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- Aplicação de redes neuronais convolucionais para a classificação de úlceras do pé diabéticoPublication . Sequeira, Miguela Teixeira; Coelho, Luís Filipe Martins PintoEsta tese explora a aplicação de redes neurais convolucionais (CNNs) para a classificação de úlceras do pé diabético, utilizando as arquiteturas VGG16, VGG19 e MobileNetV2. O objetivo principal é desenvolver e comparar modelos de deep learning capazes de identificar com precisão áreas lesionadas em imagens clínicas de pés diabéticos, ajudando na prevenção e no tratamento eficaz das úlceras. Foi realizado um estudo com base num conjunto de dados de imagens anotadas, avaliando o desempenho dos modelos em termos da accuracy, precisão, recall e F1-Score. A VGG19 destacou-se com uma accuracy de 93%, evidenciando uma capacidade superior de localizar lesões em imagens complexas, com ativações mais focadas nas áreas relevantes. A MobileNetV2, por outro lado, apresentou um bom desempenho em termos de eficiência computacional, sendo adequada para dispositivos móveis e ambientes com restrições de hardware, embora tenha apresentado um valor de accuracy ligeiramente inferior em relação às VGGs. O estudo também discute as limitações de cada arquitetura, como a maior tendência ao overfitting nos modelos mais profundos e a menor capacidade de abstração de detalhes clínicos no MobileNetV2. Os resultados indicam que o uso de CNNs tem grande potencial no diagnóstico clínico assistido por imagem, especialmente para patologias como o pé diabético, onde a deteção precoce e precisa é crucial para evitar amputações.
- Avaliação da biodegradabilidade e ecotoxicidade de conservantes naturaisPublication . Leio, Conceição Margarida; Garrido, Ermelinda Manuela Pinto JesusO presente trabalho de dissertação para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Química, área de especialização Qualidade foi realizado no Centro de Inovação em Engenharia e Tecnologia Industrial (CIETI), no Instituto Superior de Engenharia do Porto (ISEP). Inicialmente foi efetuada uma pesquisa bibliográfica que teve como principal objetivo realizar uma revisão da literatura existente sobre conservantes naturais com potencial aplicação na indústria alimentar e cosmética. Os conservantes têm como principal função evitar a deterioração natural do produto, o que ajuda a preservar as suas características nutricionais, aparência, aumentar o tempo de vida útil e aumentar a eficácia do produto. Como resultado da pesquisa realizada, optou-se por restringir o trabalho focando a atenção num grupo dos conservantes naturais, os polifenóis. Desta forma, com o intuito de avaliar o impacto destes compostos no meio ambiente realizou-se o estudo da biodegradabilidade e ecotoxicidade de derivados do ácido cinâmico: ácido cinâmico, ácido p-cumárico, ácido cafeico e ácido 5-bromocafeico. Os ensaios de biodegradação tiveram a duração de 28 dias. Inicialmente procedeu-se a uma otimização das condições experimentais usadas, utilizando o acetato de sódio trihidratado, um composto biodegradável, como referência. Os resultados obtidos foram coerentes com os descritos na literatura. O estudo da biodegradação realizado para o ácido cinâmico, o ácido p-cumárico e o ácido cafeico permitiu concluir que estes compostos são biodegradáveis. O ensaio relativo ao ácido 5-bromocafeico foi inconclusivo uma vez que não foi possível terminar o estudo devido a constrangimentos operacionais e de tempo disponível. Ao fim de18 dias de estudo a percentagem de biodegradação foi somente de 8,6 %. A ecotoxicidade dos derivados do ácido cinâmico foi igualmente avaliada recorrendo ao teste de toxicidade aguda com a bactéria luminescente Aliivibrio fischeri. Os resultados de EC50 obtidos para os ácidos cinâmico, p-cumárico, cafeico e 5-bromocafeico foram de 9,09 mg/L, 8,26 mg/L, 8,98 mg/L e 6,05 mg/L, respetivamente. Os valores obtidos são todos da mesma ordem de grandeza o que parece indicar que todos eles apresentam o mesmo nível de ecotoxicidade para a bactéria estudada.
