Com a crescente demanda por serviços de telecomunicações de alta qualidade e o aumento expressivo no tráfego de dados, impulsionados pelo número crescente de aplicações na Internet, as redes ópticas surgem como a solução ideal para atender às altas taxas de transmissão. Nesse contexto, operadores de rede buscam incessantemente soluções eficientes e economicamente viáveis para suas arquiteturas. Este trabalho apresenta uma abordagem abrangente para otimizar os custos associados às interfaces instaladas em uma Rede Óptica de Transporte (OTN) e ao número de comprimentos de onda necessários na rede WDM (Wavelength Division Multiplexing) subjacente. A estratégia envolve a alocação de demandas de tráfego pertencentes a múltiplas classes de serviço em interfaces OTN de diferentes capacidades devidamente implantadas na rede. É proposta uma formulação matemática completa de Programação Linear Inteira (ILP) para lidar com o problema integrado de implantação de interfaces OTN, criação de links OTN virtuais, agrupamento e roteamento de tráfego em caminhos virtuais de capacidades distintas, assim como incorporação dessas redes na camada física WDM. O principal objetivo desta pesquisa é reduzir os custos de infraestrutura (CAPEX) associados às interfaces OTN, um componente significativo no custo total da rede. Além disso, busca-se minimizar o número necessário de comprimentos de onda no problema de Roteamento e Atribuição de Comprimentos de Onda (RWA), contribuindo para uma economia global e garantindo capacidade disponível para futuras expansões. Dado que o problema RWA torna-se difícil de resolver à medida que o tamanho da rede aumenta, envolvendo significativos custos computacionais, é apresentada uma abordagem heurística de múltiplas etapas para lidar eficientemente com redes maiores. Nessa abordagem, as etapas de otimização para o design da rede OTN e as soluções do problema RWA são conduzidas independentemente. Para o planejamento da camada OTN, é mantida a formulação ILP exata (OTN-ILP), de forma a garantir a solução ótima para os custos das interfaces instaladas. Já problema RWA é abordado tanto por meio de uma formulação ILP (RWA-ILP) quanto por uma abordagem heurística (BLRW). O modelo RWA-ILP fornece resultados com a mesma quantidade, ou um número ligeiramente maior, de comprimentos de onda em comparação com a solução ótima da Formulação ILP Integrada. No entanto, é aplicável apenas a redes pequenas devido às restrições de tempo computacional. Por outro lado, a heurística desenvolvida para o RWA é capaz de lidar com redes de qualquer tamanho, embora demande mais comprimentos de onda em comparação com o modelo RWA-ILP.

O cenário atual do sistema energético é impulsionado pela inserção dos Recursos Energéticos Distribuídos (RED), que incluem a Geração Distribuída (GD) e os Sistemas de Armazenamento de Energia (SAE). A partir deste contexto, uma alternativa potencial para integração dos RED com o sistema elétrico são as microrredes. A microrrede (MR) é capaz de fornecer uma melhor confiabilidade para a operação do sistema devido a sua característica plug-and-play, ou seja, capacidade de operar nos modos conectado e desconectado da rede principal. Para a MR ser capaz de fornecer suporte à integração dos RED é fundamental ter a presença de um sistema de gerenciamento de energia (EMS, do inglês Energy Management System), responsável por gerenciar os recursos energéticos que compõem a MR. Com o gerenciamento de energia, é possível garantir o despacho de cada recurso energético considerando suas restrições, além de atender alguma solicitação associada a um requisito operacional ou econômico. Visando avaliar o desempenho do EMS no cenário de MR, este trabalho propõe avaliar estratégias de gerenciamento de energia em uma MR desconectada da rede principal, formada por gerador a diesel, célula de combustível (FC, do inglês Fuel Cell), sistema de armazenamento de energia em baterias (BESS) e sistema geração fotovoltaica (FV). Dessa forma, o trabalho considera duas estratégias de gerenciamento de energia: máquina de estado e lógica fuzzy, implementadas através da ferramenta computacional Matlab/Simulink. O objetivo das estratégias será realizar o despacho de cada recurso energético da MR na ocorrência de alguma perturbação associada às variações de geração ou de carga. Além disso, as estratégias visam o funcionamento da FC na região de melhor eficiência com o suporte do BESS. Por fim, com base nos resultados verifica-se que operar a FC na região de melhor eficiência reduz o consumo de oxigênio e hidrogênio e melhora o perfil de tensão do barramento CC.

Neste trabalho, é apresentada uma metodologia voltada para identificação de anomalias em aerogeradores, visando a antecipar variações de temperatura em componentes críticos da máquina. Os elementos submetidos à análise incluem o rolamento da caixa de engrenagem e o rolamento drive-end do gerador. O estudo fundamenta-se na modelagem e aplicação de algoritmos de aprendizagem de máquina com o intuito de prever a temperatura nesses componentes. Os algoritmos de regressão empregados abrangem a regressão múltipla linear, o aumento de gradiente extremo e uma rede neural recorrente denominada memória de curto longo prazo. Para modelagem das técnicas, são utilizados dados provenientes do sistema de supervisão de três aerogeradores pertencentes a um parque eólico brasileiro composto por doze máquinas. Foi optado pela escolha de máquinas com comportamento de temperatura distinto entre si, a fim de avaliar se há variações relevantes no desempenho dos modelos de aprendizado diante de comportamentos térmicos distintos. Os dados das máquinas são submetidos a uma etapa de pré-processamento para identificar valores atípicos da operação normal dos aerogeradores. Posteriormente, os dados são divididos em conjuntos específicos para aplicação do algoritmo. No caso do modelo de aumento de gradiente extremo, foi empregada uma técnica de otimização Bayesiana para encontrar os parâmetros ótimos que se adéquam ao conjunto de dados propostos. Os resultados dos algoritmos de regressão são analisados sob a ótica das métricas de desempenho, e, ainda, são realizadas comparações entre as temperaturas reais e previstas, dentro de limites de controle definidos, visando a identificação de anomalias na temperatura dos elementos estudados. Por fim, os modelos aplicados às três máquinas são comparados entre si para cada componente analisado. As principais vantagens deste modelo incluem sua capacidade em fornecer resultados excelentes para problemas complexos de previsão, baixo custo financeiro para implementação e alta adaptabilidade de implementação em outras máquinas.

Esta Tese apresenta a proposta e caracterização de sensores a fibra óptica de perfil D utilizando os efeitos de Ressonância de Modo Dissipativo e Ressonância de Plasmon de Superfície utilizando o método de Reflexão Total Atenuada para medir parâmetros como corrosão e índice de refração através da variação da intensidade da luz transmitida após passagem pelo perfil D com um único comprimento de onda de baixa atenuação. O desempenho dos sensores é obtido através de simulações analíticas e numéricas que possuem concordância entre si e com resultados experimentais encontrados na literatura. Das modelagens dos elementos sensores, três são analíticas, todas baseadas nas equações de Fresnel, e duas são numéricas, obtidas utilizando o Método dos Elementos Finitos através do software COMSOL Multiphysics. A primeira modelagem analítica considera que a luz é um raio que tem ângulo de incidência definido dentro da fibra óptica, a segunda modelagem analítica considera que a luz possui uma distribuição de potência normal dentro da faixa de ângulos possível e a terceira modelagem analítica considera que a potência da luz se distribui na fibra óptica com um perfil gaussiano. A primeira modelagem numérica aproxima a luz na fibra óptica a um feixe de perfil gaussiano percorrendo por uma seção longitudinal perfil D, enquanto que a segunda modelagem utiliza uma seção transversal do perfil D para obter o índice de refração do modo efetivo da luz que passa pelo perfil D. São propostos onze dispositivos, em que quatro são sensores de corrosão, três são de índice de refração e quatro são combinações em cascata dos sensores, incluindo combinações que medem simultaneamente corrosão e índice de refração. Entre os sensores de corrosão, um utiliza o efeito de ressonância de plasmon de superfície e três utilizam o modo de ressonância dissipativo, enquanto que, para os sensores de índice de refração, um utiliza a ressonância de plasmon de superfície e dois utilizam o modo de ressonância dissipativo. Para cada sensor, é avaliado o comportamento da luz não polarizada e das polarizações transverso magnética e transverso elétrica separadamente. Os resultados mostram que, dependendo da demanda, é possível obter sensores com alta sensibilidade, larga faixa de operação, com ou sem ressonância. Os resultados evidenciam a potencialidade da utilização do efeito de ressonância de modo dissipativo, individualmente ou em conjunto com o efeito de ressonância de plasmon de superfície.

