REPOSITÓRIO P.PORTO
Scientific Repository of the Porto Polytechnic
Recent Submissions
Caracterização de consórcios microbianos ambientais enriquecidos com um fungicida fluorado persistente
Publication . AZEVEDO, INÊS SILVA; Soares, Eduardo Jorge Valente
A utilização de pesticidas fluorados levanta preocupações ambientais devido à elevada estabilidade das ligações C–F, que dificulta a sua degradação e favorece a persistência em solos e ecossistemas aquáticos. O mefentrifluconazol, fungicida triazólico fluorado de uso agrícola, representa um exemplo pela sua elevada recalcitrância e potencial impacto ecotoxicológico. Este projeto de estágio integra-se no âmbito do Mestrado em Engenharia Química do Instituto Superior de Engenharia do Porto (ISEP) e foi desenvolvido no Centro Interdisciplinar de Investigação Marinha e Ambiental (CIIMAR). O estudo centrou-se na caracterização de
consórcios microbianos provenientes de rizossedimentos estuarinos, enriquecidos com mefentrifluconazol. As hipóteses de trabalho consideraram que (i) estes consórcios poderiam adaptar-se seletivamente ao fungicida, adquirindo capacidade para a sua biodegradação e defluorinação; (ii) que a presença de co-substratos (acetato de sódio ou 1H-1,2,4-triazol) influenciaria a dinâmica microbiana; (iii) e que a eficiência do processo dependeria da
concentração inicial do poluente. Através da sequenciação massiva do gene 16S rRNA, observaram-se alterações
significativas ao longo dos ciclos de enriquecimento, incluindo a redução da diversidade alfa inicial e a emergência de géneros adaptados à pressão seletiva do mefentrifluconazol, como Azospirillum, Methyloversatilis, Pseudarcobacter, Niveispirillum, Paracoccus, Methylobacterium e Hyphomicrobium. A viabilidade dos consórcios criopreservados foi confirmada em ensaios de cultura líquida, com libertação de fluoreto como indicador da defluorinação. Ensaios cinéticos demonstraram eficiências decrescentes de defluorinação (93,0%, 35,1%, 1,8% e 0,9% para 1, 3, 5 e 10 mg/L, respetivamente, após 21 dias), ajustando-se melhor ao modelo de primeira ordem,
com uma taxa de degradação de 0,042 ± 0,007 dia⁻¹ e um tempo de semi-vida de 16,7 dias para 1 mg/L de fungicida. Este trabalho contribui para o avanço do conhecimento sobre a potencialidade de consórcios microbianos ambientais na biotransformação de fungicidas fluorados emergentes e reforça a aplicabilidade da seleção artificial como ferramenta para desenvolver estratégias de biorremediação mais eficazes.
Desenvolvimento de uma cânula flexível de retenção automática e estudo da força de retenção pelo método de elementos finitos
Publication . VILARIÇA, ÍRIS CATARINA CÉSAR; Marques, Maria Arcelina
A laparoscopia é uma técnica cirúrgica minimamente invasiva, amplamente usada em diversas intervenções. A eficácia destes procedimentos depende, em grande parte, da estabilidade dos instrumentos de acesso, os trocartes. Um dos principais desafios associados a estes dispositivos médicos é a força de retenção, responsável por manter a cânula estável após a sua inserção na parede abdominal. Com o objetivo de otimizar este parâmetro, foi desenvolvida uma cânula flexível de retenção automática no SolidWorks, combinando materiais biocompatíveis e técnicas de fabrico inovadoras. Para avaliar o desempenho do novo design, realizaram-se simulações pelo método de elementos finitos, modelando o ambiente clínico com a cânula inserida em tecidos simulados. Foram considerados dois modelos teciduais (1 - maior espessura de tecido adiposo e baixa tonicidade muscular; 2 - menor espessura de tecido adiposo e maior tonicidade muscular) e três modelos de cânula (lisa, de rosca e a desenvolvida neste projeto). As simulações incluíram condições de contacto realistas, atrito e forças aplicadas, avaliando-se os resultados tanto das cânulas como dos tecidos, a nível de stress, deformação,
deslocamento e, por fim, da força de retenção. Os resultados demonstraram que a cânula flexível desenvolvida apresentou a maior força de retenção, com 3,10 e 1,03 N para os modelos teciduais 1 e 2, respetivamente, superando a cânula de rosca (4,2x10-1 e 6,53x10-2 N) e a lisa (2,26x10-3 e 4,42x10-4 N). Os resultados indicaram
também que o novo design proporciona maior estabilidade e melhor adaptação aos tecidos, evidenciando o seu potencial para uma melhor segurança e eficácia. Este trabalho propõe e valida uma nova abordagem no design de trocartes através do desenvolvimento de uma cânula flexível. Contribui para a compreensão do seu comportamento mecânico, fornecendo bases sólidas para o desenvolvimento e contínua evolução de
procedimentos la laparoscópicos.
