Design of a robotic device actuated by cables for human lower limb rehabilitation using self-adaptive differential evolution and robust optimization / Dispositivo robótico atuado por cabos para reabilitação do membro inferior humano utilizando evolução diferencial auto-adaptável e otimização robusta

In engineering designed systems it is commonly considered that mathematical models, variables, and parameters are sufficiently reliable, i.e., there are no errors in modeling and estimation. However, the systems to be optimized can be sensitive to small changes in the designed variables causing significant changes in the objective function. Robust optimization is an approach for modeling optimization problems under uncertainty in which the modeler aims to find decisions that are optimal for the worst-case realization of the uncertainties within a given set of values. In this contribution, a self-adaptive heuristic optimization method, namely the Self-Adaptive Differential Evolution (SADE), is evaluated. Differently from the canonical Differential Evolution algorithm (DE), the SADE strategy is able to update the required parameters such as population size, crossover parameter, and perturbation rate, dynamically. This is done by considering a defined convergence rate on the evolution process of the algorithm in order to reduce the number of evaluations of the objective function. For illustration purposes, the SADE strategy is associated with the Mean Effective Concept (MEC) for insertion robustness, is applied to minimize forces applied in cables used for the rehabilitation of the human lower limbs by determining the positioning of motors. The results show that the methodology that was proposed (SADE+MEC) appears as an interesting strategy for the treatment of robust optimization problems.

No projeto de sistemas de engenharia é comum considerar que os modelos, as variáveis e os parâmetros são confiáveis, isto é, não apresentam erros de modelagem e de estimação. Entretanto, os sistemas a serem otimizados podem ser sensíveis a pequenas alterações nas variáveis de projeto causando significativas modificações no vetor de objetivos. Otimização robusta é uma abordagem para modelagem de problemas de otimização sob incerteza em que o modelador tem como objetivo encontrar decisões que são ideais para o pior caso de realização das incertezas dentro de um determinado conjunto de valores. Neste trabalho, um método de otimização heurística auto-adaptável, nomeada Self-Adaptive Differential Evolution (SADE), é avaliada. Diferentemente do algoritmo de Evolução Diferencial, a estratégia SADE é capaz de atualizar os parâmetros necessários, tais como o tamanho da população, o parâmetro de passagem e taxa de perturbação, de forma dinâmica. Isto é feito considerando uma taxa de convergência definido no processo de evolução do algoritmo, a fim de reduzir o número de avaliações da função objetivo. Para fins de ilustração, a estratégia SADE associado ao conceito de média efetiva, para inserção da robustez, é aplicada para minimizar as forças aplicadas nos cabos da estrutura robótica utilizada para a reabilitação dos membros inferiores humanos, determinando o posicionamento dos atuadores. Os resultados mostram que o método proposto neste trabalho configura-se como uma estratégia interessante para o tratamento de problemas de otimização robustos.

Cinza vegetal: características produtivas e teor de clorofila do capim-marandu / Vegetable ash: productive characteristics and chlorophyll in palisadegrass

O uso de cinza vegetal na agropecuária é uma prática que auxilia no manejo da fertilidade do solo, além de proporcionar destino ao resíduo sólido, o que contribui para preservação ambiental. Assim, objetivou-se avaliar o efeito da cinza vegetal na produção e teor de clorofila do capim-marandu (Brachiaria brizantha cv. Marandu). O experimento foi realizado em casa de vegetação em delineamento experimental inteiramente casualizado, com seis tratamentos e quatro repetições. Os tratamentos consistiram em doses de cinza vegetal: 0,00; 0,75; 1,50; 2,25; 3,00 e 3,75 g dm-3. Foram realizados dois cortes na parte aérea das plantas, sendo o primeiro 30 dias após o transplantio e o segundo 33 dias após o primeiro corte. As variáveis avaliadas foram: massa de parte aérea, de lâminas foliares, de colmo+bainha, de raízes, bem como a relação massa seca da parte aérea e massa seca de raízes, eficiência no uso de cinza vegetal e o teor de clorofila (determinação indireta pela leitura SPAD). No primeiro crescimento a produção do capim-marandu respondeu linearmente até a dose de cinza vegetal de 3,75 g dm-3. No segundo crescimento a maior produção do capim-marandu ocorreu entre as doses de cinza vegetal de 3,11 a 3,54 g dm-3. A cinza vegetal aumenta a produção e o teor de clorofila do capim-marandu.