Câncer de mama é uma das principais causas de mortes entre mulheres. A sua taxa de mortalidade é diretamente proporcional ao estágio em que o tumor é detectado. Se detectado no seu estágio inicial, o seu índice de sobrevida de mais de 5 anos é superior a 90\%, sendo assim de extrema importância a detecção nos estágios iniciais da doença. Atualmente a mamografia por raios-X é considerada o padrão-ouro para o diagnóstico. Apesar de ser a técnica mais utilizada, ela tem alguns pontos negativos, como o desconforto para paciente, e a alta taxa de resultados falsos positivos e falso negativos, assim como os perigos da alta exposição a radiação. Diante das limitações das técnicas atuais, o imageamento por micro-ondas(sigla em inglês MWI) surge como uma modalidade complementar dado à sua alta sensibilidade de diagnóstico de câncer devido ao contraste entre as propriedades dielétricas entre o tecido saudável e o tecido canceroso na região de micro-ondas. Neste trabalho é apresentado um novo sistema de tomografia por micro-ondas, onde braços robóticos são utilizados para o posicionamento de antenas ao redor da mama da paciente utilizando imagens de câmeras de profundidade, resultando em uma maior flexibilidade e maior conforto para paciente. O sistema foi testado utilizando fantomas da mama, sendo capaz de efetuar o posicionamento das antenas detectar e localizar o tumor. Além disso foram demonstradas: a possibilidade de uso móvel deste sistema utilizando computadores de placa única de baixo custo para controle do sistema; a possibilidade de utilizar computação na nuvem para terceirizar partes computacionalmente pesadas do algoritmo de reconstrução da imagem; a obtenção e utilização de imagens em tempo real para tomada de decisão sobre o posicionamento das antenas.

Neste trabalho, apresenta-se um estudo referente às vulnerabilidades da comunicação ADS-B (Automatic Dependent Surveillance – Broadcast), considerando sobretudo, os riscos à segurança operacional. Essa tecnologia foi desenvolvida para transmitir informações de vigilância, ou seja, dados relativos a posição, altimetria e velocidade, a partir dos aviônicos da própria aeronave, sendo uma evolução aos radares. Desenvolve-se uma solução de criptografia para essa comunicação com a utilização da cifragem com preservação de formato, avaliando-se também o emprego de cifras de bloco simétricas utilizadas em ambiente lightweight, como a Internet das coisas, com o objetivo de obter melhor desempenho computacional em soluções com sistemas embarcados. Observa-se que tais cifras, quando utilizadas como função pseudoaleatória, mantêm elevado valor de entropia com baixo custo computacional atendendo aos níveis de  segurança desejados. Relaciona-se esse estudo com pesquisas semelhantes com o objetivo de confrontar as diferentes abordagens e complementar os estudos. Por fim, analisa-se o desempenho computacional obtido com a solução proposta processando dados reais de aeronaves em fase de pouso e decolagem do Aeroporto Internacional do Recife/Guararapes - Gilberto Freyre, sediado em Recife/PE.

A conexão dos cabos para-raios das linhas de transmissão às malhas de  aterramento das subestações representa um caminho de desvio para a corrente injetada pelo  equipamento de medição durante as medições de resistência de aterramento. A solução, nesses casos, seria desconectar os cabos para realizar a medição. No entanto, isso nem  sempre é possível, o que leva a necessidade de se adotar outras estratégias, como o uso de  terrômetros de alta frequência. Esses terrômetros promovem o desacoplamento dos cabos  para-raios devido ao aumento da impedância dos cabos estar associada a alta frequência.  Nesse sentido, a frequência de 25 kHz se apresenta como uma possível solução parar uso  nas medições em subestações, porém ainda são poucos são os trabalhos que avaliam os  efeitos dessa frequência nesta aplicação. Além disso, não existem padrões normativos que  estabelecem critérios para o uso de equipamentos de alta frequência nessas instalações. Este  trabalho está inserido nesse contexto, sendo apresentada uma avaliação de alguns dos efeitos  que o uso da alta frequência ter em arranjos tipicamente utilizados em medições da  resistência de aterramento de subestações. Foi, então, desenvolvido um estudo onde se avalia a resposta de malhas reticuladas a correntes de 100 Hz e 25 kHz em termos de sua impedância, assim como em relação a ocorrência do acoplamento entre os circuitos de tensão-corrente e a corrente que sobe pelo para-raios. Nas simulações, foram consideradasmalhas de dimensões bastante variadas, assim como solos em uma ampla faixa de resistividade. As análises indicaram existir condições em que os resultados podem apresentar  diferenças bastante significativas.

Realizar um estudo de graduação e seletividade da proteção de um sistema elétrico, garantindo sua coordenação, é uma tarefa fundamental para a manutenção do atendimento a carga e para redução dos danos a equipamentos e pessoas. Este estudo, no entanto, demanda um elevado tempo das empresas de engenharia, principalmente a etapa de aquisição de dados para realização da graduação e a etapa de coordenação.

O processo de coordenação envolve uma análise minuciosa dos pares de relés relevantes para a problemática e sua classificação como proteção principal ou de retaguarda em cada defeito. Neste ponto, assim como para definição dos ajustes dos relés de proteção, é necessário que o engenheiro esteja munido das correntes presentes no sistema analisado para diversos tipos de defeitos e contemplando diversas contingências no sistema. Com a finalidade de levantar essas correntes de curtos-circuitos para um determinado sistema, incluindo os valores de contribuições dos equipamentos adjacentes, é desenvolvido um programa em python que faz interface com o ANAFAS, software amplamente utilizado no sistema elétrico brasileiro. Esse programa, associado a uma ferramenta computacional para coordenação automática da proteção de relés de sobrecorrente, independentemente de sua direcionalidade, desenvolvida em VBA, diminuí de forma significativa o tempo gasto na execução de um estudo de graduação.

O programa de coordenação automática, o qual se destaca positivamente em relação aos demais métodos já existentes, utiliza métodos de otimização e busca minimizar o tempo de atuação dos relés mais próximos a falta mantendo os critérios de seletividade e sensibilidade. Após a execução do código, os dados são apresentados por meio de relatórios, informando os tempos de atuação para os curtos-circuitos apresentados, e dos coordenogramas das proteções.