- Real-time quality index estimation for redundant sampled values streams in digital substationsPublication . Oriente, Everton Matheus; Barros, António Manuel de SousaProtection devices are essential elements in the electric power grid, as they safeguard equipment and ensure the stability and reliability of the network by detecting faults and preventing damage through timely isolation of affected areas. With technological advancements, electromechanical protection relays have evolved into Intelligent Electronic Devices (IEDs), essentially protection relays with built-in communication capabilities. These modern relays not only protect equipment but also exchange critical information with other devices. However, the variety of events and data exchanged between power grid components is substantial. In this respect, communication protocols present both advantages and challenges. On one hand, they enable the signalling of diverse events and the transmission of multiple pieces of information over a single medium. On the other hand, a protocol is only effective if all components within the system comply with it. The introduction of the IEC-61850 standard has established a unified communication across the energy sector, promotes interoperability between manufacturers, offering significant advantages over other standards. Real-time data exchange is facilitated by specific protocols within the IEC 61850 framework, which specifically address the communication requirements of IEDs, ensuring enhanced data quality and availability. As IEDs play a crucial role in substations, with many of their functions being both critical and time-sensitive, any developments incorporated into these devices can significantly impact the entire system. An IED analyses the stream of Sampled Values (SVs) sent by a Merging Unit to detect faults and implement protective measures. The Merging Unit sends SVs over two independent channels: the primary and the secondary (redundant) channels. When the primary channel fails, the secondary channel takes over, ensuring the information that the primary channel could not transmit is conveyed. As such, the current decision-making process for switching channels is based solely on the occurrence of a total channel failure. This thesis aims to enhance IED functionality by adding intelligence to this channel selection method. It proposes ways to evaluate, quantify, and qualify the received information to determine the most reliable signal source, whether from Channel 1 (primary) or Channel 2 (secondary). This approach ensures that protection relays receive better information, enabling protection algorithms to act correctly and promptly within their operating parameters.
- Variable pitch system for UAV proprotorsPublication . Rijo, Carlos André Pinto Ramos; Severino, Ricardo Augusto Rodrigues da SilvaUnmanned Aerial Vehicles (UAVs) have gained significant attention in diverse applications, prompting a surge in research and development. Current Vertical Take-Off and Landing (VTOL) UAVs rely on fixed-pitch proprotors which makes them face limitations in performance and maneuverability. This thesis addresses these challenges by proposing the development of a stand-alone Variable Pitch Proprotor (VPP) system capable of real-time pitch adjustments during different flight phases. The research delves into the fundamentals of VTOL flight performance, variable proprotor impact, control subsystems, power management, firmware strategies and short-range wireless communication protocols. Studying and analyzing existing solutions and technologies in these domains is conducted. The subsequent stages involve designing the subsystem architecture, implementing it on a mechanical prototype, and evaluating the system’s performance and limitations in various settings. This Thesis will contribute to enhance UAVs stability, maneuverability, and energy efficiency, towards to the advancement of Urban Air Mobility (UAM).
- Performance monitoring of real-time applications in RISC-V platformsPublication . Soares, Nuno Filipe Pessoa; Carvalho, Tiago Diogo Ribeiro deReal-time systems are an important field of research, specially when considering that these systems interact with the real-world and their tasks have direct impact in human lives and society. It is imperative that the traceability and performance of these systems can be ensured. RISC-V is an open-source instruction set architecture, gaining interest from both industry and academia, specially in the context of real-time systems development due to its versatility and customization capabilities. The performance analysis of RISC-V systems emerges as a critical aspect, with the need to evaluate metrics, such as system efficiency and scalability, in order to deal with increasing workloads and tasks complexity. There is a lack of support for performance analysis, specially in real-time operating systems for RISC-V architectures, usually not providing full support to the latest performance monitoring related specifications, or being tangled to a specific operating system. This thesis provides a comprehensive study on performance analysis approaches on RISCV systems, exploring tools and solutions for performance monitoring of applications, that provide access to the system performance counters. As a solution, this work proposes an API capable of retrieving performance metrics from the hardware performance counters, accessible via code instrumentation over a target application. The API proposed works as a proof-of-concept for the development of more sophisticated tool capable of facilitating the retrieval and configuration of performance metrics from a RISC-V system. To access the API performance, some introductory tests have been performed to showcase that the API is capable of interacting and managing the hardware performance counters present on the system. Additionally, the overhead generated from the API was also analysed briefly, showcasing that the API has limited impact on the overall system’s performance when retrieving metrics from the hardware performance counters.
