Tesis sobre el tema "Engenharia e Tecnologia"

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro de Ciências da Educação. Programa de Pós-Graduação em Educação.
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Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, Florianópolis, 2016.
Made available in DSpace on 2017-01-17T03:15:29Z (GMT). No. of bitstreams: 1 343250.pdf: 6418762 bytes, checksum: 9ce73154448a361436a20d69ef986238 (MD5) Previous issue date: 2016
Sistemas de saúde a nível mundial vem enfrentando nas últimas décadas desafios pela mudança demográfica, a prevalência de doenças crônicas, o aumento dos custos e a assistência prestada em domicílio. Esses desafios envolvem processos tecnológicos em saúde personalizados e descentralizados do sistema de saúde. Para otimizar a gestão desses processos, a Engenharia Clínica precisa de uma abordagem com uma perspectiva ampla do serviço e fora dos tradicionais estabelecimentos de assistência à saúde. Desta forma, esta tese desenvolve uma metodologia de gestão ubíqua para tecnologia médico hospitalar (u-GTMH) que atende processos tecnológicos descentralizados e incorpora tecnologias pervasivas que possibilitam atividades de gestão em qualquer lugar. Para obter isto, modelou-se conceitualmente a gestão ubíqua com uma abordagem de sistemas de controle em rede, estabeleceu-se um framework com elementos tecnológicos que possibilitam a conexão e monitoramento dos processos decentralizados. E estruturou-se a abordagem metodológica como uma solução ubíqua integrada por duas categorias: operacional e de decisão. A categoria operacional estabelece a solução tecnológica para o processo tecnológico em saúde com três etapas: análise do processo, estruturação de um ambiente de gestão ubíqua e estratégias de gerenciamento ubíquo. A categoria de decisão avalia a implementação tecnológica para gestão ubíqua com três fases: estruturação da arvore de decisão, construção do modelo global e avaliação da implementação. A metodologia aplicou-se em um serviço de atenção domiciliar e foi obtido, com a categoria operacional, um cenário representativo para desenvolver protótipos tecnológicos que estruturam um ambiente e estratégias de gestão ubíqua. Por outro lado, a categoria de decisão validou a implementação da gestão ubíqua de forma a melhorar a qualidade do processo tecnológico do serviço de atenção domiciliar por meio da análise de decisão multicritério. Além disso, foram estabelecidas variáveis controláveis de retroalimentação que aprimoram a melhora contínua da segurança do paciente, confiabilidade da tecnologia e efetividade do serviço. Assim, a metodologia proposta é um instrumento que auxilia na implementação da u-GTMH estabelecendo ferramentas e gerando condições para que a Engenharia Clínica consolide a sua integração em ambientes descentralizados do sistema de assistência à saúde.

Abstract : Health care systems worldwide has been facing in the last decades challenges of demographic change, the prevalence of chronic diseases, increasing costs, and assistance at home. These challenges involves personalized and decentralized health technological processes from the healthcare system. In order to optimize the management of these processes, Clinical Engineering, needs a novel approach within a broad perspective of the service and outside of traditional health care facilities. Thus, this thesis develops a ubiquitous healthcare technology management methodology (u-GTMH) for decentralized technological processes including pervasive technologies in order to enable management activities everywhere. To do this, it was conceptually modeled the ubiquitous management under the networked control systems approach. It was established a framework with technological elements to allow the connection and monitoring of decentralized processes, and it was structured a methodological approach as an integrated ubiquitous solution in two categories: operational and decision. The operational category establishes the technological solution for the health technological process in three stages: process analysis, structuring of a ubiquitous management environment, and ubiquitous management strategies. The decision category assesses the technological implementation for ubiquitous management with three phases: decision tree structuration, global model construction, and implementation assessment. The methodology was applied in a homecare service and was obtained with the operational category, a representative scenario to develop technological prototypes that structure the ubiquitous management environment and strategies. On the other hand, the decision category validates the implementation of the ubiquitous management in order to improve the quality of the health technological process of the homecare service using the multi-criteria decision analysis. Furthermore, controllable feedback variables were established to enhance the continuous improvement of patient safety, reliability technology, and service effectiveness. Therefore, the methodology is an instrument to help the u-GTMH implementation, establishing tools and creating conditions for Clinical Engineering consolidate its integration in healthcare environments decentralized from the healthcare system.

O trabalho possibilitou a transposição de uma tensão social para uma investigação: analisar e interpretar a evolução técnico-científica do Curso de Engenharia Civil de universidades gaúchas (Federal, Confessional e Comunitária) e sua aproximação e/ou afastamento do humanismo e da tecnologia. A tese parte da proposição de que os Cursos de Engenharia Civil revelam níveis diferenciados na conduta de projetos de formação do engenheiro, de acordo com a concepção e o modelo de universidade. A hipótese é de que há diferenças na gestão de projetos em vigor nesses cursos de Engenharia Civil em relação ao humanismo, à tecnologia e à inovação. O estudo de casos múltiplos foi o método utilizado para desvelar as proposições numa abordagem qualitativa, descritiva e comparativa, dado o critério de escolha: comunitária (UPF); confessional (PUCRS) federal (UFRGS). A entrevista semi-estruturada foi o instrumento, sendo que as evidências provenientes dos documentos proporcionaram o encadeamento e a triangulação dos dados. Foram atores do processo de investigação, os diretores e os coordenadores dos cursos de Engenharia Civil, bem como os coordenadores dos Programas de Pós-Graduação em Engenharia, além dos professores mais antigos e, ou mais experientes dessas universidades, totalizando 12 professores-participantes. Humanismo e tecnologia são as categorias teórico-referenciais; reforma e mudança, ter ou ser, técnica e tecnologia, inovação (radical e por obsolescência), conduta de projeto (unicidade, singularidade, gestão da complexidade, da incerteza e da exploração de oportunidades) são as categorias conceituais. Autores como Boutinet (2002), Pinto (2005), Serres (2003), Popkewitz (1997), Fromm (1987), Rossato (1998, 2002) ancoram a construção teórica e num tom dialético promovem junto aos atores não apenas a confirmação da proposição de tese e da hipótese, como ampliam e incluem novas variáveis: as condutas de projetos ocorrem em níveis diferenciados considerando a concepção e o modelo de universidade, a concepção de homem e de sociedade de cada ator e a formação do ator.
This work made possible the transposition of a social tension to an investigation: to analyze and to interpret the technical-scientific evolution of the university Civil Engineering Courses in Rio Grande do Sul (Federal, Confessional and Communitarian) and their approximation and/or removal from the humanism and from the technology. The thesis starts on the proposition that Civil Engineering Courses disclose differentiated levels in the conduct of engineers formation project, considering the conception and the model of university. The hypothesis is that there are differences in the Civil Engineering Courses project management in operation, concerning the humanism, the technology and the innovation. The study of multiple cases was the method used to reveal the proposals in a qualitative, descriptive and comparative approach, concerning the criterion of choices: communitarian (UPF); confessional (PUCRS) federal (UFRGS). The semi-structured interview was the instrument and the evidences from documents had provided the data chaining and triangulation. The directors and the coordinators of the Civil Engineering Courses, as well as the coordinators of the Engineering Post-graduation Programs have been the actors of the investigation process, besides the oldest and/or more experienced professors of those universities, totalizing 12 participants. Humanism and technology are the theoreticalreferential categories. The conceptual categories are: reform and change, to have or to be, technique and technology, innovation (radical and for obsolescence), conduct of project (uniqueness, singularity, complexity management, the uncertainty and the exploration of chances). Authors as Boutinet (2002), Pinto (2005), Serres (2003), Popkewitz (1997), Fromm (1987), Rossato (1998, 2002) anchor the theoretical construction and in a dialectic tone they not only promote to the actors the confirmation of the thesis proposal and the hypothesis together, as they extend and include new variables: the conducts of projects occur in differentiated levels considering the conception and the model of university, the conception of man and society of each actor and the actor formation.

This work aims to develop and explore technologies and methodologies for E-learning teaching and learning experiments in the field of Structural Engineering through the web. An initial bibliographical revision was done encompassing definitions, legislation, history and ending with a survey about the state of the art on E-learning via web. A thorough survey about available computational educational systems and about available technologies for the development of E-learning via web has also been done with the objective of providing the basis for a proposal for an E-learning plataform and to develop the contents of an introductory course on Introduction to the Finite Element Method.Some technological resources commonly used for the development of web environments have been presented, because they have been applied on this project. The choice of such resources has been justified by comparing them with other available technologies. The resources listed on the survey showed the great potential of applying such technologies on the development of web applications, which encouraged the proposal of a platform for E-learning via web and the development of a computational system for teaching the Finite Element Method to be run in the web environment. The digital content of the course Introduction to the Finite Element Method was also developed in a format for the Internet, applying concepts of hypertexts, hypermedia and exploring multimedia resources, such as animation, images, photos, etc The site environment for the course has been implemented aiming to approximate the interpersonal relation among students and instructors and offering additional facilities to stimulate and facilitate this form of teaching and learning. During the development this work, has been confirmed the need for multidisciplinary teams in the development of such projects so that the E-Learning through the web remains a strong alternative to democratization of knowledge in this country.
A proposta deste trabalho é contribuir para o desenvolvimento e exploração de tecnologias e metodologias para o ensino e aprendizagem de Engenharia de Estruturas através da Educação a Distância (EAD) via web. Foi realizada inicialmente, uma revisão bibliográfica da EAD, compreendendo definições, legislação, histórico e terminando com um levantamento sobre o estado da arte da modalidade predominante de EAD nos dias de hoje, que é a educação a distância via web. Uma pesquisa sobre os sistemas educacionais informatizados existentes e as possibilidades tecnológicas disponíveis utilizadas para o desenvolvimento da EAD via web também foi realizada, objetivando embasar teoricamente a proposta de uma plataforma para EAD e o desenvolvimento de um curso de Introdução ao Método dosElementos Finitos. Alguns recursos tecnológicos utilizados para desenvolvimento de ambientes web foram apresentados por terem sido aplicados na execução dessa dissertação. A justificativa da escolha de utilização desses recursos foi exposta, apresentando uma comparação sucinta das outras tecnologias existentes. A grande possibilidade de desenvolvimento de aplicações web a partir dos recursos pesquisados motivou a proposição de uma plataforma para EAD via web e o desenvolvimento de um aplicativo para o Método dos Elementos Finitos para ser executado em ambiente web. O conteúdo digital do curso de Introdução ao Método dos Elementos Finitos foi desenvolvido em formato para internet, aplicando conceitos de hipertexto, hipermídia e explorando recursos multimídias como animações. O site do curso foi implementado objetivando aproximar as relações interpessoais entre alunos e professores, e oferecendo facilidades adicionais que estimulem esta forma de ensino e o aprendizado. Durante o desenvolvimento do trabalho foi confirmada a necessidade de equipes multidisciplinares em desenvolvimentos de projetos desse tipo, para que a EAD via web continue sendo uma forte alternativa para democratização do conhecimento no país.