Este trabalho propõe uma nova abordagem na exploração de nanopartículas (NPs) deóxido de zinco (ZnO) para melhorar o desempenho de células solares de terceira geração,com enfoque, sobretudo, em células solares orgânicas (CSOs) e células solares de perovskita(CSPs). Nanopartículas de ZnO dispersas na superfície superior do dispositivo podem atuarcomo nanodifusores, reduzindo a reflexão do dispositivo e aumentando a absorção da radiaçãosolar na camada ativa fotovoltaica, pela introdução de caminhos ópticos não ortogonais nodispositivo (light pathwayenhancement). A contribuição dos nanodifusores de ZnO na melhoriado desempenho das células solares foi analisada por meio de simulações computacionais, combase no método de elementos finitos, bem como experimentalmente. Nanopartículas de ZnO, com163 nm de diâmetro, foram sintetizadas por uma rota de síntese verde e caracterizadas. Filmesfinos feitos com suspensão de NPs de ZnO foram depositados sobre o eletrodo transparenteITO (óxido de estanho e índio), a partir dos métodos de drop casting e spin coating, tendo suaresposta óptica avaliada. Neste trabalho são propostas metodologias para modelamento óptico eelétrico de células fotovoltaicas de terceira geração com a inserção de NPs de ZnO no topo dodispositivo. Os resultados para o modelamento óptico indicam que as nanoesferas de ZnO de 160nm de diâmetro apresentam um valor médio de Albedo alto (0,88) na faixa do espectro visível, eespalham a radiação solar predominantemente na direção frontal. O uso de NPs de ZnO (160nm de diâmetro) na superfície superior de uma célula solar orgânica pode reduzir a reflectânciado dispositivo em até 95 % para λ = 530 nm, promovendo um acoplamento de luz eficientena camada ativa da célula e simultaneamente aumentando a absorbância (26 %) do dispositivo.As contribuições de light trappinge efeito anti-reflexo melhoram a geração de fotocorrente,apresentando aumento na densidade de corrente de curto-circuito em CSOs em 27,9 %. Paracélulas solares de perovskita, foi observado um aumento na absorbância de 32 % e uma reduçãona reflectância de 96 % para λ = 530 nm. Neste trabalho é descrito o processo de fabricaçãode células solares de terceira geração (orgânica e perovskita). A partir de substratos com omaterial ativo dos dispositivos foi possível demonstrar o ganho óptico que as nanoestruturas deZnO podem gerar, resultante do efeito anti-reflexo e também do espalhamento da luz. Com adeposição das NPs de ZnO sobre dispositivo de perovskita, verificou-se experimentalmente que ouso NPs de ZnO, depositadas no topo, induz uma melhora no desempenho (ganho de eficiência)do dispositivo fotovoltaico de 23,5 %. 

Devido à rápida expansão dos sistemas fotovoltaicos na última década, ficou clara a necessidade de localizar o ponto de máxima potência Maximum Power Point– MPP para maximizar a energia solar capturada sob várias condições ambientais. Quando todos os módulos de um arranjo fotovoltaico recebem a mesma irradiação solar, técnicas tradicionais de seguimento do ponto de máxima potência Maximum Power Point Tracking – MPPT podem encontrar facilmente o MPP. Contudo, se os níveis de irradiância nos módulos fotovoltaicos não forem uniformes, encontrar o ponto de máxima potência global Global Maximum Power Point – GMPP para esses algoritmos fica inviável, uma vez que estas técnicas podem ficar operando em um máximo local enquanto o sombreamento permanecer. Um sombreamento parcial, que pode ocorrer a partir de sombras, nuvens, edifícios ou árvores, por exemplo, exibe na curva potência-tensão um comportamento com múltiplos picos, uma vez que os módulos estão protegidos por diodos de desvio. Neste contexto, neste trabalho são propostas duas técnicas que extraem o GMPP de uma curva tensão potência com múltiplos picos. Estas técnicas, são comparadas a técnicas recentes da literatura onde são obtidos resultados comparativos de simulação e experimentais além deterem seus fluxogramas apresentados. Vale salientar que técnicas baseadas em modelo reduzem as perdas de energia, pois têm respostas dinâmicas mais rápidas em comparação as técnicas heurísticas. Portanto, são propostas duas técnicas baseadas em modelo, só que uma delas é válida apenas para séries fotovoltaicas. Um destes algoritmos utiliza o modelo de dois diodos a partir dos parâmetros fotovoltaicos estimados de maneira offline, utilizando a Técnica Híbrida Pattern Search (TH-PS). O outro algoritmo utiliza o modelo de um diodo. Como ambas as técnicas são baseadas em modelo foi proposto um microestimador de irradiância, cuja finalidade é estimar a irradiância de cada módulo a um baixo custo. Esse microestimador pode servir também como monitoramento de uma usina fotovoltaica (FV), já que pode enviar as informações de irradiância para um computador central via Wi-Fi, pois utiliza para comunicação uma ESP8266. Por fim, após a modelagem do conversor utilizado para condições de MPPT, são fornecidos os resultados dinâmicos de simulações, utilizando o software MATLAB, e experimentais, por meio de uma bancada experimental, para várias condições climáticas.

Hastes de âncora são usadas na sustentação de cabos estaiados de torres de transmissão elétrica. Elas fazem parte de um complexo sistema de ancoragem que é montado para apoiar a enorme estrutura capaz de levar energia elétrica a diversas regiões. Muitas vezes a instalação dessas torres ocorre em lugares remotos, o que torna sua manutenção desafiadora. Além do mais, a verificação da integridade das hastes de âncora, que são fincadas em solo, é realizada através de uma inspeção visual. Isso requer que o solo ao redor da haste seja escavado, o que torna o processo caro e perigoso para os funcionários. Diversos métodos não destrutivos foram propostos para verificação da integridade de hastes de âncora, mesmo enterradas e sem a necessidade de escavar o solo. Uma delas trata-se da reflectometria no domínio da frequência. Nela, sinais eletromagnéticos são injetados por um analisador vetorial de redes (do inglês, Vector Network Analyzer) em uma linha de transmissão composta por uma haste de âncora e os níveis de reflexão do sinal ao longo da haste são analisados. Essa análise pode fornecer informações valiosas a respeito da integridade da haste, já que, mudanças de impedância podem ser causadas por processos corrosivos em sua superfície. Contudo, é muito comum que estruturas auxiliares estejam presentes ao longo da haste de âncora, e assim, podem influenciar no diagnóstico sobre o estado da haste de âncora. De maneira inovadora, esse trabalho propõe uma nova metodologia para diminuição dos efeitos indesejados de estruturas auxiliares no resultado da reflectometria. Desse modo, aqui, medições e simulações são feitas em hastes de âncora para identificação de possíveis falhas na sua estrutura através da análise da reflectometria, que é otimizada pela redução de efeitos indesejados.