- Utilidade clínica do biomarcador cadeia pesada/leve da imunoglobulina na detecção precoce de recaída em doentes com mieloma múltiplo: comparação com métodos convencionaisPublication . Azevedo, Carla Daniela Costa; Fernandes, Bruno; Ferraz, RicardoO objetivo do presente estudo é avaliar a utilidade do biomarcador cadeia pesada/leve da imunoglobulina na deteção precoce de recaída bioquímica em doentes com mieloma múltiplo. A cadeia pesada/leve da imunoglobulina é um novo ensaio que mede separadamente em pares, os tipos de cadeia leve de cada classe de imunoglobulina intacta, permitindo calcular proporções de concentrações de imunoglobulina monoclonal (envolvida)/ imunoglobulina policlonal (não envolvida). Para este estudo foram selecionadas 80 amostras de 40 doentes com mieloma múltiplo com evidências de recaída bioquímica nos últimos 5 anos, correspondendo a duas amostras por doente. O grupo de amostras 1 corresponde às amostras que antecedem as recaídas bioquímicas e o grupo de amostras 2 às recaídas bioquímicas. Os pares de cadeia pesada/leve foram determinados e comparados com resultados de imunofixação de soro, eletroforese de proteínas no soro e cadeias leves livres. No grupo 1 que corresponde a amostras com eletroforese e imunofixação de soro negativas, 185 das amostras tinham rácio cadeia pesada/leve alterado, 33% rácio cadeias leves livres alterados e 40% tinham pelo menos 1 destes rácios alterados. No grupo 2, amostras com imunofixação positiva, 43% com eletroforese de proteínas no soro positiva, 43% rácio cadeias pesada/leve alterado, 58% rácio cadeias leves livres alterados e 68% com pelo menos um dos rácios alterados. A avaliação das cadeias leves livres e das cadeias pesada/leve apresentam vantagem em relação aos testes convencionais, uma vez que poderão ter um impacto benéfico na deteção precoce de recaída bioquímica em doentes com mieloma múltiplo.
- The effects of 24-hour sleep deprivation on the human brain: a multimodal neurophysiological approachPublication . Gonçalves, Alice; Pinto, Sara; Ferreira, Simão; Borges, Daniel FilipeIntroduction: Sleep is an important aspect of human health and well-being and influences various physiological and cognitive functions such as learning and attention. On the other hand, sleep deprivation activates the sympathetic nervous system, negatively impacting blood pressure, heart rate, glucose metabolism, cortisol, and hormones. It alters mood, behaviour, and reduces awareness leading to a poor performance, hence the importance of studying the neurophysiological and neurocognitive effects of 24h sleep deprivation. Objective: Our main goal is to investigate the effects of acute sleep deprivation on the cerebral cortex in healthy university students using a multimodal approach and neurocognitive scales. Methods: This study will use a magnetic stimulator to assess neurophysiological changes, while actigraphy will verify sleep deprivation in the intervention group. Neuropsychological assessments include the Trail Making Test (TMT), measuring visual processing speed and cognitive flexibility, the Psychomotor Vigilance Task (PVT), assessing sustained attention through reaction times to unpredictable stimuli and N-Back test measuring working memory by requiring participants to recall objects presented a few steps earlier. EEG data will be recorded using a cap with 32 channels during. This integrated approach provides a comprehensive analysis of the effects of sleep deprivation on cognitive and neurophysiological functions. Expected Results: Hypothetically, there will be a significant decline in cognitive performance, with impairments in key areas such as visual attention, processing speed and cognitive flexibility. These results will likely manifest in longer reaction times, more frequent errors and overall lower task execution.
- Otimização de processos de transportePublication . Gabriel, Nuno Miguel Abreu; Pereira, Maria Teresa RibeiroAo longo do tempo, as organizações, e suas cadeias de abastecimento, foram-se adaptando às constantes mudanças globais, abraçando cada vez mais as tecnologias digitais como fonte de otimização, eficiência operacional e de vantagem competitiva. A Transformação Digital, pela utilização de tecnologias inovadoras permitem automatizar processos de fonte manual e repetitiva de maneira a otimização os processos operacionais como promover a redução do erro humano. Deste modo, esta dissertação, recorre à Transformação Digital de forma a desenvolver um modelo de apoio à decisão (“artifact”), com recurso a programação em Python, de forma a otimizar os atuais processos manuais de consulta de 62 tabelas Excel e cálculos associados, procurando eficiência dos processos de transporte da organização X, sendo pretendido avaliar o modelo em questão quanto à sua precisão de resultados obtidos, como também a obtenção de poupanças monetárias e temporais através da utilização do presente modelo versus realização do processo via manual. Para a sua constituição, optou-se por selecionar uma metodologia de investigação Design Science Research Methodology (DSRM), de maneira a favorecer a estruturação e organização da metodologia deste trabalho. Os resultados deste projeto foram bastante positivos sendo possível obter uma precisão de 93,01% na obtenção dos tempos recolhidos pelo “artifact”. Por outro lado, com a criação de três distintos cenários (pessimista, realista e otimista), foi possível obter resultados satisfatórios em cada um dos casos, resultando em poupanças monetárias anuais sempre superiores a 6 000€ e eficiências temporais acima de 85%. Em suma, apesar das pequenas limitações existentes, este projeto foi bem conseguido, sendo possível aplicar a Transformação Digital ao processo de otimização de transportes em questão, e concluir que a implementação deste modelo de apoio à decisão promove tanto vantagens temporais como monetárias significativas para organização.
