriormente usadas como combustível para obter calor para alimentar o próprio processo de secagem ou de aquecimento dos fornos de panificação. Neste trabalho foram estudados os diversos parâmetros de um secador rotativo e efetuados testes de secagem, sendo obtidas curvas de cinética de secagem e humidade de equilíbrio. Através das equações de balanços mássicos e energéticos foi desenvolvido um algoritmo para a simulação do processo de secagem num secador rotativo com escoamento em contracorrente. Este algoritmo foi implementado no programa Excel e foram realizadas várias simulações com o objetivo de estudar a influência dos diferentes parâmetros e avaliar a eficiência global do processo de secagem.The bread that is not sold can be used for various purposes, which includes its incorporation in animal food. However, as the bread has a high calorific value, a possible exploitation of it is to use it as a fuel in the bakery industry. It is bread that cannot be used to feed people or animals, as biofuel. The bread not sold is milled, the particles are then submitted to a drying process and then used as fuel to the drying process itself or to the baking ovens. In this work, several parameters of a rotary dryer were analysed and made drying tests were accomplished to obtain drying curves and equilibrium moisture content. Using the mass and energy balance equations, an algorithm was developed to simulate the drying process in a rotary dryer with counter-current flow. This algorithm was implemented in a Excel program, and some simulations were performed with the objective of studying the influence of the different parameters and evaluate the overall drying efficiency