A demanda crescente por soluções de detecção versáteis e melhorias no desempenho de medições em ambientes operacionais desafiadores tem impulsionado extensas pesquisas em sensores de fibra óptica para alcançar operações aprimoradas. Uma abordagem promissora para aprimorar os sistemas de detecção envolve a consideração de parâmetros específicos, como a expansão da faixa de operação e a medição simultânea de múltiplos parâmetros, especialmente quando esses parâmetros estão interligados, como é caso da temperatura e da corrosão, ou temperatura e do índice de refração. Esta Tese de Doutorado apresenta o aprimoramento das funcionalidades de um sensor distribuído de temperatura baseado em espalhamento Raman (SDT-R) em fibras ópticas, bem como propõe experimentalmente o desenvolvimento de um novo sensor multiparâmetro baseado em reflectometria Raman anti-Stokes no domínio do tempo. É realizado o aprimoramento de um sistema de detecção distribuída de temperatura por meio de espalhamento Raman em fibras ópticas, relacionado à faixa de operação de temperatura. Esse sistema utiliza um equipamento comercial de reflectometria óptica no domínio do tempo (OTDR) e amplificação através de fibra dopada com Érbio (EDFA). O desempenho do sensor é experimentalmente avaliado em uma ampla faixa de temperaturas, abrangendo desde -196,15 °C até 400 °C, e em longas distâncias, de até 27 km.  São realizadas análises utilizando um tipo de fibra especial, com revestimento metálico, para a operação em altas temperaturas. Os resultados fornecem informações sobre a sensibilidade, precisão e resolução do sensor na ampla faixa de temperaturas. Além disso, é apresentado o desenvolvimento de um novo sensor multiparâmetro que combina as funcionalidades de detecção de temperatura, corrosão e índice de refração. Esse sensor incorpora cabeças sensoras, projetadas com diferentes estruturas de fibras ópticas, ao SDT-R tradicional para o monitoramento de corrosão e índice de refração.  Os sensores são testados em experimentos para avaliar sua resposta a diferentes índices de refração, temperaturas e um processo controlado de corrosão, permitindo a determinação da taxa de corrosão. Os resultados demonstram que o sensor multiparâmetro é capaz de monitorar simultaneamente e de forma independente a corrosão e o índice de refração, ao longo de múltiplos pontos do link de fibra óptica, e a temperatura, de forma distribuída. Essa abordagem não apenas adiciona novas funcionalidades ao SDT-R, mas também aprimora os resultados de medição para os parâmetros analisados.  A sensibilidade do sensor é de 0,5 dB/10-3 UIR, para variações do índice de refração na faixa de 1,3370 - 1,3840 UIR, e de 0,74 dB/nm para a detecção da corrosão de 100 nm de alumínio depositados na extremidade clivada de uma fibra óptica. São exploradas as possíveis aplicações dos sensores em vários setores, com destaque para a indústria de óleo e gás, onde esses sensores podem atuar para aprimorar o monitoramento e a manutenção de infraestruturas críticas. Ao integrar medida simultânea de múltiplos parâmetros em um único sensor essa abordagem oferece uma solução versátil e eficaz para atender às necessidades de medição em ambientes operacionais desafiadores.

Um sistema de medição instantânea de frequência (IFM) consiste em um conjunto de elementos capazes de processar um sinal de entrada por meio de discriminadores, a fim de identificar a subfaixa a qual a frequência do sinal pertence. Os resultados exibidos são representados por valores binários que refletem a potência de saída dos discriminadores. Portanto, é de suma importância selecionar adequadamente a resposta em frequência desses elementos para garantir o funcionamento adequado do sistema. Ao projetar os discriminadores corretamente, é possível realizar a varredura diretamente, eliminando a necessidade de pós-processamento. Nesta tese, são apresentadas evidências de que a escolha de um código binário balanceado (BBC) para representar os bits de saída traz vantagens significativas no projeto dos discriminadores de frequência. Os discriminadores projetados são compostos por um conjunto de quatro superfícies seletivas de frequência (FSS) baseadas na geometria fractal Curva de Sierpinski, com diferentes iterações, substituindo assim os discriminadores de frequência tradicionais, como os interferômetros e filtros. Como aplicação dos discriminadores projetados, será conjecturado um sistema IMF de 4 bits com uma resolução de projeto de 323,12 MHz para cada uma das 16 sub-bandas distribuídas na faixa de frequência entre 0,39 GHz e 5,56 GHz. Os resultados das simulações computacionais realizadas no CST Microwave Studio, juntamente com as medições utilizando um analisador de rede, serão apresentados e comparados devidamente. Tanto nas medições, como nas simulações, a FSS é colocada entre as antenas. O parâmetro analisado nas simulações e medições é o coeficiente de transmissão, 𝑆₂₁, entre duas antenas tipo corneta utilizadas nas medições e representadas pelas portas 1 e 2 nas simulações computacionais. 

O aumento da expectativa de vida em todo o mundo e a queda dos números de nascimento de crianças têm contribuído para o um aumento do envelhecimento da população. Esse fenômeno, aliado ao aumento das doenças crônicas, impõe desafios crescentes aos sistemas de saúde no cuidado aos idosos, visando preservar sua qualidade de vida. Avanços na área da saúde e tecnologia têm permitido o monitoramento remoto de informações vitais, auxílio no controle de medicamentos diários e a prevenção de acidentes graves. Nesse contexto, as tecnologias como Ambient Assisted Living (AAL) surgem como soluções para monitorar a saúde, o estado emocional e as atividades diárias dos idosos, proporcionando-lhes independência, segurança e bem-estar. Para garantir que essas soluções atendam às necessidades desse público, é crucial uniformizar as percepções de usabilidade e aceitabilidade dos sistemas AAL. Durante o desenvolvimento desses sistemas, é fundamental especificar de maneira adequada os requisitos não funcionais que impactam a usabilidade e a aceitabilidade, considerando os requisitos legais e em experiências dos stakeholders, sendo tais aspectos relevantes para esse tipo de sistema. Esta tese apresenta o NFR-driven development (NDD), um framework que auxilia na especificação de requisitos não funcionais de usabilidade e aceitabilidade para sistemas AAL, baseado em requisitos legais e em experiência dos stakeholders. Para embasar essa proposta, foi realizado um Mapeamento Sistemático da Literatura (MSL) para identificar os principais requisitos não funcionais para sistemas AAL, incluindo requisitos legais que podem impactar o desenvolvimento desses sistemas. A partir dos resultados obtidos com a MSL, foram identificados os requisitos não funcionais que influenciam a usabilidade e a aceitabilidade dos stakeholders, bem como os requisitos legais relevantes para esse tipo de sistema. O NDD framework reúne os conceitos relevantes e fornece orientações aos engenheiros de requisitos e desenvolvedores durante o processo de especificação de requisitos não funcionais, considerando requisitos legais e a experiência dos stakeholders. Ao adotar esse framework, espera-se alcançar sistemas AAL que atendam efetivamente às necessidades e expectativas dos stakeholders, garantindo a conformidade com os requisitos legais.

Desde quando foi utilizado para em antigas embarcações para orientação geográfica, até os dias de hoje onde é usado para o tratamento de canceres e tumores, o uso do campo magnético vêm trazendo uma evolução tecnológica tanto na construção de dispositivos, como nos mais diferentes procedimentos, e para sua devida aplicação o monitoramento nominal do campo magnético é essencial. Nesse sentido, este projeto de tese apresenta estudos, de modelagem computacional e experimentais, para construção de sensores e dispositivos à fibra óptica, que utilizam os efeitos Faraday e Kerr magneto-ópticos. Os sensores propostos nesta tese são capazes de fazer o monitoramento de campo magnético com sensibilidade e faixa de operação variadas, em que uma das configurações pode alcançar uma faixa de operação de 0 à 200 mT. Devido a aplicação específicas, onde há variações de temperatura, também foi feito um estudo de como a temperatura pode afetar a modulação do sinal, bem como formas de mitigar sua influência. Os resultados de sensibilidade obtidos são comparáveis com os encontrados na literatura, tendo uma das estruturas simuladas alcançado uma resolução de 0,051 mT. Os estudos realizados tem um viés de projetar e caracterizar a estrutura do sensor para que seu sinal seja otimizado a depender de sua aplicação.  Vale destacar que o sistema construído experimentalmente também serve para finalidade de caracterizar materiais magnético, e obter paramentos magneto-ópticos desses materiais. Por fim, também é prosto nessa tese um dispositivo para controlar a polarização de uma onda eletromagnética, baseado no Efeito Faraday magneto-óptico e na absorção em uma fibra perfil D metalizada. O dispositivo pode ser controlado eletronicamente por solenoides, o que possibilita um melhor desempenho, quando comparado com controladores mecânicos. Por fim, os resultados das simulações mostram que o dispositivo pode polarizar e controlar a polarização da luz com uma perda de inserção máxima de 5,71 dB para uma onda não polarizada e mínima de 2,61 dB para uma onda já polarizada