Neste trabalho é apresentado um conjunto de contribuições teóricas e práticas que buscam solidificar alguns conceitos da teoria dos dispositivos adaptativos baseados em regras, enfatizando a sua alta aplicabilidade. Uma ferramenta de apoio ao desenvolvimento de autômatos adaptativos, incluindo recursos de animação gráfica, foi desenvolvida de acordo com uma nova proposta de formalização que deverá complementar e simplificar a proposta original. A principal complementação está relacionada com a interpretação e a implementação de funções adaptativas, em sua forma mais geral: com ações elementares de consulta podendo retornar resultados múltiplos. A nossa proposta de formalização, que inclui um algoritmo para a execução de funções adaptativas, é uma ferramenta importante na determinação do impacto da execução da camada adaptativa no cálculo de complexidade geral de um autômato adaptativo. A tese apresenta também uma técnica para a integração de dispositivos adaptativos, basicamente discretos, com mecanismos capazes de manipular informação não-discreta. É mostrado também como estes resultados teóricos e as ferramentas desenvolvidas podem ser aplicadas na solução de problemas nas áreas de aprendizagem computacional, construção de compiladores, interface homem-máquina, visão computacional e diagnóstico médico.
This work presents a practical and theoretical assembly of contributions that consolidates some concepts from the rule-driven adaptive devices theory, emphasizing their high applicability. A supporting tool for the development of adaptive automata, which includes graphical animation resources, has been implemented, in agreement with our proposal of formalization. This proposal aims to complement and simplify the original proposal by including an in-depth analysis and formalization of adaptive functions implementation, in their most general form: with elementary query actions being able to return multiple results. The new formalization of adaptive functions, which includes an algorithm for adaptive function execution, is an important tool for determining the impact of an adaptive layer on the complexity analysis of general adaptive automata. The thesis also presents a new technique for the integration of adaptive automata with mechanisms for the manipulation of continuous values. Finally, the application of these theoretical results and the tools developed, to the solution of problems in the area of machine learning, compiler construction, man-machine interface, computational vision and medical diagnosis, is demonstrated.

Made available in DSpace on 2015-05-08T15:00:03Z (GMT). No. of bitstreams: 1 arquivototal.pdf: 6635361 bytes, checksum: 14da0b5d0e9d4fb2821cb495e6d9fcfa (MD5) Previous issue date: 2010-08-23
Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior
This work presents the state of the in vacuum technology which covers the fundamentals, devices for generating, measuring and major applications in precision engineering. Also, the design and development of vacuum tables applied to machine tool is shown. With regard to fundamentals, it is described the historical background, classical theories and classification of this technology by bands of applications. It is shown most widely used vacuum generators and gauges, showing their construction, operation and applications within various areas. Applications of vacuum technology in precision engineering that span the macro, micro and nano scales are presented, highlighting their importance in each application area. In addition, a methodology to design and development of vacuum tables to fixture workpieces in machine tools, is described and applied. The development of this methodology was motivated due lack of technical and scientific articles that concern the studies on vacuum tables with emphasis on its design parameters. In this work, vacuum tables with hollow, square and hexagonal cores were analyzed by considering two different magnitudes of machining forces. The displacement and stress that each vacuum table configuration is submitted were determined by using numeric simulation based on the finite element method for both machining conditions.
O presente trabalho trata do resgate da literatura sobre a tecnologia do vácuo englobando os seus fundamentos básicos, dispositivos de geração, medição e o estado da arte em aplicações na área de engenharia de precisão seguido de um projeto e desenvolvimento de mesas de vácuo aplicadas em máquinas-ferramenta. Com relação aos fundamentos, é descrito o seu contexto histórico, teorias clássicas e classificação desta tecnologia por faixas de aplicações. É mostrado os geradores e medidores de vácuo mais utilizados evidenciando a sua construção, funcionamento e aplicações dentro das mais variadas áreas. São apresentadas aplicações na engenharia de precisão que abrangem as escalas macro, micro e nano, ressaltando a importância da tecnologia do vácuo em cada aplicação. No projeto e desenvolvimento de mesas de vácuo, é descrita e aplicada uma metodologia própria que consiste em dimensionar mesas de vácuo capazes de fixar peças mediante a usinagem em máquinas-ferramenta. O desenvolvimento desta metodologia foi motivada em função da carência de artigos técnicos e científicos que concernem os estudos sobre mesas de vácuo dando ênfase aos seus parâmetros de projetos. São dimensionadas mesas de vácuo com núcleos vazados, quadrado e hexagonal em função de duas condições de usinagem que utilizam diferentes magnitudes de forças. Por meio de simulação numérica computacional, são avaliados os esforços de deslocamento e tensão em cada mesa de vácuo dimensionada, de forma a eleger uma mesa que atenda a critérios de rigidez, peso e homogeneização do fluxo de vácuo para cada magnitude de forças de usinagem.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico
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Nesta pesquisa são analisadas as concepções de tecnologia, em geral, e de tecnologia educacional de suporte informático, em particular, de docentes de séries iniciais do ensino fundamental, em razão da inserção das novas tecnologias de informação e comunicação aos ambientes escolares e das conseqüentes transformações nas formas de comunicação e acesso ao conhecimento. Para realizar a análise dos sujeitos pesquisados, o referencial teórico foi reunido pelas teorias produzidas por pesquisadores selecionados por suas contribuições na linha de pesquisa que investiga as implicações tecnológicas nos processos educacionais e que entendem a tecnologia como produto de construções histórico-culturais. Para a obtenção dos dados, foi realizada pesquisa qualitativa por meio da técnica de entrevista de explicitação, por levantamento de dados via questionário e por meio de observações de aulas nas quais foram planejados usos de ferramentas tecnológicas nos laboratórios de informática das escolas municipais. Os resultados da pesquisa apontam para a necessidade de realizar investigação sistematizada sobre as articulações entre educação, mídia e novas tecnologias de informação e comunicação.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Produção.
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Visando atender aos anseios e necessidades das empresas voltadas a área de construção civil, o objetivo desta dissertação é desenvolver uma proposta para o desenvolvimento da aprendizagem organizacional no qual a Internet será a mídia utilizada como ferramenta de ensino, pois esta consegue, através do seu alto poder de difusão, interagir com as diversas áreas de uma empresa. A proposta é criar um ambiente de Portal do Conhecimento onde a equipe de aprendizes deverá ser formada por pessoas das diversas áreas da empresa, visando dessa forma, uma troca de conhecimentos e experiências por meio da coleta, organização e armazenamento do conhecimento a fim de colocá-los à disposição de todos os funcionários da organização. Para isso foram pesquisados assuntos relacionados a gestão do conhecimento e ao uso da tecnologia, englobando conceitos de aprendizagem organizacional, treinamentos, Internet e e-learning. Os dados foram coletados por meio de pesquisas com aplicação de questionários, onde a análise dos mesmos leva a refletir que a proposta desenvolvida será de grande utilidade para as empresas da área da construção civil. Based on the specific needs and expectations of civil engineering-related enterprises, the objective of this dissertation is to present a proposal for the development of a labour training method in which the internet will be the medium for learning, since it reachs, thanks to its accesibility, all the areas of an enterprise. The proposal is to create a virtual environment (a Knowledge Gateway) were a team, formed by people from all areas of the enterprise, will exchange information, knowledge and experience, through gathering, sorting and retrieval, to, eventually, make all of them available to all the employees. To make this possible, research on several subjects related to knowledge and information management, such as use of technology focusing labour training, internet and e-learning was conducted. All available data was gathered through interviews with questionnaries, and the analysis of them leads to the conclusion that this proposal will be of great use to civil engineering-related enterprises.

Capes
O objetivo desse trabalho é identificar a percepção dos gestores sobre as concepções de tecnologia presentes nas indústrias de baixa, média-baixa e média-alta tecnologia. Este é um estudo de campo sobre uma análise sociotécnica que se realizou em ambientes produtivos. A coleta de dados foi realizada para determinar as concepções de tecnologia encontradas na indústria brasileira, por meio de um questionário. Para a aplicação final utilizou-se dos segmentos de baixa, média-baixa e média-alta tecnologia. Na aplicação do instrumento, foram recolhidos 84 questionários, dos quais 80 validados. Com relação ao nível de tecnologia da indústria, 67,50% estão inseridos nas indústrias de média-baixa tecnologia, 12,50% dos respondentes estão nas indústrias de baixa tecnologia, e, 20% dos respondentes estão em indústrias de média-alta tecnologia. O α de Cronbach total do instrumento nessa amostra é satisfatório, tendo em vista que resultado foi de 0,780. Executou-se a Análise discriminante e o teste Anova, considerando-se ρ-valor<0,05 para que tenha diferença significativa entre, no mínimo, um dos grupos. Para a análise realizada entre os construtos do teste encontrou-se ρ-valor≤0,001, ou seja, existe diferença entre as médias de pelo menos um dos construtos. Portanto, o questionário é válido por não avaliar os mesmos pontos em diferentes construtos. Tornou-se possível em uma avaliação mais aprofundada identificar a percepção dos gestores sobre de inovação tecnológica industrial. Para tal, foi levado em consideração os testes obtidos das respostas que apontam que para sua maioria a percepção é que a tecnologia auxilia no desenvolvimento do seu trabalho. As concepções mais importantes foram apropriação tecnológica e a concepção utilitarista de tecnologia.
The objective of this work is to identify the managers' perception about the technology conceptions present in the low, medium-low and medium-high technology industries. This study is about sociotechnical analysis that was carried out in productive environments. The data collection was carried out to determine the profile of the workers regarding the conceptions of technology found in the industry. For the final application that aimed to identify the managers' perception about the technology conceptions present in the industries, the low, medium-low and medium-high technology segments were used. In the application of the instrument, 84 questionnaires were collected, of which 80 were validated. Regarding the technology level 67.50% are inserted in the medium-low-tech industries 12.50% of respondents from low-tech industries and from medium-high technology industries 20% of respondents were registered. The total Cronbach's α of the instrument in this sample is satisfactory, considering that result was 0.780. Discriminant analysis and the Anova test were performed, considering ρ-value <0.05 to have a significant difference between at least one of the groups. For the analysis performed between the constructs of the test was found ρ-value≤0.001, that is, there is a difference between the means of at least one of the constructs. Therefore, the questionnaire is valid because it does not evaluate the same points in different constructs. It became possible in a more in-depth assessment to identify the managers' perception of industrial technological innovation. To do so, we took into account the tests obtained from the answers that point out that for the most part the perception is that the technology assists in the development of their work. It was obtained that the most important conceptions were technological appropriation and the utilitarian conception of technology.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Produção.
Made available in DSpace on 2012-10-20T04:58:06Z (GMT). No. of bitstreams: 1 190914.pdf: 592377 bytes, checksum: 285ee58071bf289a7fc55c07076649ed (MD5)
A presente dissertação tem por tema: "Tecnologia e Prazer: o ensino da matemática aplicado ao curso de Administração". A educação está diretamente ligada ao processo de aprendizagem e não é necessário que este processo seja doloroso. Ele deveria vir acompanhado de uma sensação de prazer, pois quando o prazer está ausente, a aprendizagem torna-se algo meramente instrucional. A questão da qualidade cognitiva e social da educação deve ser encarada primordialmente a partir das experiências do prazer se estar aprendendo. Não há verdadeiro processo de aprendizagem sem conexão com as expectativas e a vida dos aprendentes. É preciso substituir a pedagogia das certezas e saberes prefixados, por uma pedagogia que saiba trabalhar conceitos transversáteis, abertos para a surpresa e o imprevisto. Tenho percebido em minha experiência em salas de aula para o curso de administração os olhares de terror dos alunos ao tomarem conhecimento da matéria a ser lecionada. Eles não conseguem enxergar a marcante presença da matemática na vida de um administrador, pois, na minha opinião, é através da aplicação prática de conceitos matemáticos que temos uma grande e eficiente ferramenta na administração de uma empresa. A solução para esta ansiedade, talvez seja solucionada com o uso de novas tecnologias, em que o computador e seus aplicativos específicos para as áreas da matemática, enriquecesse os ambientes de aprendizagem em sala de aula. O objetivo do presente trabalho é determinar e desenvolver novas tecnologias e formas pedagógicas, que possibilitem ao aluno sentir prazer e não ansiedade e insegurança, à medida que adquire novos conhecimentos matemáticos com experiências práticas e reais dentro de sua futura profissão. A pesquisa foi desenvolvida junto às turmas onde leciono, em comum acordo com os coordenadores dos cursos, bem como com os chefes de departamento, onde seriam usadas novas tecnologias e formas pedagógicas, proporcionando aos alunos prazer e abertura de novos campos de experiência à medida que tomam conhecimento da teoria aplicada à prática em sua vida profissional. De acordo com os resultados obtidos foi possível verificar o melhor desempenho das turmas onde a modelagem matemática foi utilizada, pois uma vez verificado a utilização das teorias os alunos se mostraram mais abertos aos novos conhecimentos passando com este sentimento de prazer a maior participação nas aulas e conseqüentemente a um nível superior de notas.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Produção.
Made available in DSpace on 2012-10-20T08:59:40Z (GMT). No. of bitstreams: 0
O presente trabalho analisa e compara casos de implantação de sistemas de informação em empresas com perfis bastantes diferenciados, com o intuito de levantar os fatores relevantes para o sucesso da implantação da tecnologia da informação dentro das organizações.