The use of vegetable ash farming is practice that assists in the management of soil fertility, and provide target the solid residue, which contributes to environmental preservation. Thus, the objective was to evaluate the effect of vegetable ash in production and chlorophyll content of the palisade grass (Brachiaria brizantha cv. Marandu). The experiment was conducted in a greenhouse in a completely randomized design with six treatments and four replications. The treatments consisted of doses of vegetable ash: 0.00, 0.75, 1.50, 2.25, 3.00 and 3.75 g dm-3. There were two cuts on the shoot, the first 30 days after transplanting and the second 33 days after the first cut. The variables evaluated were: shoot mass, leaf lamina, stem+sheath, root, and the ratio of shoot dry mass and root biomass, efficient use ash of plant and chlorophyll content (indirect determination by SPAD readings). At first growth the production of palisadegrass responded linearly to the dose of vegetal ash of 3.75 g dm-3. The second growth the largest production palisadegrass occurred between doses of ash from 3.11 to 3.54 g dm-3. The vegetable ash increases production and chlorophyll of palisadegrass.

Fresh pasta production enriched with Spirulina platensis biomass

The aim of this work was to study the enrichment of Spirulina platensis in wheat flour to prepare fresh pasta to evaluate the green color and nutritional enrichment in addition to functional properties due to the presence of the bioactive compounds in the cyanobacterium. The pastas were evaluated for the centesimal composition, microbiological contamination, sensorial acceptance and technological characteristics such as cooking time, water absorption, volume displacement and loss of solids. The superior protein contents and the satisfactory technological and sensorial attributes compared with the control with no cyanobacterium showed the usefulness of incorporating S. platensis biomass in the fresh pastas. The microbiological quality was in compliance with the legislation in force. The sensorial quality was considered satisfactory (“liked very much”) and purchase intention high (“probably would buy”).

Growth and content of Spirulina platensis biomass chlorophyll cultivated at different values of light intensity and temperature using different nitrogen sources

The effects of light intensity and temperature in S. platensis cultivation with potassium nitrate or urea as nitrogen source were investigated, as well as the biomass chlorophyll contents of this cyanobacteria, through the Response Surface Methodology. Experiments were performed at temperatures from 25 to 34.5ºC and light intensities from 15 to 69 µmol photons m-2 s-1, in mineral medium. In cultivations with both sources of nitrogen, KNO3 and urea, statistic evaluation through multiple regression, no interactions of such independent variables were detected in the results of the dependent variables maximum cell concentration, chlorophyll biomass contents, cell and chlorophyll productivities, as well as in the nitrogen-cell conversion factor. In cultivation performed with both sources of nitrogen, it was possible to obtain satisfactory adjustments to relate the dependent variables to the independent variables. The best results were achieved at temperature of 30ºC, at light intensity of 60 µmol photons m-2s-1, for cell growth, with cell productivity of approximately 95 mg L-1 d-1 in cultivations with urea. For the chlorophyll biomass content, the most adequate light intensity was 24 µmol photons m-2 s-1.

Localização de áreas de monitoramento telemétrico em ambientes aquáticos da Amazônia / Location of telemetric monitoring sites in Amazon floodplain lakes

O presente trabalho demonstra a aplicabilidade de imagens de sensoriamento remoto e de métodos de processamento de imagens digitais para definição de locais adequados à instalação de sistemas telemétricos de monitoramento de variáveis ambientais em sistemas aquáticos, localizados em regiões de difícil acesso. A técnica consiste essencialmente da aplicação de operações Booleanas entre mapas da pluma do Rio Amazonas e de zonas inundadas do Lago de Curuai em diferentes etapas do ciclo hidrológico. A localização exata para o sistema de monitoramento telemétrico será vital para o desenvolvimento de modelos de troca de gases traço entre a planície de inundação Amazônica e a atmosfera.

The present work illustrates the application of remote sensing and image processing methods to define appropriate sites for installing buoy moored telemetric systems at the surface of Amazon floodplain lakes for long-term limnologic-micrometeorologic monitoring. The technique consists essentially of Boolean operations over Amazon plume maps and historic inundation of the Curuai Lake at distinct stages of the hydrologic cycle. The precise location for the long-term monitoring is vital to the development of models concerning air-water trace gas exchange in the Amazon floodplains.

Contribuicao ao estudo dos processos descontinuo e descontinuo alimentado de fermentacao alcoolica / Contribution to study of the descontinuous and alimented descontinuous process of the alcoholic fermentation

Foram estudados os processos descontinuo e descontinuo alimentado de fermentacao alcoolica, utilizando-se mosto de melaco de cana de acucar e Saccaromyces cerevisiae na forma de fermento prensado. Foram analisados a influencia da vazao de alimentacao exponencialmente decrescente, do tempo de enchimento e do nivel de inoculo no comportamento do sistema, considerando os seguintes parametros: produtividades em etanol e em celulas; rendimento em etanol; fator de conversao de substrato em celulas. Para o processo descontinuo alimentado, o valor maximo atingido para a produtividade em etanol foi de 16,9 g/L.h. Os resultados obtidos de rendimentos e produtividades em etanol foram semelhantes para os processos descontinuo e descontinuo alimentado (com tempo de enchimento de 3 h e constante de tempo de '1,6 h POT. -1')