Lasers aleatórios (RLs) surgem com grande impulso na exploração da fotônica para estudos de sistemas complexos e sistemas biológicos. Esta tese aborda a construção, caracterização e aplicação de RLs de diferentes materiais de ganho e dispersão, visando o uso dele no sistema de imagem de transiluminação óptica de tecidos biológicos. Além de ser estudadas as flutuações aleatórias de intensidade de emissão de laser, observando-se a existência de estatísticas não gaussianas do tipo Lévy, distribuição de Izrailev e a quebra de simetria de réplica usando RL de corante de Rodamina 6G com nanopartículas de . Nesta tese a emissão de baixa coerência dos RLs foram exploradas para gerar imagens livres de manchas de tecidos biológicos. No primeiro capítulo deste texto é feita uma introdução aos RLs e suas aplicações na área da óptica biomédica. O segundo capítulo enfoca na descrição teórica da emissão dos RLs coloidais e de estado sólido. O terceiro capítulo apresenta a construção e caracterização de RLs, com a observação de efeitos não-lineares e transições de fase fotônica em sistemas de RLs. Foram analisados um grande conjunto de espectros da emissão do RL, para análise estatística da radiação. No quarto capítulo, apresenta-se o uso do RL na técnica de imagem por transiluminação para geração caracterização de sistemas biológicos. Neste caso usou-se um corante orgânico de Piridina2 em etileno glicol com nanopartículas espalhadoras de , para geração de RL com emissão na primeira janela biológica (750nm). Foi avaliado experimentalmente a coerência da emissão de RL, com a quantificação do comprimento de coerência da radiação laser (13 mm). Foi demonstrado, pela primeira vez o uso de RL na técnica de transiluminação óptica para geração de imagem de tecido dentário. Os resultados indicam que o RL de Piridina2 é uma fonte de grande potencial para gerar imagens de tecido dentário livre de manchas (Speckles) no infravermelho próximo.

O uso de técnicas de aprendizagem de máquina em diferentes campos acadêmicos e profissionais confirma sua utilidade teórica e prática. O campo de comunicações não é exceção, possuindo diversas aplicações em problemas estabelecidos. Este trabalho faz uma investigação de diferentes formas de utilizar modelos baseados em aprendizagem de máquina em três problemas distintos envolvendo decodificação em sistemas de comunicação, buscando demonstrar sua flexibilidade e apresentar formas alternativas de se obter resultados clássicos que empregam algoritmos estabelecidos, ou até mesmo obter desempenhos melhores em situações específicas.

O primeiro problema trata de canais Markov-Gauss e compara um modelo de aprendizagem de máquina com o modelo oculto de Markov usualmente empregado, o segundo trata de sistemas de comunicação baseados em acesso múltiplo não ortogonal e compara um modelo de aprendizagem com o algoritmo de decodificação usualmente empregado, o terceiro trata de um sistema de comunicação baseado em caos em que uma rede neural é utilizada na decodificação em comparação com a decodificação por máxima verossimilhança.

Esta dissertação trata da avaliação de formas de onda não ortogonais do tipo Spectrally Efficient Frequency Division Multiplexing (SEFDM), onde é possível aumentar a eficiência espectral em comparação a sistemas Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) através da compressão do espaçamento entre subportadoras abaixo do limite da ortogonalidade. A quebra da ortogonalidade causa o aparecimento de Interferência Entre Subportadoras (ICI), que fica mais intensa de acordo com o aumento da compressão do espectro. O desempenho do SEFDM foi comparado com o OFDM, que é a forma de onda utilizada no 5G NR, tanto em simulações como de forma experimental no contexto da Sexta Geração de Comunicações Móveis (6G). Durante as simulações, os sistemas foram analisados quanto à Taxa de Erro de Bit (BER) com e sem a aplicação de códigos corretores de erro do tipo Low Density Parity Check (LDPC), quanto a eficiência espectral e a Peak-to-Average Power Ratio (PAPR). Os experimentos foram realizados considerando dois cenários no contexto de 5G e além, sendo eles o canal sem fio e Rádio sobre Fibra (RoF). Os transmissores e receptores foram implementados no GNURadio, uma plataforma open-source para trabalhar com Rádio Definido por Software (SDR) e através dele foi possível realizar as transmissões e receber os sinais.

Na presente dissertação realizamos a investigação experimental de um sensor à fibra óptica com estrutura heteronúcleo, tendo a finalidade de avaliar a viabilidade deste como possível candidato para o monitoramento do estado de carga de baterias de chumbo-ácido. A estrutura utilizada é formada por uma fibra óptica monomodo (SMF - Single Mode Fiber) unida com uma fibra multimodo (MMF - Multi-Mode Fiber) em cada uma de suas extremidades, formando um arranjo multimodo-monomodo-multimodo (MSM), onde a fibra SMF é a parte sensora da estrutura. Com intuito de se obter um sensor compacto e de boa sensibilidade, foram realizados experimentos com comprimentos distintos de SMF, de tal modo que fosse possível selecionar o mais adequado para a aplicação proposta. As medições são realizadas variando o índice de refração externo à SMF, primeiramente com amostras de glicerina diluída em água, para caracterização do sensor, e, por fim, com amostras de eletrólito de bateria de chumbo-ácido com diferentes concentrações. O sensor final consiste no uso de uma fibra óptica SMF com comprimento de 30 mm, e a resolução obtida é de 1,85 g/L do eletrólito, de modo que o sensor é capaz de detectar diferentes níveis de carga em diferentes tipos de baterias de chumbo-ácido.

A detecção de anomalias consiste em identificar padrões que divirjam de comportamentos tidos como normais. Ela é uma importante área de estudos, cuja aplicabilidade se estende a diversos domínios, como a segurança de redes de comunicação, a detecção de doenças, a identificação de fraudes, dentre outros. A detecção de anomalias configura-se como uma etapa essencial de processos que envolvem tomadas de decisão, como o planejamento de manutenções em fábricas ou o início do tratamento de doenças graves. Comportamentos anômalos podem ser provocados por erros ou eventos ainda desconhecidos pelo sistema de detecção. A detecção de anomalias apresenta uma série de desafios que a distanciam de problemas de classificação tradicionais. Um deles diz respeito ao desbalanceamento dos dados disponíveis para treinar o modelo de detecção. A inexistência, ou existência em pequenas quantidades, de dados pertencentes às classes anômalas é bastante comum em problemas reais. Isto torna difícil a definição de uma região no espaço amostral que contenha todos os comportamentos normais possíveis, sem compreender os anômalos. Diversas técnicas foram desenvolvidas ao longo dos anos para tratar deste problema. No entanto, um grupo de técnicas tem ganhando atenção especial da comunidade acadêmica. Tal grupo baseia-se no uso de aprendizado profundo. Este consiste no processamento da informação através de múltiplas camadas, tornando possível a obtenção de representações mais significativas da informação de entrada para um dado problema de classificação ou regressão. Apesar dos avanços obtidos, o uso de aprendizado profundo na detecção de anomalias ainda apresenta algumas dificuldades, principalmente na obtenção de características capazes de representar de forma satisfatória a classe normal, ao mesmo tempo em que a diferencie da classe anômala. Este trabalho apresenta as etapas do desenvolvimento de um sistema para a detecção de anomalias baseado na atuação conjunta de técnicas profundas e tradicionais de aprendizado de máquina. As primeiras abordagens analisadas consistiram de algoritmos treinados de forma supervisionada, supondo-se que todas as classes anômalas eram conhecidas, visando promover um melhor entendimento acerca do problema. Em seguida, partiu-se para as abordagens nas quais o treinamento do algoritmo foi realizado apenas com dados pertencentes à classe normal. Dentre as técnicas propostas na tese, a que apresentou o resultado mais promissor envolveu o treinamento do extrator de características em conjunto com um processo de seleção de protótipos. A técnica apresentou valores médios de AUC relativamente altos e estáveis, e.g., acima de 0,95, para um nicho de problemas de detecção de anomalias. Todos os modelos treinados foram avaliados com bases de dados compostas por espectrogramas de sinais sonoros e de vibração, coletados por sensores posicionados em dispositivos eletromecânicos.