Dissertação de mestrado em Bioinformática
Understanding the metabolic processes that occur in a cell has been fundamental to rationally design organisms for the production of a desired metabolite. The improvement in biosynthesis of certain metabolites can be supported by tracing the atoms transition in different chemical conversions, and this way tackle which metabolic pathways are more efficient or most promising for manipulation. In this work, a methodology to construct metabolic maps in which the carbon atom transitions are described was implemented. The carbon atom transition map for the central metabolism of Escherichia coli and Actinobacillus succinogenes were constructed. MetaCyc and KEGG databases were explored to obtain the metabolic information necessary to construct these maps and provided support for validation at some level.
Compreender os processos metabólicos que ocorrem numa célula tem sido essencial para o desenho de estirpes capazes de sintetizar produtos de elevado interesse. A síntese de um determinado metabolito pode ser avaliada pela transição de átomos ao longo das diversas conversões químicas numa ou mais vias metabólicas, de modo a identificar quais as mais eficientes ou mais promissoras para manipulação. Neste trabalho foi implementada uma metodologia para a construção de mapas de transição dos átomos de carbono, que pode ser usado conjuntamente com modelos metabólicos. Neste caso, foram construídos os mapas de transição de átomos de carbono para o metabolismo central da Escherichia coli e da Actinobacillus succinogenes. As bases de dados MetaCyc e KEGG foram exploradas para obter as informações metabólicas necessárias à construção destes mapas.

Tese de Doutoramento em Ciência e Engenharia de Polímeros e Compósitos
Carbon nanotubes/ carbon nanofibres (CNTs/CNFs) are considered to be among the most promising reinforcements for improving the mechanical properties of polymers while at the same time offering enhanced electrical and thermal conductivity. Because of their exceptionally high aspect ratio and high surface area in combination with a low density, already small volume fractions can potentially transfer their superior properties to a polymer matrix. However when used as reinforcements in polymeric composites, phenomena at the nano- and microscales, such as agglomerations, waviness/curliness, surface defects or imperfect bonding between the reinforcement and the polymer, can dramatically decrease the composite properties. The main objective of this work is to understand and to analyse how microstructural effects influence the overall composite behaviour on the macroscale in order to enable the full potential of these materials and to establish guidelines for the design of materials that meet specific requirements for the mechanical performance. Dependent on the polymer system, different processing techniques based on high shear mixing were applied to enhance the dispersion of nanoparticles in the polymer system. It was shown that the elastic moduli of polymers reinforced with CNTs/CNFs do not increase linearly for high volume fractions. The reasons for this behaviour were investigated by means of modelling approaches together with data analysis using different microscopy techniques. Information about the dispersion and distribution of nanotubes was obtained using optical light microscopy (OLM), whereas transmission electron microscopy (TEM) was used for direct observations and information about their spatial geometry and orientation. Probability distribution functions for agglomeration, length, curliness and orientation were determined for CNT reinforced nanocomposites and used as input parameters for the developed models. Preliminary studies were conducted to compare analytical models with Finite Element (FE) simulations, for modelling polymers reinforced with nanofillers of simplified geometries. They were aimed at investigating the influence of structural characteristics, such as curvature, orientation and dispersion of reinforcements, as well as of different FEs and boundary conditions on the effective elastic stiffness tensors. Based on the obtained findings a two-step homogenisation method was developed. In the first step, curved nanotubes were uniformly distributed in cube-shaped volume elements using Monte-Carlo simulations according to the prior experimentally obtained probability distribution functions of orientation and curvature parameters. The mechanical properties of these volume elements with three-dimensional (3D) spatial oriented nanostructures were evaluated by an Eshelby based analytical model and periodic homogenisation using the FE code ABAQUS. The nanoreinforcements were treated as curved hollow cylindrical structures perfectly bonded with the polymer matrix. In the FE method inclusions were incorporated into the polymer matrix using an embedded element technique. In the second homogenisation step the composite was considered as a two-phase material consisting of agglomerates in an isotropic medium made of the polymer matrix with perfectly dispersed curved nanostructures. Information about the number and sizes of agglomerates was obtained from OLM analyses. A Mori-Tanaka model was used to calculate the effective elastic properties of the resulting composite. The obtained Young’s moduli of polymeric nanocomposites were validated with experimental results, showing that the proposed technique may provide an attractive combination of accuracy, computational costs and flexibility for modelling arbitrary nanocomposites.
Considera-se que os nanotubos de carbono/nanofibras de carbono (CNTs/CNFs) estão entre os reforços mais promissores para melhorar as propriedades mecânicas dos polímeros, oferecendo também uma condutividade elétrica e térmica melhorada. Devido à sua razão de aspeto e área de superfície excecionalmente elevadas em combinação com uma baixa densidade, mesmo pequenas frações volumétricas podem potencialmente transferir as suas propriedades superiores para uma matriz polimérica. Contudo, quando usados como reforços em compósitos poliméricos, fenómenos à nano e microescala, tais como aglomerações, ondulação/curvas, defeitos de superfície ou uma ligação imperfeita entre o reforço e o polímero, podem diminuir drasticamente as propriedades do compósito. O principal objetivo deste trabalho é compreender e analisar como é que efeitos microestruturais influenciam o comportamento global do composto à macroescala de modo a possibilitar o pleno potencial destes materiais e estabelecer diretrizes para a conceção de materiais que cumpram os requisitos específicos para o desempenho mecânico. Dependendo do sistema polimérico, diferentes técnicas de processamento baseadas na mistura de alto cisalhamento foram aplicadas para melhorar a dispersão de nanopartículas no sistema polimérico. Foi demonstrado que o módulo de elasticidade dos polímeros reforçados com CNTs/CNFs não aumenta linearmente para frações volumétricas elevadas. Os motivos para este comportamento foram investigados através de abordagens de modelação e da análise de dados com diferentes técnicas de microscopia. A informação sobre a dispersão e distribuição dos nanotubos foi obtida através de microscopia ótica, ao passo que para efetuar observações diretas e obter informação sobre a geometria e orientação espacial dos nanotubos se utilizou a microscopia eletrónica de transmissão (TEM). Funções de distribuição de probabilidade para a aglomeração, comprimento, curvas e orientação foram determinadas para nanocompósitos reforçados com CNTs e utilizadas como parâmetros de entrada para os modelos desenvolvidos. Foram efetuados estudos preliminares para comparar modelos analíticos com simulações de Elementos Finitos (FE), para modelar polímeros reforçados com nanopartículas de geometrias simplificadas. Procurou-se investigar a influência de características estruturais como a curvatura, orientação e dispersão dos reforços, bem como de diferentes FEs e condições de contorno, sobre os tensores de rigidez elástica efetiva. Com base nas descobertas obtidas, foi desenvolvido um método de homogeneização de duas fases. Na primeira fase, nanotubos curvados foram uniformemente distribuídos em elementos de volume em forma de cubo utilizando simulações de Monte Carlo de acordo com as funções de distribuição de probabilidade dos parâmetros de orientação e curvatura obtidas experimentalmente. As propriedades mecânicas destes elementos de volume com nanoestruturas tridimensionalmente orientadas foram avaliadas através de um modelo analítico baseado no modelo de Eshelby e da homogeneização periódica com o código FE ABAQUS. Os nanoreforços foram tratados como estruturas cilíndricas ocas e curvadas perfeitamente ligadas com matriz polimérica. No método FE foram incorporadas inclusões na matriz polimérica utilizando uma técnica de embedded element. Na segunda fase de homogeneização o compósito foi considerado como um material bifásico composto por aglomerados num meio isotrópico feito da matriz polimérica com nanoestruturas curvas perfeitamente dispersas. Informação sobre o número e o tamanho dos aglomerados foi obtida a partir de análises de OLM. Um modelo Mori-Tanaka foi utilizado para calcular as propriedades elásticas efetivas do compósito resultante. Os módulos de Young de nanocompósitos poliméricos obtidos foram validados com resultados experimentais, demonstrando que a técnica proposta pode proporcionar uma atraente combinação de precisão, custos computacionais e flexibilidade para a modelação de nanocompósitos arbitrários.
European Community's Seventh Framework Programme FP7-PEOPLE-ITN-2008-238363.