Multi-agent exploration of unknown terrain: Combining neural time series forecasting with multi-agent coordination for planetary surface exploration
Publication . VIEGAS, IVAN MANUEL ESTEVÃO; Conceição, Luís Manuel Silva Conceição
This work addresses the challenge of autonomous robotic exploration in uncertain planetary
environments, such as the Martian surface, where long communication delays with
Earth make local decision-making essential. The main objective was to develop a simulation
framework aimed at enhancing the efficiency and autonomy of multi-agent robotic systems,
with a particular emphasis on scalable cooperation. The study investigates how the integration
of Multi-Agent Reinforcement Learning (MARL) algorithms and dynamic environmental
simulations can improve exploration in unknown terrains.
The methodology involved the development of a detailed 2D simulation environment of
Jezero Crater, Mars, incorporating realistic weather conditions modeled from the MEDA
dataset. Climate forecasting relied on N-BEATS and LSTM models, with N-BEATS demonstrating
superior performance in predicting environmental variables. Coordination between
Explorer agents (tasked with mapping and sample identification) and Transporter agents (responsible
for collection and delivery) was managed through an Auction-Based Coordination
and Autonomy Layer powered by MARL.
The results demonstrate the effectiveness of the multi-agent approach, achieving a successful
coordination rate of 79.4% across multiple simulation runs under varying atmospheric
conditions (with successful coordination defined as task assignments completed within the
mission time budget via the auction-based mechanism). Furthermore, emergent behavioral
specialization was observed among Transporter agents, with significant diversity in the confidence_
bias parameter (coefficient of variation, CV = 0.256), enhancing overall system
robustness. Additionally, the system exhibited linear scalability and a 192.9% improvement
in territorial coverage in multi-agent configurations compared to single-agent setups.
In conclusion, the integration of MARL with dynamic environmental simulations provides a
robust and adaptable solution to the complex challenges of robotic exploration and navigation
in extreme environments, paving the way for future autonomous space missions.
Identificação de embarcações usadas para contrabando humano com recurso a veículos não tripulados e sistemas multiagentes
Publication . SANTOS, IVO ANDRÉ MARTINS DOS; Gomes, Luís Filipe de Oliveira
O contrabando de migrantes por via marítima é um dos grandes desafios à segurança de fronteiras. O controlo das extensas áreas oceânicas exige soluções inovadoras que ultrapassem as limitações dos métodos convencionais, sobretudo no que diz respeito à cobertura e rapidez na resposta. A incorporação de veículos aéreos não tripulados (UAVs) com apoio a sistemas multiagentes apresenta uma hipótese de melhorar a vigilância marítima, possibilitando operações mais autónomas, escaláveis e resilientes. Esta dissertação tem como proposta uma solução que envolve o uso de UAVs num sistema de multiagentes heterogéneo, apoiados por algoritmos de visão computacional. A arquitetura inclui vários tipos de agentes (patrulha, acompanhamento, apoio e comunicações) organizados por uma estação terrestre, garantindo redundância e a robustez das operações. Modelos de deep learning da família YOLO (v8, v11 e v12, variantes nano e small) foram utilizados para fazer a identificação das embarcações suspeitas. Esses modelos foram treinados com recurso à framework Ray Tune e através de um dataset próprio, desenvolvido especificamente para esta dissertação e aperfeiçoado com técnicas de aumento de dados (data augmentation). Os resultados experimentais revelaram que os modelos, como o YOLOv11n, atingiram elevados níveis de desempenho (F1≈0,8569; mAP@50≈0,8832), ultrapassando outras versões testadas. A análise comparativa também demonstrou que as variantes small conseguem oferecer um
melhor equilíbrio entre precision e recall, enquanto as variantes nano são mais apropriadas para uso em ambientes com recursos computacionais limitados, pelo nível de performance em termos de processamento de frames por segundo. Embora os resultados tenham sido entusiasmantes, a pesquisa enfrentou desafios
consideráveis, tais como o tamanho reduzido do conjunto de dados, a falta de imagens reais de operações marítimas no contexto esperado e limitações de hardware. Estes fatores restringiram a capacidade de treino dos modelos e destacam a importância de reunir mais dados em circunstâncias operacionais reais, além de utilizar recursos com maior capacidade de processamento. Mesmo assim, a aplicação de técnicas de aumento de dados e a implementação de frameworks para auto fine-tuning de hiperparâmetros permitiram contornar essas limitações de forma parcial, confirmando a abordagem proposta. Em termos práticos, a solução aqui apresentada contribui para reforçar a eficácia da vigilância marítima, oferecendo às autoridades competentes uma ferramenta tecnológica de auxílio à tomada decisão que alia rapidez e precisão. Do ponto de vista científico, este trabalho
acrescenta evidência sobre a aplicabilidade de sistemas multiagentes em circunstâncias críticas, bem como a viabilidade de aplicar algoritmos de deteção de objetos em tempo real em dispositivos não tripulados.