O presente trabalho aborda o desenvolvimento e a implementação de um esquema de controle FRT (Fault Ride Throught) dos inversores de interface de sistemas de geração distribuída conectados a uma rede que tenha geração síncrona próxima. Com a estratégia de controle proposta, o inversor realiza suas funções usuais quando a rede está sob condições normais de operação. No entanto, em caso de falta na rede, os inversores passam a operar de modo a controlar a potência fornecida pelo gerador, mantendo a potência ativa da máquina síncrona próximo do valor de pré-falta, a fim de reduzir a aceleração da máquina e oscilações na frequência do sistema.  Para a validação do esquema de controle proposto foram realizadas simulações computacionais em MATLAB, no sistema elétrico de teste de 9 barras do IEEE. O esquema de controle também foi testado experimentalmente, utilizando um inversor e uma montagem máquina síncrona-motor. Os resultados mostram que a estratégia de controle proposta tem desempenho melhor do que aquelas exigidas pelos códigos de rede de diversos países.

A Programação Diária da Operação (PDO) adquire novos desafios conforme fontes de energia renovável são inseridas no sistema elétrico. Além da operação, a variação da potência disponível por essas fontes também provoca alguns problemas devido às restrições operacionais do sistema, como o corte da geração (também conhecido como Power Curtailment ou Constrained-off) e a variabilidade na formação de preço horário, representado aqui pelo Preço Marginal Locacional (LMP - Locational Marginal Pricing). Por conta disso, aplicações para o deslocamento de energia disponível, através do uso de Sistema de Armazenamento de Energia por Bateria (BESS - Battery Energy Storage Systems) podem oferecer maior eficiência ao sistema, minimizando os efeitos negativos causados pela variabilidade de potência. Neste sentido, este trabalho visa contribuir com uma proposta de análise metodológica do comportamento do custo da operação energética, do LMP e do corte da geração baseado na penetração em larga escala de fontes de energia renovável com a presença de BESS. A metodologia empregada integra a solução do problema da PDO com uma análise de risco a partir de diferentes cenários de geração eólica e solar fotovoltaica. Além disso, estas duas fontes são modeladas para serem despachadas de forma não obrigatória, para ser possível observar o corte da geração, como também é considerado o impacto da Geração Distribuída (GD) na curva de carga prevista para o sistema. O problema da PDO é formulado através do Fluxo de Potência Ótimo Linearizado e é solucionado pelo Método Preditor-Corretor de Pontos Interiores. Essa solução faz parte do algoritmo iterativo utilizado para acoplar a PDO com a formação do LMP, onde são consideradas as perdas elétricas do sistema e um modelo de demanda nodal fictícia. Por fim, a análise é feita no sistema IEEE RTS 24 barras adaptado com os dados de geração, demanda e GD do subsistema Nordeste. Os resultados das simulações são apresentados e discutidos, demonstrando a eficácia da metodologia e do uso do BESS para mitigar o custo total da operação energética diária e o corte da geração.

O controle de qualidade é um aspecto crítico, especialmente no contexto da indústria 4.0. Além de ser uma necessidade para atender aos pré-requisitos funcionais de um determinado produto, a qualidade está intimamente relacionada à segurança, à proteção, e a questões econômicas. Neste trabalho, abordamos dois aspectos específicos de certificação da qualidade no contexto moderno da indústria: detecção de anomalias em sistema eletrônicos embarcados e classificação de substâncias químicas ou biológicas. As soluções abordadas são baseadas em modelos de aprendizado de máquina.

Na indústria de produtos eletrônicos, a miniaturização dos componentes e o uso de placas multicamadas aumentaram consideravelmente a complexidade dos testes. Consequentemente, formas tradicionais de teste baseadas em inspeções manuais tornaram-se desatualizadas e ineficientes. Além disso, a Indústria 4.0 demanda produtos com alto índice de personalização. Isso exige requisitos adicionais, como alto grau de flexibilidade nos processos de concepção, de projeto e de testes. Portanto, são necessárias soluções eficazes e flexíveis que não utilizem pontos de contato físico com o produto testado. Nosso estudo apresenta soluções de teste automatizados e não-invasivos.

Em relação aos testes de substâncias, tradicionalmente utilizam-se técnicas de espectroscopia, realizadas com espectrógrafos. Apesar de ser uma técnica bastante madura, sua limitação são o custo e a complexidade do equipamento. Nós propomos uma alternativa simples, porém eficiente para realizar testes sem o uso de espectrógrafos.

Para validação, projetamos e construímos protótipos para realização de experimentos. Para detecção de anomalias, construímos um sistema usando uma placa de desenvolvimento de sistemas embarcados. Seis versões de software foram implementadas – sendo uma delas funcional, enquanto o restante representa algum tipo de anomalia. Anomalias são detectadas pela análise de sinais temporais capturados do circuito de forma não-invasiva. Os sinais são convertidos em imagens espectrográficas que são analisadas por um modelo de aprendizado de máquina, treinado para detectar se o circuito se comporta conforme a especificação.

Para classificação de substâncias, apresentamos uma Prova de Conceito. Em vez de empregar o espectrógrafo, utilizamos um sistema de transmissão e recepção ópticas. O sinal transmitido possui forma de onda especialmente projetada para obtenção de máximo desempenho. O sinal detectado é convertido em imagem espectrográfica que é usada por um modelo de aprendizado de máquina que realiza a classificação.

Os resultados experimentais demonstram a eficácia dos métodos de teste propostos. Para vários cenários de teste do sistema eletrônico, a taxa de detecção chega a 100%. A classificação de substâncias também apresenta desempenho ótimo (taxa de acerto de 100%) em várias configurações. Adicionalmente, apresentamos uma técnica para aumentar o desempenho por meio da transformação dos dados utilizados para treinamento e validação do modelo. A eficácia da técnica é comprovada experimentalmente tanto para detecção de anomalias quanto para classificação de substâncias.

As redes ópticas aparecem como uma das principais infraestruturas utilizadas no transporte de grande quantidade de dados nos tempos atuais. Dentre as tecnologias mais estudadas em trabalhos recentes podem-se citar as Redes ópticas elásticas, que apresentam destacado aproveitamento de espectro devido à possibilidade de se trabalhar com requisições de larguras de banda variáveis. O presente trabalho aborda a utilização de heurísticas e meta-heurísticas para melhorias no roteamento e alocação do espectro em Redes ópticas elásticas. É proposto inicialmente um esquema de roteamento e alocação de espectro baseado em divisão espectral (do inglês Split Spectrum) por simples e múltiplos caminhos, capaz de aumentar a disponibilidade da rede pela redução da perda de opções para a inserção de chamadas no espectro de frequências das rotas, com a consequente mitigação da probabilidade de bloqueio das próximas requisições. É proposta também uma meta-heurística baseada em otimização por enxame de partículas (PSO) com o objetivo de definir soluções para a alocação de espectro em Redes ópticas elásticas, com a utilização do algoritmo conhecido como MSCL (Min Slot-Continuity Capacity Loss) e de uma metodologia de otimização por séries de funções. Tal esquema leva em consideração as peculiaridades de cada rota da rede, agrupando características em comum para que assim se possa obter matrizes com parâmetros de entrada otimizados de forma mais adequada para o cálculo da perda de capacidade pelo algoritmo, modificando também a forma de cálculo do custo de alocação em tais redes, observando as possibilidades de melhorias com a utilização de algoritmos de otimização.