Tese de Doutoramento em Engenharia Têxtil
A inovação é fundamental no crescimento sustentável das economias de todos os países e de todas as organizações. Em tempos de grande incerteza como os que hoje vivemos, a inovação deverá ser elemento central das estratégias das empresas nacionais para competirem em mercados cada vez mais exigentes, abertos e complexos. O setor do calçado, setor tradicional e maduro da indústria portuguesa, revelou nos últimos quatro anos um comportamento muito positivo em vários indicadores económicos, desde o valor das exportações, passando pela imagem externa e pelo preço médio do sapato portugês, culminando no crescimento do número de empresas e de pessoas ao serviço desta indústria. A investigação foi desenhada para analisar a inovação nas empresas do calçado, enquadrada nos modelos teóricos e no estado da arte da investigação mundial sobre inovação em PME’s de setores de baixa ou média-baixa intensidade tecnológica. A classificação proposta no Manual de Oslo foi a base sobre a qual se desenvolveu a análise e a compreensão em profundidade da forma como a inovação é vivida por cada uma das sete empresas estudadas. A marca própria é um elemento bastante diferenciador entre as várias empresas e que está relacionado com o desempenho competitivo das empresas no contexto nacional e internacional. As estratégias competitivas que as empresas adotam para conseguir manter uma vantagem competitiva no setor é identificada pelos seus dirigentes e enquadram-se nos modelos teóricos propostos pelos principais autores e especialistas. A opção por determinada estratégia competitiva condiciona a atuação das empresas nos modelos de negócio, nos investimentos, nas relações de cooperação, na envolvimento com as TIC’s e redes sociais, e na organização dos seus processos produtivos, obtendo como retorno volumes de negócios diferenciados. A pesquisa realizada foi de natureza qualitativa e a estratégia seguida foi o estudo de casos. Foram utilizadas várias ferramentas para a obtenção de informação em profundidade em cada uma das sete empresas participantes na investigação (entrevistas, inquéritos e documentos internos), sendo a análise de contéudo feita com o auxílio de software específico. A amostragem propositada de variação máxima e com critérios foi a técnica utilizada para a definição da amostra de empresas, sendo a mais adequada de acordo com a opinião dos responsáveis das organizações setoriais consultados (CTCP e APICCAPS). As informações recolhidas e os resultados obtidos evidenciam a importância da inovação no produto e no marketing para os desempenhos competitivos das empresas. Foram também identificadas as estratégias de inovação seguidas por cada empresa, o impacto da inovação, as barreiras e as fontes principais da inovação. A inovação incremental é seguida pela totalidade das empresas, sendo a inovação radical evidenciada apenas numa empresa líder do setor. A relevância de marcas fortes e a sua presença nas estratégias atuais e futuras das empresas são também observadas neste trabalho. A evolução de regimes de trabalho em exclusivo para outras marcas e empresas (private label) para situações em que a produção da empresa é exclusivamente de produtos e marca própria tem ocorrido paulatinamente ao longo dos anos, à medida que as empresas ganham o know-how e as competências para avançarem nessa via. A cooperação entre os vários elementos do cluster é assumida por todos os intervenientes, sendo reconhecida a sua importância nos resultados globais alcançados. A atitude proativa do CTCP é determinante nos projetos mais inovadores, conseguindo angariar fontes de financiamento em muitos casos. Na investigação efetuada é proposto um modelo simples, designado de “Ás de Ouros”, para garantir um posicionamento competitivo sustentável das empresas neste jogo global: no centro do modelo situa-se a “Inovação nos produtos e no marketing”; no primeiro vértice está colocada a “Criatividade, o design e a marca”; no segundo vértice está colocada a “Estratégia, a visão e a liderança”; no terceiro vértice está colocada a “Internacionalização para novos mercados (fora da Europa); no quarto e último vértice do modelo está colocada a “Cooperação e as parcerias no cluster”. O posicionamento global das empresas nas componentes de análise referidas foi a base para a definição do modelo proposto.
Innovation is critical to sustainable growth of the economies in countries and organizations. In times of great uncertainty as we live in today, innovation should be central to the strategies of domestic firms to compete in increasingly exigent, open and complex markets. The footwear sector, a traditional and mature sector of Portuguese industry, revealed the last four years a very positive performance in various economic indicators. The value of exports and trade balance, the international image and the average price of Portuguese shoe increased continuously. Also the number of companies and persons employed by the industry was increased significantly. The study was designed to analyze innovation in footwear companies, inside the framework of the theoretical models and state of the art on innovation in SME's in low and low-medium technology sectors. The classification proposed by the Oslo Manual was the basis on which was developed the analysis and in-depth understanding of how innovation works in the seven companies studied. The brand makes differences between the various companies and that is related to the competitive performance of companies in the national and international context. Competitive strategies that companies adopt to be able to maintain a competitive advantage in the sector is identified by its CEO’s and leaders and fall within the theoretical models proposed by the authors and experts cited. The option between the competitive strategy determine the conditions and the role of the companies in business models, the investments and the cooperation level, the involvement with ICTs and social networks, and the organization of their production processes, to obtaining in return differentiated turnovers. The research was qualitative and the strategy was the case study. It was used various tools to obtain in-depth information on each of the seven companies participants in the research (interviews, surveys and internal documents), and the qualitative data analysis was made with the help of specific software. The set of companies was built with a purposive sample, using the maximum variation and criterion techniques, approach considered as the most appropriate according to industry experts consulted (CTCP and APICCAPS). The information collected and the results show the importance of product innovation and marketing to the competitive performance of companies. It was also identified innovation strategies followed by each company, the impact of innovation, the barriers and the main sources of innovation. Incremental innovation is followed by all the companies, and the radical innovation was followed only by one of the industry leaders. The importance of strong brands and its presence in current and future corporate strategy is also a very relevant fact obtained in the research. The evolution from a stage where the companies works exclusively for other brands and companies (private label) for stages where the company's production is exclusively of own products and own labels has occurred gradually over the years, as companies acquire the know-how and skills to advance along this path. Cooperation between the various cluster elements is assumed by all stakeholders, and is recognized its importance in the overall results achieved. The proactive attitude of the CTCP is important in the most innovative projects, and is managing to get funding sources in many cases. The research propose a simple model, called the "Ace of Diamonds", to ensure a sustainable competitive position of companies in this global game: the model has in the center "Innovation in products and marketing"; on the first vertex is placed "Creativity, design and brand"; on the second vertex is placed "Strategy, vision and leadership"; on the third vertex is placed "Internationalization for new markets (outside Europe); on the fourth vertex is placed "Cooperation and partnerships in the cluster." The model created was supported by a framework with the various components and the seven cases studied.

Tese de Doutoramento em Tecnologias e Sistemas de Informação.
A inovação é reconhecida pelos académicos e profissionais como essencial para potenciar a competitividade das organizações e fomentar o seu crescimento. A globalização, os desenvolvimentos da Internet e das tecnologias, em particular da Web 2.0, e a proliferação da sua utilização pela sociedade, tem criado novas formas de comunicação e interação entre os indivíduos. Estes indivíduos passaram a ter um papel mais ativo na rede global, deixando de ser meros consumidores de informação para serem também produtores. Assim, a inovação está cada vez mais fora das fronteiras da organização. O desenvolvimento da Web 2.0, particularmente da sua componente colaborativa, impulsionou o surgimento do fenómeno de crowdsourcing. Este é um fenómeno essencialmente social e organizacional em diversas dimensões, sendo que este trabalho foca o crowdsourcing para a inovação das organizações, concretamente na intermediação da inovação recorrendo a plataformas de crowdsourcing. Apesar de nos últimos anos terem surgido alguns intermediadores de inovação com crowdsourcing, os estudos deste tipo de intermediários ainda são reduzidos e não contemplam todo o processo de criação e captura de valor pelas organizações clientes. Assim, o principal objetivo deste projeto de doutoramento é compreender o fenómeno do crowdsourcing para a inovação e perceber como este pode ser um meio para potenciar a inovação nas organizações. Para responder a este propósito, foram desenvolvidos dois estudos, um teórico e outro empírico, orientados pelo método de investigação Grounded Theory, que cobriram as áreas do crowdsourcing innovation, da inovação aberta e da intermediação de inovação e tecnologia. Destes estudos emergiu um modelo de conhecimento para um intermediário de inovação com crowdsourcing, o principal resultado deste trabalho. O modelo integra três componentes de captura e criação de valor que um intermediário de inovação deve conter para potenciar e melhorar a capacidade de inovação dos clientes, nomeadamente, facilitar: a colaboração entre organizações, a ligação da organização ao ambiente externo, e viabilização de serviços de mediação.
Innovation is recognized by academics and practitioners as essential to enhance the competitiveness of organizations and foster their growth. Globalization, the Internet and technologies developments, particularly of Web 2.0, and the proliferation of its use by society, have created new forms of communication and interaction between individuals. These individuals become more active in the global network, they stop being mere consumers of information to be also creators. Thus, innovation is increasingly beyond organizational boundaries. The development of Web 2.0, particularly its collaborative component, boosted the emergence of crowdsourcing phenomenon. This is essentially a social and organizational phenomenon in several dimensions. This work focuses on crowdsourcing for the innovation of organizations, specifically in the intermediation of innovation using crowdsourcing platforms. Although, in the recent years, some crowdsourcing innovation intermediaries have emerged, the studies of this type of intermediaries are still restricted and do not cover the whole process of value creation and value capture by organizations. Thus, the main objective of this project is to understand the phenomenon of crowdsourcing for innovation and realize how this can be a path to enhance innovation in organizations. To meet this purpose, was developed two studies, one theoretical and other empirical, conducted by the Grounded Theory research method, which covered the areas of crowdsourcing innovation, open innovation and intermediation of innovation and technology. From these studies has emerged a model of knowledge for crowdsourcing innovation intermediaries, which are the main result of this work. The model integrates three components of value capture and creation that an innovation intermediary should have to enhance and improve organization innovation capacity: facilitate collaboration between organizations, linking the organization to the external environment, and enabling mediation services.

Tese de Doutoramento em Engenharia Industrial e de Sistemas
As empresas enfrentam atualmente desafios crescentes motivados pela globalização. Por um lado, veêm crescer o número de concorrentes com os quais terão que competir para manterem a sua quota de mercado, e com quem terão que lidar no contexto de qualquer estratégia de crescimento. Por outro lado, encontram um conjunto alargado de oportunidades de entrada em novos mercados e de potencial aumento de penetração nos mercados em que operam, devido à crescente mitigação de barreiras geográficas, políticas e económicas. As estratégias de diversificação de mercados criam nas empresas a motivação para produzir novos produtos e disponibilizar novos serviços aos seus clientes. Adicionalmente, as estratégias de desenvolvimento de mercado assentes na conquista de clientes em novos segmentos geográficos e demográficos, ou na conquista de clientes potenciais nos segmentos existentes, podem ser suportadas por uma maior diversificação de produtos e maior agilidade ao nível do negócio. A diversificação de produtos e o aumento da agilidade dos processos requerem das empresas a posse de um leque cada vez mais amplo de competências de produção, logísticas, comerciais e de gestão. As pequenas e médias empresas têm cada vez maiores dificuldades em dispor deste leque de competências, de forma integral, na sua estrutura interna, pelo que promovem a criação de relações mais próximas com seus parceiros de negócio e fornecedores, que as complementam. As redes colaborativas são uma importante ferramenta para apoiar as empresas neste processo. Das redes colaborativas de fornecimento até às empresas ágeis virtuais são várias as opções disponíveis para as empresas otimizarem a sua relação com os seus fornecedores e parceiros. Para as implementar, de forma eficiente, as empresas necessitam de ferramentas tecnológicas que lhes permitam identificar, avaliar e selecionar os melhores parceiros e fornecedores num contexto de negócio dinâmico, em mudança constante. Nesta tese de doutoramento é proposta uma plataforma, baseada em agentes de software, para suportar o ciclo de vida das redes colaborativas e organizações virtuais, bem como uma abordagem dinâmica de avaliação de parceiros e fornecedores, que pode apoiar as empresas na otimização das suas relações com os parceiros de negócio.
Companies are facing growing challenges motivated by globalization. A globalized market means that the number of companies with which they will need to compete to maintain or enlarge their market share is increased. Additionally, it also brings greater opportunities to conquer new markets and increase existing market shares, since the geographical, political and economical boundaries are gradually being removed. Strategies of market diversification push companies to provide novel products and services to customers, belonging to new geographic and demographic segments. Additionally, market development strategies targeting non-buying customers in selected segments or new buyers in new segments may be paired with increased product diversification and improved business agility. To fulfil the requirements associated with manufacturing a wider range of products and increased agility at process level implies having a wider set of competences available. Small and Medium (SME) companies find it increasingly difficult to have all the required competences in their internal structures; therefore, they need to rely on strategic business partnerships and suppliers to be successful. Collaborative networks are an important tool to assist companies creating and improving their business partnerships. From collaborative supply chains to agile virtual enterprises, companies have several options at their disposal to optimize their relations with business partners and suppliers. When a company decides to develop such a network, it needs decision support tools to select the best partners or suppliers, particularly in today’s spatial-temporal changeable global environments. In this doctoral thesis, a platform based on software agents is proposed, to support the lifecycle of collaborative networks and virtual organizations, along with a dynamic decision approach for supplier and business partner evaluation and selection, which can prove valuable to enable companies to establish strong collaborative business networks.