Em suma, os resultados desta dissertação ressaltam o valor da aplicação de UAVs integrados a sistemas multiagentes para a vigilância marítima, ajudando a reforçar a sua efetividade no combate ao contrabando humano e a enfatizar a necessidade de implementação de soluções inovadoras que sejam simultaneamente éticas, seguras e ajustadas aos princípios de proteção de dados.
Desenvolvimento de um sistema adesivo para a produção de painéis de contraplacado com emissões ao nível da legislação E05
Publication . BAPTISTA, JÉSSICA LINDA HOSSI; Duarte, Abel José Assunção
Os painéis derivados de madeira apresentam-se como uma alternativa aos produtos de madeira maciça. Dentro destes, os mais conhecidos são os contraplacados (PW), os painéis aglomerados de partícula (PB) e os aglomerados de fibras de média densidade (MDF). A produção destes painéis envolve a utilização de resinas termoendurecíveis, com destaque das resinas amino. No entanto, estas resinas apresentam como problema a emissão de formaldeído, um composto volátil prejudicial a saúde humana. Como consequência, têm vindo a ser
implementadas legislações mais restritivas quanto à emissão de formaldeído (EF), como a nova legislação europeia E05, que impõe um limite de 0,062 mg/m³. O presente trabalho teve como objetivo desenvolver sistemas adesivos a partir de resinas amino para a produção de contraplacados com EF ao nível da legislação E05. Para tal, foram realizados cinco estudos experimentais em que se analisou as EF dos contraplacados produzidos pelo método de análise de gás (ISO 12460-3), tendo-se definido como valor de referência o limite de 1,0 mg/(m2·h). No primeiro estudo, testou-se 4,8 % dos captadores 1,2 e 3 nas resinas A (UF), B (UF) e C (MUF), destacando-se o captador 2 com valores de EF reduzidas, especialmente em formulações com resina C (1.6 mg/(m2·h)). No segundo estudo, aprofundou-se a análise do captador 2 nas concentrações 3,6; 4,9 e 6,9 % com as resinas E (MUF) e F (UF), demonstrando que todas as formulações com a resina E apresentaram valores de EF mais reduzidos, destacando-se a concentração de 4,9 % (0,7 mg/(m2·h)). O terceiro estudo avaliou-se na redução
da razão molar (RM) através da combinação de resinas A (UF) e D (MUF) nas seguintes proporções mássicas: 55; 45 e 40 % da resina A, com RM de RM7; RM8 e RM9, respetivamente. Observou-se uma diminuição nas EF, destacando-se a proporção de 40 % (1,5 mg/(m2·h)) de resina A que apresentou o valor EF mais reduzida. No quarto estudo, combinou-se a estratégia do estudo anterior com a adição de 3,6 % do captador 2, pelo que atingiu um valor de EF inferior ao limite da classe E05 (0,8 mg/(m2·h)). Por fim, o quinto estudo explorou dois novos captadores: bicarbonato de amónio e a propilamina. Ambos apresentaram valores de EF reduzidos, com as concentrações de 3,5 % (1,1 mg/(m2·h)) e 0,3 % (1,3 mg/(m2·h)), respetivamente. Com base nos resultados obtidos, pode-se concluir que o objetivo do trabalho foi atingido, atendendo as necessidades da indústria para produção de contraplacado e contribuindo para a melhoria da qualidade do ar interior e proteção da saúde humana.