Pesquisadores do LSI-UFPE vem desenvolvendo um módulo eletro-óptico que é parte de um sistema sensor capaz de detectar a presença de cinco diferentes tipos de gases dissolvidos em óleo de transformador. A presença desses gases é relacionada com a existência de potenciais falhas. Normas internacionais estipulam as concentrações aceitáveis para indicar uma operação normal do transformador. Para a detecção do gás o sistema sensor em desenvolvimento no LSI usa uma técnica conhecida como WMS –– Espectroscopia de Modulação de Comprimento de Onda. Ela é necessária devido às concentrações diminutas de gases que deve ser detectada. Um dispositivo fundamental para a aplicação desta técnica é o Amplificador Lock-in. Os amplificadores lock-in comerciais apresentam um custo elevado e geralmente possuem muito mais funcionalidades do que o necessário para o sistema sensor. Sendo assim, esse trabalho tem como foco o desenvolvimento de um amplificador lock-in digital utilizando microcontroladores comerciais de baixo custo e que sejam de fácil integração ao sistema sensor em desenvolvimento.

Com o rápido desenvolvimento de ferramentas de processamento digital de sinais, o conteúdo de uma imagem pode ser facilmente manipulado ou adulterado de forma maliciosa. A marca d’água frágil tem sido amplamente usada para fins de autenticação de dados. Esta dissertação apresenta novas propostas de algoritmos de marcas d’água frágil em imagens para detecção de área manipulada e recuperação da imagem. Os bits com marca d’água são obtidos a partir dos bits de paridade de um código corretor de erro cuja mensagem é formada a partir de uma sequência caótica binária e de bits da imagem original. No primeiro algoritmo proposto, os bits com marca d’água são inseridos no domínio da frequência usando a Transformada Wavelet Discreta. A imperceptibilidade, detecção e recuperação alcançada por este algoritmo são testadas para vários ataques usados em processamento de sinais. No segundo método, os bits da marca d’água são incorporados usando o método do bit menos significativo. Uma comparação entre os algoritmos propostos mostra que o primeiro apresenta maior imperceptibilidade, enquanto o último apresenta melhor capacidade de recuperação. Os algoritmos propostos são analisados tanto para imagens em tons de cinza quanto imagens coloridas. Os resultados da comparação revelam que a técnica proposta tem um desempenho melhor do que alguns métodos existentes. 

Uma microrrede é definida pelo conjunto de unidades de geração distribuída (GD), unidades de armazenamento e cargas, que conectados em paralelo formam um pequeno sistema elétrico de potência. A microrrede pode operar conectada à rede elétrica da concessionária, em que as cargas são alimentadas por meio das unidades de GD e o déficit de potência é fornecido pela rede. Neste modo de operação, a referência de tensão e frequência é definida pela rede. Outro cenário possível e quando a rede elétrica da concessionária não está disponível e a microrrede deve operar de forma autônoma (isolada), nesta situação o fluxo de potência entre as unidades de GD e as cargas devem ser balanceados, ou seja, a potência fornecida por cada unidade de GD deve ser proporcional a sua capacidade nominal. Neste trabalho, é realizado um estudo comparativo entre a estratégia controle por inclinação (droop) e uma nova técnica de controle denominada mestre-escravo sem comunicação, em microrredes operando no modo autônomo. Para representar o comportamento dinâmico das microrredes, neste trabalho é proposto um modelo matemático em pequenos sinais da microrrede mestre-escravo sem comunicação e desenvolvido o modelo matemático em pequenos sinais da microrrede droop. A partir do modelo matemático de ambas as microrredes, a região estável no plano complexo é comparada para diversos valores dos coeficientes de inclinação. O desempenho das técnicas de controle no compartilhamento de potência é avaliado por meio de um conjunto de figuras de mérito. Finalmente, o desempenho de ambas as microrredes é avaliado sob condições de operação de carga não linear e desequilibrada, e uma estratégia de compensação de tensões desbalanceadas é implementada na microrrede mestre-escravo sem comunicação.

O monitoramento dos sinais vitais é uma das estratégias mais recomendadas pelos profissionais da saúde para o controle, triagem e auxilio no prognóstico de doenças crônicas ou infectocontagiosas. A aquisição remota em massa dos parâmetros fisiológicos de pacientes em ambientes clínicos ou domiciliares, quando gerenciados e processados, podem prover informações valiosas para a detecção de tendências de surtos epidemiológicos em regiões distritais, municipais, estaduais, nacionais ou internacionais. Desta forma, o principal objetivo deste trabalho é utilizar tecnologias e metodologias bem consolidadas no meio científico para tornar o monitoramento dos parâmetros vitais acessíveis ao usuário com apenas um smartphone, de forma eficaz, com baixo-custo e de fácil utilização. O trabalho compreende no desenvolvimento de dois protótipos vestíveis (passivo e semi-passivo) de baixo consumo habilitados com a tecnologia NFC (Near Field Communication), em formato de braceletes, capazes de mensurar simultaneamente frequência cardíaca, temperatura, saturação sanguínea de oxigênio e pressão arterial de forma não-invasiva, confortável e em tempo real. Através de um confortável sistema analógico para aquisição do ECG (Eletrocardiograma)  pelo membro superior esquerdo, os dispositivos são capazes de mensurar a pressão arterial de forma automática e sem a necessidade de um manguito, por meio da frequência cardíaca e o parâmetro PAT (Pulse Arrival Time). Foi desenvolvido também uma interface dinâmica de comunicação NFC, com transferência simultânea, sem fio, de dados e energia entre o protótipo passivo e um smartphone. Além disso, uma interface gráfica e um data log online foram desenvolvidos para o monitoramento simultâneo dos quatro sinais vitais através de um smartphone e o protótipo semi-passivo. Foi desenvolvido um protocolo de coleta de dados através de voluntários com aprovação do comitê de ética para estudos com seres humanos (CAAEs: 24617219.4.0000.5208 e 45209121.2.0000.5208). Tais coletas foram utilizadas a fim de validar os sinais vitais adquiridos pelos protótipos com equipamentos comerciais homologados e avaliar a usabilidade do sistema desenvolvido pelos voluntários. Em conformidade com padrões de confiabilidade adotados no meio clínico e científico, as validações foram feitas através de analises estatísticas das diferenças entre os dados adquiridos pelos protótipos e os equipamentos comerciais. Dentre os resultados, constataram-se aferições de sinais vitais dentro dos padrões clínicos recomendados após otimizações dos protótipos, cujas médias e desvios padrões dos erros foram de e_BPM=0,0±1,22, e_SpO2=0,2±0,63%, e_Temperature=0,4±5,1 ^oC, e_SBP=0,3±5,1 mmHg, e_DBP=0,7±4,23 mmHg. Além disso, o sistema proposto possui grande aceitabilidade e foram bem avaliados pelos voluntários entrevistados.