PhD thesis in Biomedical Engineering
The rise of the worldwide dental implant market constantly increases the concerns regarding the quality, efficiency and lifetime of dental implants. Titanium based materials have shown proven ability for application in this field, essentially due to their adequate mechanical properties, corrosion behavior and biocompatibility. However, and despite the high success rates associated with dental implants, failures still continue to occur. Among the problems affecting the performance of dental implants, one can find: lack of osteointegration, propensity for bacterial colonization and corrosion/tribocorrosion processes. All these aspects are highly dependent on the surface properties of the implant. Ideally, implant surfaces should simultaneously promote adhesion of osteoblasts and inhibit the colonization by unwanted microorganisms. Furthermore, it is also necessary to minimize combined actions between corrosion and wear (tribocorrosion) that can cause degradation of the implant surface and ultimately lead to its failure. This thesis presents an approach to develop multifunctional titanium oxide surfaces with excellent tribocorrosion performance, while promoting a bio-selective behavior between the adhesion of osteoblastic cells and the minimization of bacterial colonization. For that purpose, surface modification of titanium by Micro-Arc Oxidation was performed, allowing the formation of a thick, adherent and porous titanium oxide structure with incorporated bioactive elements such as calcium, phosphorous, magnesium and zinc. A detailed characterization of the surfaces provided important insights for the understanding of the mechanisms of film formation. Moreover, the results allowed the correlation between chemical/structural properties of the oxide, and their effect on biological and tribocorrosion mechanisms. The surfaces developed in this work presented excellent tribocorrosion resistance, good interactions with osteoblastic cells, and promising antimicrobial properties.
O crescimento do mercado mundial de implantes dentários cria condições para um maior desenvolvimento deste tipo de restaurações e uma crescente exigência em relação à qualidade, eficiência e tempo de vida dos implantes. Materiais à base de titânio mostraram ao longo do tempo que possuem uma eficácia comprovada para uso em implantes devido às suas boas propriedades mecânicas, comportamento à corrosão e biocompatibilidade. No entanto, apesar da elevada taxa de sucesso, são ainda reportadas algumas falhas em sistemas de implantes. Entre os problemas que afetam a performance dos implantes podem encontrar-se: a falta de osseointegração, a possibilidade de colonização bacteriana e também processos de corrosão e tribocorrosão. A superfície do implante é um fator transversal, que influencia todos estes aspetos. Idealmente, esta deverá promover a adesão de células ósseas ao mesmo tempo que minimiza a colonização e proliferação de microrganismos prejudiciais. Além disso, deverá também minimizar processos de tribocorrosão (ação simultânea de mecanismos de corrosão e desgaste mecânico) que podem causar a degradação do implante e potencialmente levar à sua falha. Esta tese apresenta uma solução para o desenvolvimento de superfícies multifuncionais de óxido de titânio com excelente resistência à tribocorrosão e um comportamento bio-seletivo através da promoção da adesão de células ósseas e diminuição da atividade bacteriana. Para este fim, a modificação superficial do titânio foi conseguida através da técnica eletroquímica de anodização, permitindo a formação de um filme de óxido de titânio com uma estrutura porosa e dopado com elementos bioativos, como cálcio, fósforo, magnésio e zinco. Uma caracterização detalhada das superfícies produzidas, permitiu obter informação essencial para a compreensão dos mecanismos de formação do filme. Adicionalmente, os resultados permitiram ainda correlacionar as propriedades químicas e estruturais dos filmes com o comportamento biológico e os mecanismos de tribocorrosão identificados. As superfícies desenvolvidas neste trabalho apresentam uma excelente resistência à tribocorrosão, boa interação com células ósseas e ainda propriedades antibacterianas promissoras.
Portuguese Foundation for Science and Technology – FCT Portugal, through grant SFRH/BD/70857/2010.

The MAP-i Doctoral Program.
The development of efficient software requires the selection of algorithms and optimizations tailored for each target hardware platform. Alternatively, performance portability may be obtained through the use of optimized libraries. However, currently all the invaluable knowledge used to build optimized libraries is lost during the development process, limiting its reuse by other developers when implementing new operations or porting the software to a new hardware platform. To answer these challenges, we propose a model-driven approach and framework to encode and systematize the domain knowledge used by experts when building optimized libraries and program implementations. This knowledge is encoded by relating the domain operations with their implementations, capturing the fundamental equivalences of the domain, and defining how programs can be transformed by refinement (adding more implementation details), optimization (removing inefficiencies), and extension (adding features). These transformations enable the incremental derivation of efficient and correct by construction program implementations from abstract program specifications. Additionally, we designed an interpretations mechanism to associate different kinds of behavior to domain knowledge, allowing developers to animate programs and predict their properties (such as performance costs) during their derivation. We developed a tool to support the proposed framework, ReFlO, which we use to illustrate how knowledge is encoded and used to incrementally— and mechanically—derive efficient parallel program implementations in different application domains. The proposed approach is an important step to make the process of developing optimized software more systematic, and therefore more understandable and reusable. The knowledge systematization is also the first step to enable the automation of the development process.
O desenvolvimento de software eficiente requer uma selecção de algoritmos e optimizações apropriados para cada plataforma de hardware alvo. Em alternativa, a portabilidade de desempenho pode ser obtida através do uso de bibliotecas optimizadas. Contudo, o conhecimento usado para construir as bibliotecas optimizadas é perdido durante o processo de desenvolvimento, limitando a sua reutilização por outros programadores para implementar novas operações ou portar o software para novas plataformas de hardware. Para responder a estes desafios, propomos uma abordagem baseada em modelos para codificar e sistematizar o conhecimento do domínio que é utilizado pelos especialistas no desenvolvimento de software optimizado. Este conhecimento é codificado relacionando as operações do domínio com as suas possíveis implementações, definindo como programas podem ser transformados por refinamento (adicionando mais detalhes de implementação), optimização (removendo ineficiências), e extensão (adicionando funcionalidades). Estas transformações permitem a derivação incremental de implementações eficientes de programas a partir de especificações abstractas. Adicionalmente, desenhamos um mecanismo de interpretações para associar diferentes tipos de comportamento ao conhecimento de domínio, permitindo aos utilizadores animar programas e prever as suas propriedades (e.g., desempenho) durante a sua derivação. Desenvolvemos uma ferramenta que implementa os conceitos propostos, ReFlO, que usamos para ilustrar como o conhecimento pode ser codificado e usado para incrementalmente derivar implementações paralelas eficientes de programas de diferentes domínios de aplicação. A abordagem proposta é um passo importante para tornar o processo de desenvolvimento de software mais sistemático, e consequentemente, mais perceptível e reutilizável. A sistematização do conhecimento é também o primeiro passo para permitir a automação do processo de desenvolvimento de software.
Fundação para a Ciência e a Tecnologia SFRH/BD/47800/2008

Doctoral Dissertation for PhD degree in Industrial and Systems Engineering
Companies need to constantly make decisions about risk. They need to decide if a certain risk level is low enough or if some measures for its reduction are still needed. In this regard, risk assessment appears as a basis for the decision-making about risks. However, risk acceptance is an important issue related to the risk assessment process, which may put into question its appropriateness. Despite the importance of risk acceptance, this subject is insufficiently discussed in the literature regarding occupational settings. Considering this, the present study aims to analyze the problem of risk acceptance in occupational settings, as well as to develop a model for the acceptance criteria definition. To this end, four studies were developed, each representing the different phases of this research work. In the first study, the way that Occupational Safety & Health (OSH) professionals support their risk decisions, the main difficulties related to this process and the best approach to use were analyzed. For this analysis, the questionnaire Risk Decision Analysis was developed and applied to OSH professionals. This study showed that the type of risk assessment and the measures of risk used are different among OSH professionals. In addition, despite acceptance criteria have been considered important, its definition is considered to be a difficult step. The principle “As Low as Reasonably Practicable” (ALARP) was identified as the best approach to support risk decisions. In the second study, a questionnaire called Safety Climate in Wood Industries (SCWI) was developed and validated. The SCWI was intended to analyze the safety climate of the furniture companies, using a multilevel structure. A multilevel exploratory factor analysis was performed to analyze the factorial structure. The SCWI proved to be suitable, allowing the identification of different safety climates among workgroups. Furthermore, the identified level of safety climate was correlated with safety conditions. In the third study, the level of risk acceptance by stakeholders in the furniture industries and the key variables that can have an influence on this level were analyzed. To this end, a questionnaire was developed and applied to the companies’ stakeholders, i.e., workers, employers and supervisors. The stakeholders assessed high-risk levels and death scenarios as being “unacceptable”. Scenarios with high accidents frequency were also assessed as being “unacceptable”. In addition, risk perception, emotions and trust were identified as having influence on the risk acceptance levels in the majority of the scenarios. Benefit perception was only identified as having influence on the risk acceptance levels for few scenarios, i.e., for scenarios related to musculoskeletal disorders with low-risk level. It was also found a statistical significant correlation between safety climate and risk acceptance, risk perception and trust. In the fourth and last study, a model was developed to define the risk acceptance criteria in occupational settings and its applicability was analyzed and exemplified for a specific case within the Portuguese industrial furniture sector. Following the model application, the acceptance criteria to be used in assessing the occupational risks in the industrial furniture sector were developed and presented as acceptable and tolerable thresholds. To demonstrate the integration of the defined acceptance criteria in a risk metric, an example of a risk matrix was presented. In general, this work gives substantial contributions towards the understanding of risk acceptance in occupational settings, particularly for the acceptance criteria formulation, showing not only some constraints of this process but also explaining how the acceptance criteria can be generated/formulated.
As empresas precisam constantemente de tomar decisões sobre o risco. Estas devem decidir se um certo nível de risco é suficientemente baixo ou se ainda são necessárias medidas para a sua redução. A avaliação do risco surge neste contexto como a base para a tomada de decisão. No entanto, a aceitação do risco é uma questão importante que está associada ao processo de avaliação de risco, a qual pode colocar em causa a sua eficácia. Apesar da importância da aceitação de risco, esta é uma questão pouco discutida na literatura para ambientes ocupacionais. Face à escassez de estudos neste âmbito, este trabalho tem como objetivos examinar a problemática da aceitação do risco e criar um modelo para a definição de critérios de aceitação em ambientes ocupacionais. Para isso, foram elaborados quatro estudos, representando cada um deles as diferentes fases deste trabalho de investigação. No primeiro estudo foi analisado de que modo os técnicos de Segurança no Trabalho (ST) suportam as suas decisões sobre os riscos, quais as maiores dificuldades inerentes a este processo e qual a melhor abordagem a utilizar. Para esta análise foi elaborado e aplicado o questionário Risk Decision Analysis. Este estudo demonstrou que o tipo de avaliação de risco e as métricas usadas são diferentes entre os técnicos de ST. Além disso, apesar dos critérios de aceitação do risco terem sido considerados importantes, a sua definição foi considerada uma tarefa difícil. O principio As Low as Reasonably Practicable (ALARP) foi apontado como sendo a abordagem mais adequada a aplicar no processo de tomada de decisão sobre o risco. No segundo estudo foi elaborado e validado um questionário denominado Safety Climate in Wood Industries (SCWI). O SCWI pretendia analisar o clima de segurança nas indústrias de mobiliário, usando uma estrutura multinível. Foi desenvolvida uma análise fatorial exploratória multinível para analisar a estrutura fatorial. O SCWI revelou-se adequado, permitindo identificar diferentes níveis de clima de segurança entre grupos de trabalho. Além disso, verificou-se que o nível de clima de segurança identificado está estatisticamente correlacionado com as condições de segurança. No terceiro estudo foram analisados o nível de aceitação de risco pelos stakeholders na indústria de mobiliário e as principais variáveis que têm influência sobre esse nível. Para este fim, um questionário foi desenvolvido e aplicado aos stakeholders das empresas, ou seja, aos trabalhadores, empregadores e encarregados. Os stakeholders avaliaram os cenários de risco elevado e cenários envolvendo mortes como sendo “inaceitáveis”. Cenários com elevada frequência de acidentes foram também avaliados como sendo “inaceitáveis”. Além disso, a perceção do risco, as emoções e a confiança foram identificadas como tendo influência sobre a aceitação do risco na maioria dos cenários considerados. A perceção do benefício foi apenas identificada como tendo influência sobre os níveis de aceitação para alguns cenários, isto é, para cenários relacionados com a ocorrência de lesões músculo-esqueléticas com baixo nível de risco. Verificou-se ainda uma correlação estatisticamente significativa entre o clima de segurança e a aceitação do risco, percepção do risco e confiança. No quarto e último estudo, foi elaborado um modelo para a definição de critérios de aceitação do risco em ambientes ocupacionais e analisada e exemplificada a sua aplicação ao caso específico do sector industrial do mobiliário em Portugal. Através da aplicação do modelo foram definidos os critérios de aceitação a serem usados na avaliação de riscos ocupacionais no sector do mobiliário, sob a forma de limites de risco aceitável e tolerável. Para demonstrar a integração dos critérios definidos numa métrica de risco foi apresentado um exemplo de uma matriz de risco. De uma forma geral, este trabalho trouxe contributos substanciais para a compreensão do processo de aceitação do risco em ambientes ocupacionais, em particular no que respeita à formulação de critérios de aceitação, evidenciando alguns constrangimentos ligados a este processo e, através de um estudo de caso, explicando como os critérios de aceitação do risco podem ser formulados.