- A decision support system for the university course timetabling problem at ISEP-DEMPublication . Fernandes, Isa Lara da Silva; Lopes, Manuel Joaquim PereiraIn this work, a decision support system (DSS) has been developed to support the creation of academic timetables at the Instituto Superior de Engenharia do Porto (ISEP), addressing the problem of university course timetabling. The DSS was designed to handle the scheduling of all years and regimes (day and evening) of undergraduate and postgraduate courses in the Department of Mechanical Engineering. The motivation behind this project was to automate and optimise the timetabling process, which is currently done manually at ISEP. This manual process is complex, time consuming and requires significant effort from the faculty to create schedules based on historical data. The solution used an integer mathematical programming approach, implemented using the Python programming language in conjunction with the CPLEX solver and the Pyomo library. The DSS was designed to integrate real-world data and handle a variety of constraints and preferences from both faculty and students. It aimed to reduce the time and human resources required to create the timetable. The results show that the DSS provides feasible and efficient solutions for timetabling, significantly improving the resource allocation process and reducing manual effort. The successful implementation for two specific degrees suggests that the approach can be further developed to meet the scheduling needs of all degrees at ISEP, ultimately streamlining the scheduling process and meeting future demands.
- Desenvolvimento de um biossensor eletroquímico para o diagnóstico do enfarte agudo do miocárdioPublication . Ricardo, Maria Jacinta Teixeira; Moreira, Felismina Teixeira CoelhoAs doenças cardiovasculares (DCVs) integram um conjunto de patologias, entre as quais se destaca o enfarte agudo do miocárdio (AMI, do inglês, Acute Myocardial Infarction). As DCVs são a principal causa de morte no mundo e de morbilidade na Europa. Deste modo, é fundamental melhorar os métodos de diagnóstico do AMI, para que sejam eficientes, rápidos, precisos e simples, diminuindo a mortalidade associada a esta doença. O desenvolvimento de novos biossensores tem vindo a crescer nos últimos anos, com especial ênfase no diagnóstico de diversas doenças. No presente trabalho, foi desenvolvido um biossensor eletroquímico para o diagnóstico do AMI, caracterizado por ser de baixo custo, simples e rápido. Durante a construção deste material biomimético, o analito utilizado foi a mioglobina (Myo), uma vez que é um biomarcador cardíaco crítico para o diagnóstico de DCVs, tornando essencial a sua monitorização no local de prestação de cuidados (PoC, do inglês, Point of Care). O material de suporte utilizado para o desenvolvimento deste biossensor consiste num elétrodo impresso de platina (Pt-SPE, do inglês, Screen-Printed Platinum Electrodes). Foram adicionados nanocubos de Prussian Blue (PBNCs) sobre a superfície de Pt-SPE e em seguida, realizou-se a eletropolimerização (ELP) da orto-fenilenodiamina (o-PD, do inglês, ortho-phenyldiamine) na presença da Myo através da técnica de voltametria cíclica (CV, do inglês, Cyclic Voltammetry). A ELP foi realizada na gama de potencial de -0,2 V a +0,8 V, durante cinco ciclos a uma velocidade de 50 mV/s. Após a formação do polímero, o biossensor foi incubado a 37 °C numa estufa, com uma solução de tripsina durante a noite, resultando na formação de cavidades impressas compatíveis com o analito-alvo (Myo). As propriedades estruturais e morfológicas do material foram analisadas através da microscopia eletrónica de varrimento (SEM, do inglês, Scanning Electron Microscopy) e espectroscopia no infravermelho por transformada de Fourier (FTIR, do inglês, Fourier transform infrared spectroscopy). A capacidade do material para religar a Myo foi avaliada através da técnica eletroquímica de voltametria de onda quadrada (SWV, do inglês, Square Wave Voltammetry). Nestes ensaios, os dispositivos sensores desenvolvidos apresentaram respostas lineares na gama de concentração entre 1x10-5 e 1x10+5 ng/mL. Também foi utilizada a técnica de voltametria de pulso diferencial (DPV, do inglês, Differential Pulse Voltammetry) para avaliar, novamente, a capacidade do material se ligar à Myo mas livre da solução redox. Em contraste com as estratégias convencionais de biossensores, que requerem uma solução redox externa para avaliar o sinal, a configuração desenvolvida ao longo deste estudo permite monitorizar as alterações de corrente de forma direta e simples, sem a necessidade de introduzir uma solução redox. O sensor descrito no presente trabalho é uma potencial ferramenta para a triagem PoC de Myo, visto que é fácil de fabricar e de descartar, apresenta uma resposta rápida, é barato e possui boa sensibilidade e seletividade.