Devido à particularidade existentes nos diversos domínios dos Sistemas Embarcados, muitas vezes torna-se difícil entender os requisitos que devem ser identificados e traduzi-los nas funções e limitações esperadas do sistema. A complexidade inerente de diferentes domínios, bem como a necessidade de encontrar defeitos ou falhas com rapidez e precisão, são fatores importantes a serem considerados ao desenvolver esses sistemas. Apesar dos avanços em desenvolvimento de sistemas embarcados, ainda é uma área que merece atenção dos pesquisadores devido a sua complexidade e às poucas iniciativas de engenharia de requisitos que atendem às particularidades desses sistemas. A cada dia algumas abordagens para o desenvolvimento de Sistema Embarcados são propostas, considerando várias áreas do conhecimento, tais como ontologia. Nesse contexto, esta tese visa, a partir dos padrões abertos da Web Semântica (o formalismo da lógica descritiva e a linguagem Ontology Web Language ), definir uma abordagem ontológica para auxiliar a especificação de requisitos em Sistemas Embarcados. Assim, através das Ontologias construídas, destacamos simulações de especificações de requisitos em cenários reais, extraindo os requisitos utilizados, normas e os impactos positivos e negativos que eles podem causar entre si. O método de pesquisa utilizado foi um mapeamento sistemático da literatura, uma revisão sistemática da literatura, survey e entrevistas com especialistas do domínio. Como contribuições desta tese, assinalamos o avanço no uso de ontologias logicamente formalizadas para a representação não-ambígua e compartilhada do conhecimento de requisitos em Sistemas Embarcados. Espera-se com isso auxiliar os desenvolvedores de sistemas embarcados, criando-se um núcleo comum de requisitos. É essencial impulsionar a condução das pesquisas na área da engenharia de requisitos, forma a ter-se qualidade e precisão na especificação no desenvolvimento de sistemas embarcados.

A modelagem de uma curva de potência é um fator crucial para o desempenho e operação de uma fonte eólica, contribuindo desde o controle até a melhora no desempenho de uma turbina ou parque. Atualmente existem várias técnicas para o ajuste deste fator, cujos métodos utilizados são conhecidos como paramétricos e não paramétricos. Este último cria uma heurística própria dependendo de uma característica ou tendência específica de como os dados de (ventos x Potência) de um parque ou turbina se comportam. Esta Tese visa demonstrar que é possível aumentar a precisão da previsão de geração eólica em curto prazo com a utilização de algumas técnicas originais que utilizam a inferência pré-estabelecida em sistemas Fuzzy e técnicas de Deep Learning como autoencoders e redes de aprendizagem profunda do tipo LSTM. Foram desenvolvidos duas novas heurísticas explicadas no decorrer do trabalho e as mesmas foram comparadas com os modelos já desenvolvidos pelo autor em trabalhos anteriores. Os resultados mostram-se significativos tanto no que diz respeito a previsão de dados componentes do vento como velocidade e direção quanto a previsão de potência atrelada a aplicação dos modelos de curva de potência desenvolvidos. Desta forma os novos modelos e heurísticas desenvolvidos foram efetivos e inovadores contribuindo para a melhora notável do desempenho das previsões em modelos de geração eólica no curto prazo.

Este trabalho apresenta o desenvolvimento de um dispositivo de micro-ondas como parte de um sistema de detecção de falhas em hastes de âncora, estruturas auxiliares na fixação de torres estaiadas de linhas de transmissão de energia elétrica. Este sistema é baseado em uma técnica de reflectometria no domínio da frequência (do inglês, Frequency Domain Reflectometry) e ferramenta de aprendizado de máquina. As deteriorações (perdas de material) sofridas por estas hastes podem levar à ruptura das mesmas e possível queda da torre. Por se tratar de uma técnica não destrutiva de análise (do inglês, Nondestructive Techniques), este sistema possui um menor custo se comparado a técnica utilizada atualmente, a inspeção visual. Para detecção das falhas, pulsos de alta frequência são inseridos nas amostras de haste de âncora, através de um analisador de redes vetorial (do inglês, Vector Network Analyzer). O coeficiente de reflexão é analisado e comparado ao obtido nos resultados de simulação. Esta tese trata justamente do conector de altas frequências que foi desenvolvido para fazer a interconexão entre o VNA e a haste de âncora. O arranjo experimental envolve ainda, além do VNA e do conector de altas frequências, uma haste de referência. Esta haste, juntamente com a de âncora, formam uma linha de transmissão onde o sinal é trafegado. Amostras de hastes de âncora com e sem falhas foram simuladas, fabricadas, medidas e classificadas com o auxílio de uma ferramenta de aprendizado de máquina para determinar a presença ou ausência das falhas em cada uma delas.

O crescente interesse por sistemas de geração distribuída, em especial, os formados por fontes de energia renováveis, fomenta os estudos de conversores c.c./c.c. com alto ganho de tensão. Em aplicações fotovoltaicas, se faz necessário elevar a tensão para conectar o módulo a rede.  Sendo assim, esta tese propõe uma família de conversores c.c./c.c. de alto ganho com única chave semicondutora. A variação das topologias é obtida com a modificação nas posições dos capacitores e o alto ganho é atingido através do acoplamento magnético. Os circuitos grampeadores reduzem os esforços de tensão na chave, possibilitando o uso de MOSFET com baixa resistência interna. Desta forma, as perdas por condução são minimizadas. Além disso, os diodos operam com comutação sob zero de corrente, eliminando as perdas por recuperação reversa. O princípio de funcionamento dos conversores, as etapas de operação, as principais formas de onda e os esforços nos componentes são analisados para o modo de condução contínua. Um protótipo de potência nominal de 140 W foi desenvolvido para avaliar o desempenho das topologias propostas. A eficiência a carga plena é de 91,84% e a eficiência máxima 93,77% foi atingida com 51,27 W.

As transformadas discretas ganharam destaque nas últimas décadas com a evolução dos sistemas digitais. A comunidade de processamento de sinais direcionou esforços ao desenvolvimento de algoritmos rápidos capazes de implementar as transformadas de modo mais eficiente. A vasta pesquisa nesta área, tem restultado em algoritmos com complexidade multiplicativa próxima da cota mínima. Assim, as transformadas aproximadas surgiram como um artifício matemático para evitar as operações de multiplicação. A presente dissertação, aborda aproximações de baixa complexidade para uma transformada ainda pouco explorada neste sentido, a transformada discreta de Hartley (DHT). Dois métodos de busca baseados na parametrização da matriz da DHT são propostos e implementados. O Método I utiliza a representação matricial da DHT em sua forma não fatorada, enquanto o método II faz uso das fatorações de Winograd e Cooley-Tukey para derivar aproximações já na forma de algoritmos rápidos. As aproximações são obtidas por meio da solução de um problema de otimização que avalia três funções objetivo. Estas funções, são métricas de similaridade entre as aproximações e a transformada exata. Duas das funções objetivo são conhecidas na literatura, erro de energia total e desvio de ortogonalidade, e a terceira métrica, denominada erro de involução, é proposta neste trabalho. Os métodos de busca derivam, no total, 45 novas aproximações de comprimento N = 3, 5, 7, 8, 16, 32. Uma aplicação de reconhecimento facial utilizando filtros MACE no domínio de Fourier foi adaptada para o domínio de Hartley. As dezoito aproximações de comprimento N = 32 obtidas, foram submetidas ao sistema de verificação facial e comparadas com a transformada da DHT exata. As aproximações apresentaram uma média de taxa de erro entre 0,32% e 0,50%, tendo algumas superado a DHT exata, a qual obteve média de taxa de erro de 0,36%.