Tese de Doutoramento Plano Doutoral em Engenharia Eletrónica e de Computadores.
Embedded systems are increasingly more complex computational systems, often heterogeneous and also with real-time requirements, supporting sophisticated and demanding software tasks. To deal with this complexity, real-time constraints and increasingly shorter time-to-market, Real-Time Operating Systems (RTOSes) are used to provide an abstraction layer on top of the hardware, providing several mechanisms to simplify and coordinate the system's behavior. These mechanisms induce latencies and large CPU time consumption, which consequently increase overhead and contribute to the system's performance degradation. This thesis proposes to study and implement tools and methodologies that, considering the application's requirements and the programmable hardware's restrictions, alleviate this overhead through hardware acceleration, by: (1) incorporating RTOSes' primitives and structures in the CPU, whenever possible; (2) providing customization capabilities to enable design space exploration (DSE) while migrating such primitives and structures, as well as, application specific functionalities to gateware and (3) offering an agnostic solution to promote portability among different RTOSes. The implemented solution contributes to the real-time embedded systems field by presenting novel micro-architectural features to cope with real-time requirements. This thesis presents a co-designed software/hardware multithreaded architecture that promotes configurability, determinism, performance, energy-efficiency (to some extent) and portability from the outset. Experimental results demonstrate that the implemented solution surpasses the state of the art, by providing a complete and agnostic solution which is independent of any specific RTOS, with only a small cost on hardware area. Appropriate benchmarking shows the benefits of the implemented solution on tests targeting FreeRTOS and μCOSII.
Os sistemas embebidos são sistemas computacionais que se têm tornado cada vez mais complexos, muitas vezes heterogéneos e com requisitos de tempo real, suportando tarefas sofisticadas e exigentes. Para lidar com toda esta complexidade e simultaneamente não comprometer um time-to-market cada vez mais curto, recorre-se a sistemas operativos de tempo real (RTOSes). Estes não só fornecem uma camada de abstração sobre o hardware como também disponibilizam vários mecanismos para simplificar e coordenar o comportamento do sistema. No entanto, estes mecanismos induzem latências e sobrecarga no processamento, o que se traduz numa degradação do desempenho do sistema. Nesta tese propõe-se estudar e implementar ferramentas e metodologias que, considerando os requisitos da aplicação e as restrições do hardware programável, aliviam esta sobrecarga através de aceleração por hardware, possibilitando: (1) incorporação de primitivas e estruturas do RTOS no processador; (2) fornecimento de recursos de customização que permitam a exploração do espaço de projeto durante a migração de tais primitivas e estruturas, bem como funcionalidades específicas da aplicação; e (3) uma solução agnóstica para promover a portabilidade entre diferentes RTOSes. Nesta tese é apresentada uma arquitetura híbrida de hardware-software que promove configurabilidade, determinismo, desempenho, eficiência energética e portabilidade. A contribuição para a área de sistemas embebidos de tempo real revê-se nas novas funcionalidades micro-arquiteturais para lidar com os requisitos de tempo real. Os resultados experimentais demonstram que esta solução supera o estado da arte ao fornecer uma solução completa e agnóstica. Benchmarks adequados mostram os benefícios da solução implementada usando FreeRTOS e μCOSII.
Fundação para a Ciência e Tecnologia (FCT), SFRH/BD/81682/2011.

Tese de Doutoramento em Engenharia Eletrónica e Computadores.
The embedded systems domain is perhaps the most heterogeneous of all fields where computer systems are applied. The myriad of available hardware architectures and software systems emerged in response to conflicting application requirements: functionality and computational power must be balanced with power consumption and predictable execution, among others. The advent of virtualization to the embedded domain disrupted the zeitgeist, enabling novel development paradigms. The conceptual view shifted from Operating System centric, where functionalities are partitioned among processes, to Hypervisor centric, where functionalities are partitioned among Operating Systems, providing unprecedented encapsulation, re-use and consolidation capabilities. Nevertheless, virtualization induces its own set of challenges. Hardware technologies rose up to ameliorate its ill-effects in the embedded domain; however, most technologies were merely shifted down from higher-tiers computer systems where virtualization is an established paradigm, failing to fully cope with embedded requirements. This thesis attempts to contribute to the maturity of embedded virtualization technologies, by exploring novel architectural mechanisms for Hypervisor centric design. By re-examining the assumptions about virtualization requirements and rephrasing them in the embedded context, alternative hardware technologies were envisioned, developed, and compared to state of the art hardware-assisted virtualization. The developed hardware technologies focus on four points: processor virtualization mechanisms, which include full-virtualization and emulation support, especially targeting bare metal Hypervisors; memory virtualization, based on distributed translation, which differentiates between memory and peripheral devices access, utilizing wrappers around access points for fine-grained control of directly as-signed and shared peripheral devices; interrupt virtualization, which supports exit-less interrupts and guests’ handlers emulation for reducing real-time interrupt latency; and message passing support, to ensure low-latency communication between guests. Experimental results, on trials using Linux and FreeRTOS guests running representative embedded benchmarks, show that the developed architectural mechanisms outperform the state of the art, even when incurring in smaller silicon cost, and enable a simplified software system, allowing for a small code base Hypervisor implementation.
O domínio dos sistemas embebidos é provavelmente o mais heterogéneo de todos os campos onde sistemas de computadores são aplicados. A miríade de arquitecturas de hardware e sistemas de software disponíveis emergiu em resposta a requisitos de aplicações conflictuosos: funcionalidade e poder de computação têm de ser balançados com consumo de energia e execução previsível, entre outros. O advento da virtualização aos sistemas embebidos provocou uma ruptura na actual tendência tecnológica, permitindo novos paradigmas de desenvolvimento. Avisão conceptual mudou de cêntrica ao Sistema Operativo, onde funcionalidades são particionadas entre processos, para cêntrica ao Hipervisor, onde funcionalidades são particionadas entre Sistemas Operativos, oferecendo capacidades de encapsulamento, re-uso e consolidação sem precedentes. No entanto, a virtualização induz o seu próprio conjunto de desafios. Tecnologias de hardware emergiram para suavizar os seus efeitos negativos no domínio embebido; no entanto, a maioria das tecnologias foram simplesmente transferidas de sistemas de computadores de mais alto escalão onde a virtualização é um paradigma estabelecido, falhando em lidar completamente com requisitos embebidos. Esta tese tenta contribuir para a maturidade das tecnologias de virtualização embebida, explorando novos mecanismos arquitecturais para projecto cêntrico ao Hipervisor. Re-examinando as ideias assumidas sobre requisitos de virtualização e refraseando-as no contexto embebido, tecnologias de hardware alternativas foram concebidas, desenvolvidas, e comparadas com o estado da arte de hardware de suporte à virtualização. As tecnologias de hardware desenvolvidas focam-se em quatro pontos: mecanismos de virtualização de processadores, incluindo virtualização-completa e suporte à emulação, tendo como alvo específico Hipervisores bare-metal; virtualização dememória, baseada em tradução distribuída, que diferencia entre acessos a memória e dispositivos periféricos, encapsulando pontos de acesso para controlo refinado de dispositivos periféricos directamente atribuídos e partilhados; virtualização de interrupções, que suporta interrupções que não transitam para o Hipervisor e emulação de rotinas de hóspedes de modo a reduzir a latência tempo-real; e suporte à passagem de mensagens, para garantir comunicação de baixa latência entre hóspedes. Resultados experimentais, em estudos utilizando Linux e FreeRTOS executando benchmarks embebidos representativos, mostram que os mecanismos arquitecturais desenvolvidos conseguem desempenhos mais elevados que o estado da arte, mesmo quando incorrendo em menores custos de silício, e permitem um sistema de software simplificado, suportando uma implementação de Hipervisor de baixo custo de código.
Fundação para a Ciência e Tecnologia (FCT) SFRH/BD/77813/2011.

Tese de Doutoramento em Engenharia Civil.
Earthworks are often regarded as one of the most costly and time-consuming components of linear infrastructure constructions (e.g., road, railway and airports). Since actual construction requirements originate higher demands for productivity and safety in earthwork constructions, the optimal usage of every resource in these tasks is paramount. The management of resources in an earthwork construction site is, in great part, a function of the allocation of the available equipment, for which there are a vast number of possible equipment allocation combinations. Simultaneously, while there is often high competitiveness, where the pressure is to provide the least possible costs and durations, contractors and project designers often settle for an allocation solution that is mostly based on their own intuition and accumulated experience. This guarantees neither optimal resource usage, nor a solution associated with minimal cost and duration. The optimal allocation of equipment in earthwork tasks is a complex problem that requires the study of several different aspects, as well as the knowledge of a large number of factors. In fact, earthworks are comprised by a combination of repetitive, sequential, and interdependent activities based on heavy mechanical equipment (i.e., resources), such as excavators, dumper trucks, bulldozers and compactors. In order to optimally allocate the available resources, knowledge regarding their specifications (e.g., capacity, weight, horsepower) and the work conditions to which they will be subjected (e.g., material types, required and available volumes in embankment and excavation fronts, respectively) is essential. This knowledge can be translated into the productivity (i.e., work rate) of each piece of equipment when working under a specific set of conditions. Moreover, since earthwork tasks are inherently sequential and interdependent, the interaction between the allocated equipment must be taken into account. A typical example of this is the need for matching the work rate of an excavator plant with the capacity of a truck plant to haul the excavated material to the embankment fronts. Given the non-trivial characteristics of the earthwork allocation problem, conventional Operation Research (e.g., linear programming) and blind search methods are infeasible. As such, a potential solution is to adopt metaheuristics – modern optimization methods capable of searching large space regions under a reasonable use of computational resources. While this may address the issue of optimizing such a complex problem, the lack of knowledge regarding optimization parameters under different work conditions, such as equipment productivity, calls for a different approach. Bearing in mind the availability of large databases, including in the earthworks area, that have been gathered in recent years by construction companies, technologies like data mining (DM) come forward as ideal tools for solving this problem. Indeed, the learning capabilities of DM algorithms can be applied to databases embodying the productivity of several equipment types when subjected to different work conditions. The extracted knowledge can then be used to estimate the productivity of the available equipment under similar work conditions. Furthermore, as previously referred, since earthwork tasks include the material hauling from excavation to embankment fronts, it also becomes imperative to analyse and optimize the possible transportation networks. In this context, the use of geographic information systems provides an easy method to study the possible trajectories for transportation equipment in a construction site, ultimately allowing for a choice of the best paths to improve the workflow. This work explores the integration of different technologies in order to allow for an optimization of the earthworks process. This is translated in the form of an evolutionary multi-criteria optimization system, capable of searching for the best allocation of the available equipment that minimizes a set of goals (e.g., cost, duration, environmental impact). The results stemming from the application of the system to a case study in a Portuguese earthwork construction site are presented. These comprise the assessment of the system performance, including a comparison between different optimization methods. Furthermore, an analysis regarding the improvement of workflow in the construction site after the implementation of the system is discussed, in the context of several comparisons between original (i.e., obtained by manual design) and optimized allocation solutions. Ultimately, these results illustrate the potential and importance of using this kind of technologies in the management and optimization of earthworks.
Em projetos de construção de infraestruturas de transporte lineares (e.g., estradas, vias férreas e aeroportos), as terraplenagens são geralmente consideradas um dos componentes com custos e tempos de execução mais elevados. Tendo em conta que cada vez mais é exigido um aumento na produtividade e segurança no contexto das construções de terraplenagens, torna-se fulcral a otimização de todas as tarefas relacionadas com este processo. A gestão de recursos num estaleiro de terraplenagens é, em grande parte, função da alocação do equipamento mecânico disponível, para a qual existe um número quase infinito de soluções possíveis em cada caso. Simultaneamente, embora se verifique um alto nível de competitividade nesta área, onde o objetivo é obter custos e durações de execução o mais baixos possíveis, o planeamento das tarefas de terraplenagens é em grande parte baseado na experiência acumulada dos engenheiros e especialistas. Porém, tais métodos não garantem nem uma utilização ótima dos recursos disponíveis, nem uma solução associada ao custo e duração de execução mínimos. A alocação ótima de equipamento mecânico em tarefas de terraplenagens é um problema complexo que requer o estudo de vários aspectos distintos, assim como o conhecimento de um elevado número de fatores. De facto, estas tarefas são demarcadas por combinações de atividades repetitivas, fortemente baseadas no uso de equipamento mecânico (i.e., recursos), tal como escavadoras, dumpers, espalhadores e compactadores. Para que seja possível a sua alocação ótima, é essencial o conhecimento das suas especificações (e.g., capacidade, peso, potência) e das condições a que estão sujeitos durante a sua atividade (e.g., tipos de material, volumes disponíveis em frentes de escavação e necessários em frentes de aterro). Este conhecimento pode ser traduzido na produtividade de cada equipamento quando sujeito a determinadas condições de trabalho. Para além disso, uma vez que as terraplenagens consistem em tarefas inerentemente sequenciais e interdependentes, a interação entre os equipamentos tem de ser tomada em consideração. Um exemplo típico deste aspecto pode ser ilustrado pela necessidade de sincronizar a produtividade de uma equipa de escavadoras com a de uma equipa de dumpers, para que seja possível um fluxo constande de escavação e transporte de geomateriais das frentes de escavação para as frentes de aterro. Tendo em conta as características não triviais do problema de alocação em terraplenagens, os métodos convencionais de procura de soluções, tais como Investigação Operacional (e.g. programação linear) e busca exaustiva são impraticáveis. Assim, uma potencial solução é a adoção de metaheurísticas – métodos de otimização moderna capazes de efetuar a busca de soluções em espaços de procura extensos com níveis de exigência computacional razoáveis. Embora estes métodos sejam práticos para a otimização de problemas de elevado nível de complexidade, como é o caso das terraplenagens, existe ainda a necessidade de abordar o problema relacionado com a escassez de conhecimento de vários parâmetros necessários à otimização, tais como a produtividade dos equipamentos sujeitos a diferentes condições de trabalho. Considerando os recentes avanços da tecnologia e o aumento da prática de recolha de dados, verifica-se a disponibilidade de extensas bases de dados de construção, incluindo na área de terraplenagens. Neste sentido, tecnologias tais como o data mining (DM) surgem como ferramentas ideais para abordar esse problema. De fato, as capacidades de aprendizagem dos algoritmos de DM podem ser aplicadas às bases de dados existentes com informação relativa à produtividade de vários tipos de equipamento sujeitos a diferentes condições de trabalho. Mediante este processo, o conhecimento extraído pode então ser usado em novos casos para estimar a produtividade de equipamentos em condições semelhantes. Adicionalmente, uma vez que as tarefas de terraplenagens incluem o transporte de materiais de frentes de escavação para frentes de aterro, como previamente referido, torna-se ainda imperativa a análise e otimização das potenciais trajetórias de transporte ao longo do estaleiro. Neste contexto, a utilização de sistemas de informação geográficos providencia um método eficaz de estudo e escolha das melhores trajetórias para o equipamento de transporte, melhorando o fluxo de trabalho no estaleiro. Este trabalho explora a integração de diferentes tecnologias tendo em vista a otimização das tarefas de terraplenagens. Isto concretiza-se sob a forma de um sistema de otimização evolutiva multi-objetivo, capaz de eleger a melhor distribuição dos equipamentos de terraplenagens disponíveis que minimiza um determinado conjunto de objetivos (e.g., custo, duração, impacto ambiental). São apresentados os resultados decorrentes da aplicação do sistema desenvolvido num caso de estudo, associado a um estaleiro de terraplenagens em Portugal. Estes abrangem a avaliação do desempenho do sistema de otimização, incluindo a comparação de vários métodos de otimização. Para além disso, é realizada uma análise relativa ao melhoramento do fluxo de trabalho no estaleiro após a implementação do sistema, sendo enquadrada numa série de comparações entre as soluções originais (i.e., obtidas pelos métodos convencionais de dimensionamento) e as soluções otimizadas correspondentes. Em última análise, estes resultados ilustram o potencial e a importância da utilização deste tipo de tecnologias na gestão e otimização das terraplenagens.
Fundação para a Ciência e a Tecnologia (FCT) SFRH/BD/71501/2010.

Tese de Doutoramento Programa Doutoral em Engenharia Electrónica e Computadores.
Rechargeable energy storage relies mainly on lithium-ion battery technology, the same that supports most of the mobile world. This technology is under research by many groups around the world and is still considered the best way to store electrical energy from intermittent power sources. However, battery technology is limiting the evolution of many integrated electronics, especially in wearable applications; improvements in terms of energy density, higher number of life cycles, flexibility and safety are still needed. In thin-film batteries, the selection, the design structure, fabrication process and characterization of materials as well as film deposition techniques play an important role in the maximization of the battery performance, durability and reproducibility. This thesis contributes to battery technology in several ways. The use of a typical flexible substrate (Kapton®, by Dupont™) while fabricating all battery materials in the same chamber, including barrier and encapsulation materials, excluding the necessity for extra vacuum and glove-box chambers, was researched. Using only safe solid-state materials, on which no leakage or explosions can occur and replacing metallic lithium (Li) anode for a much more “friendly” material in terms of fabrication and battery cycling, battery energy density benefits. The thin-film lithium phosphorous oxynitride (LiPON) electrolyte is required to have high ionic conductivity, a negligible electrical conductivity and to be stable in contact with the anode and cathode electrodes. LiPON electrolyte was deposited by RF sputtering at different experimental conditions. The highest ionic conductivity of 1 x 10-6 S/cm was measured at ambient temperature of 35 ⁰C for a film deposited with power supply of 150 W, 20 sccm of nitrogen (N2) and a deposition pressure of 3 x 10-4 mbar. Samples with a silicon nitride (Si3N4) barrier layer, a titanium (Ti) adhesion layer and a platinum (Pt) cathode current collector layer (Kapton/Si3N4/Ti/Pt) were prepared for flexibility experiments of Kapton® substrate. Si3N4 Li barrier layer was deposited by RF sputtering deposition technique with an electric resistivity of 9.51 x 1011 Ωcm and a mean breakdown field of 1.67 MV/cm. Thin-films continued attached to the substrate after several bends. Lithium cobalt oxide (LiCoO2) cathode was deposited on top of Kapton/Si3N4/Ti/Pt structure. After LiCoO2 deposition, annealing at 400 ⁰C was performed during 1 hour at different atmospheres (vacuum and air). The films annealed in air atmosphere presented higher crystallinity, especially in the plane (101), the orientation required for batteries with improved performance and durability. Cathode LiCoO2 films were deposited by RF sputtering with a 120 W power supply, pressure of 6 x 10-3 mbar and 17/3 sccm of Ar/O2 gases, respectively. A thin-film flexible Li battery and a thin-film flexible Li-ion battery were successfully fabricated using only physical vapour deposition (PVD) techniques. The anodes of metallic Li (for Li-battery) and germanium (Ge) (for Li-ion battery) were deposited 3 μm thick by thermal evaporation and 300 nm thick by e-beam, respectively. A well-organized battery structure with smooth interfaces and good adhesion was observed by scanning electron microscope (SEM) analysis. A self-discharge was measured and related to a possible thinner electrolyte in some area between the cathode and the anode on both fabricated batteries. A low potential and retention fading along charge/discharge cycles were also measured and related to an amorphous LiCoO2. Despite the low capacity presented by the two batteries, an improvement when the Li anode was changed to Ge is evident (0.35 nAh/cm2 with Li anode, to 46 nAh/cm2 with Ge anode). A battery encapsulation with three sputtered layers: lithium phosphorous oxide (LiPO), LiPON and Si3N4, each 20 nm thick, was fabricated. After these depositions and at atmospheric conditions, an epoxy was applied on the PVD multilayer to complete the encapsulation for long term protection. Research indicates it is possible to fabricate flexible thin-film Li batteries on Kapton® substrate using only PVD deposition techniques, avoiding the necessity of extra vacuum and glove-box chambers.
O armazenamento de energia elétrica recarregável baseia-se principalmente na tecnologia de baterias de iões de lítio, a mesma que suporta a maior parte do mundo móvel. Esta tecnologia está sob investigação por muitos grupos ao redor do mundo e ainda é considerada a melhor forma de armazenar energia elétrica a partir de fontes de energia intermitentes. No entanto, a tecnologia das baterias está a limitar a evolução da eletrônica integrada, especialmente em aplicações portáteis; melhorias em termos de densidade de energia, maior número de ciclos de carga/descarga, flexibilidade e segurança ainda são necessários. Em baterias de filme fino, a seleção, a estrutura, o processo de fabricação e caracterização dos materiais, bem como as técnicas de deposição dos filmes, desempenham um papel importante na maximização do desempenho, durabilidade e reprodutibilidade da bateria. Esta tese contribui para a tecnologia das baterias de várias maneiras. A utilização de um substrato flexível típico (Kapton®, por Dupont™), enquanto todos os materiais da bateria são fabricados na mesma câmara, incluindo os materiais para encapsulamento e barreira, excluindo a necessidade de câmaras de vácuo e câmaras de luvas extra, foi investigada. Utilizando apenas materiais seguros e em estado sólido, em que derramamentos ou explosões não podem ocorrer, e substituindo o ânodo de lítio (Li) metálico por um material muito mais "amigável" em termos de fabricação e de carga/descarga da bateria, a densidade de energia da bateria beneficia. O eletrólito de filme fino de oxinitreto fosfato de lítio (LiPON) deve ter elevada condutividade iónica, condutividade elétrica negligenciável e ser estável em contacto com o ânodo e cátodo. O LiPON foi depositado por pulverização catódica de radio frequência (RF sputtering) em diferentes condições experimentais. A maior condutividade iónica (1 x 10-6 S/cm) foi medida à temperatura ambiente de 35 ⁰C para um filme depositado com 150 W na fonte, 20 sccm de azoto (N2) e 3 x 10-4 mbar de pressão durante a deposição. Amostras com uma camada de barreira, nitreto de silício (Si3N4), uma camada de adesão, titânio (Ti), e uma camada de coletor de corrente do cátodo, platina (Pt), (Kapton/Si3N4/Ti/Pt) foram preparadas para as experiencias de flexibilidade do substrato de Kapton. A camada de barreira aos iões de lítio, Si3N4, foi depositada por RF sputtering com uma resistividade elétrica de 9.51 x 1011 Ωcm e uma tensão média de rotura de 1.67 MV/cm. Os filmes finos continuaram em cima do substrato após várias dobragens do mesmo. O cátodo de óxido de lítio cobalto (LiCoO2) foi depositado no topo da estrutura Kapton/Si3N4/Ti/Pt. Após a deposição do LiCoO2, um recozimento a 400 ⁰C foi realizado durante 1 hora a diferentes atmosferas (vácuo e ar). Os filmes recozidos em atmosfera de ar apresentaram maior cristalinidade, especialmente no plano (101), a orientação necessária para baterias com melhor desempenho e durabilidade. Os filmes de LiCoO2 foram depositados por RF sputtering com 120 W na fonte, 6 x 10-3 mbar de pressão e 17/3 sccm de gases Ar/O2, respetivamente. Uma bateria de Li e uma bateria de Li-ion, flexíveis e em filme fino, foram fabricadas com sucesso usando apenas técnicas de PVD. Os ânodos de Li metálico (para a bateria de Li) e germânio (Ge) (para a bateria de Li-ion) foram depositados com 3 μm de espessura por evaporação térmica e 300 nm de espessura por feixe de eletrões, respetivamente. Uma estrutura bem organizada, com interfaces regulares e boa adesão entre os filmes foram observados na bateria por microscopia eletrónica de varrimento (SEM). Auto-descarga foi medida e relacionada com uma área mais fina entre o eletrólito e o cátodo em ambas as baterias fabricadas. Um baixo potencial e um enfraquecimento na retenção de carga ao longo dos ciclos de carga/descarga também foram medidos e relacionados com o facto de o LiCoO2 ser amorfo. Apesar da baixa capacidade apresentada pelas duas baterias, uma melhoria quando o ânodo de Li foi alterado para o ânodo de Ge é evidente (0.35 nAh/cm2 com ânodo de Li e 46 nAh/cm2 com ânodo de Ge). Um encapsulamento para a bateria com três camadas: óxido fosfato de lítio (LiPO), LiPON e Si3N4, cada uma com 20 nm de espessura, foi fabricado por RF sputtering. Depois destas deposições e em condições atmosféricas, uma epóxi foi aplicada sobre a multicamada fabricada por PVD, para completar o encapsulamento para a proteção a longo prazo. A investigação indica que é possível fabricar baterias de Li em filme fino no substrato flexível Kapton®, utilizando apenas técnicas de deposição por PVD, evitando assim a necessidade de câmaras de vácuo e de luvas suplementares.
Fundação para a Ciência e a Tecnologia (FCT) SFRH/BD/78217/2011.
CRUP AI TC-09_14 and KNMF 2014-011-003169.

Programa Doutoral em Líderes para as Indústrias Tecnológicas.
Polymer nanocomposites (PNCs) are defined as polymers bonded with nanoparticles to create materiais with improved properties. The development of this type of material is rapidly emerging as a multidisciplinary research activity, since their final properties can benefit many different fields of application, namely in the development of electrical devices as studied herein. A fabrication technique to produce conductive PNCs was developed in this work and used to fabricate flexible capacitive pressure sensors. The process is based on vertically aligned-carbon nanotubes (A-CNTs) embedded in a flexible and biocompatible matrix of polydimethylsiloxane (PDMS). Thin A-CNTs/PDMS nanocomposite films ( ~ 400 Jlm) were produced using wetting of as-grown A-CNTs with uncured PDMS and the resulting nanocomposites were used to fabricate flexible pressure sensors. The sensing capability of this A-CNTs/PDMS nanocomposite is attributed to the distinctive combination of mechanical flexibility and electrical properties. The fabricated nanocomposites were characterized and mechanical and electrical properties evaluated. The PDMS is significantly modified by the reinforcing A-CNT fibers, demonstrating non-isotropic (as opposed to the isotropic neat PDMS) elastic properties ali different than the PDMS (Young's modulus of 0.8 MPa), including an anisotropy ratio of 4.8 and increases in the modulus of A-CNTs/PDMS nanocomposites over PDMS by more than 900 % and I 00 %, in the CNTs longitudinal and transverse directions, respectively. Regarding the electrical measurements, A-CNTs/PDMS nanocomposites presented an electrical conductivity of 0.35 Sim. The rather low conductivity does not compromise the developed capacitive sensor, but since passive telemetry is required to measure and power the sensor, solutions to overcome this problem were also studied. The configuration of the developed flexible sensor is similar to typical silicon-based capacitive pressure sensors. It is composed of three thin films, where two of them are A-CNTs/PDMS nanocomposites (defining the diaphragm type electrodes) separated by a film made of neat PDMS (defining the dielectric) and its operating principie is based on the change of the deflection of the nanocomposite layers due to the change of an externa! pressure. The developed flexible pressure sensors tested for pressures between O kPa and I 00 kPa (operation required to measure the blood pressure in the aneurysm sac) showed good linearity, mainly in the region near to the atmospheric pressure (pressure inside of dielectric ). ln the sarne range, the dynamic response of the pressure sensors presented two distinct comportments, which are related with the viscoelastic behaviour of the PDMS-based nanocomposites used to build the pressure sensor. ln addition, from the experimental measurements of the prototype pressure sensors used, the sensitivities are in the range of2.5- 20 fF/kPa. To demonstrate feasibility for practical applications, the flexible sensor technology was used in a biomedical application, more specifically in the context of abdominal aortic aneurysms. The proposed implantable flexible pressure sensing system (capacitive sensor plus inductor) consists of a mixed technology that uses A-CNTs/nanocomposites to build the capacitar electrodes and flexible printed circuit board (PCB) technology to build an inductor. The complete system was assessed by applying pressures varying from O kPa to 1 00 kPa. The results showed that the flexible sensors responded to pressure variations with a well-defined characteristic curve and oscillation frequencies centered around 5.3 MHz (the sensor receives energy and reflects back its oscillation frequency by means of inductive coupling). ln addition to these experiments, the performance of both pressure sensors and reader system was assessed using a hydraulic model that mimics the abdominal aorta. The proof-of-concept experiments validated the proposed telemetry system functionality and showed feasibility in integrating the flexible, biocompatible and passive sensor into a stent-graft, in arder to the detect blood pressure in the aneurysm sac. Finally, the developed technology to fabricate flexible pressure sensors based on A-CNTs/PDMS nanocomposites proved successful in sensing applications and due to its biocompatibility and versatility, can be used in other fields of application such as portable medical devices and e-textiles (to monitor the vital signs of an individual, such as heart rate and temperature, by using textile substrates with integrated electronics).
Os nanocompósitos de polímeros (PNCs) são definidos como polímeros ligados com nanopartículas, originando materiais com propriedades melhoradas. O desenvolvimento deste tipo de material está a surgir rapidamente como uma atividade de investigação multidisciplinar, uma vez que as suas propriedades finais podem beneficiar diferentes áreas de aplicação, nomeadamente no desenvolvimento de dispositivos elétricos como estudado aqui. Neste trabalho foi desenvolvida uma técnica de fabricação de PNCs condutores e utilizada para produzir sensores de pressão capacitivos. O processo é baseado em CNTs verticalmente alinhados (A-CNTs) embutidos numa matriz flexível e biocompatível de polidimetilsiloxano (PDMS). Membranas de nanocompósitos de A-CNTs/PDMS ( ~ 400 Jlm de espessura) foram produzidas através do molhamento dos A-CNTs, utilizados conforme crescidos, pelo PDMS e os nanocompósitos resultantes foram utilizados para fabricar sensores de pressão flexíveis. A capacidade de deteção destes nanocompósitos é conferida pela combinação distintiva da flexibilidade mecânica e propriedades elétricas. Os nanocompósitos fabricados foram caracterizados e as suas propriedades mecânicas e elétricas foram avaliadas. O PDMS é significativamente alterado pelo reforço das fibras de A-CNT, demonstrando propriedades elásticas anisotrópicas (ao contrário do PDMS puro que é isotrópico ), incluindo uma razão de anisotropia de 4.8 e aumento do módulo dos nanocompósitos de A-CNTs/PDMS relativamente ao PDMS acima dos 900 % e 100 %, na direção longitudinal e transversa dos CNTs, respetivamente. Relativamente aos testes elétricos, os nanocompósitos apresentaram uma condutividade elétrica de 0.35 S/m. O valor bastante baixo da condutividade não compromete o sensor capacitivo desenvolvido, mas uma vez que é necessária telemetria passiva para medir e energizar o sensor, foram também estudadas outras soluções para superar este problema. A configuração do sensor flexível desenvolvido é semelhante aos típicos sensores de pressão capacitivos de silício. Este é composto por três filmes finos, onde dois deles são nanocompósitos de A-CNTs/PDMS (definem o diafragma) separados por um filme de PDMS (define o dielétrico), e o seu princípio de funcionamento é baseado na deformação das membranas de nanocompósitos devido a variações de uma pressão externa. Os sensores de pressão flexíveis testados para pressões entre O kPa e 100 kPa (necessário para medir a pressão sanguínea no saco do aneurisma) apresentaram boa linearidade, principalmente na região próxima da pressão atmosférica (pressão no interior do dielétrico ). Para a mesma gama de pressões, a resposta dinâmica dos sensores apresentou dois comportamentos distintos, que estão relacionados com o comportamento viscoelástico dos nanocompósitos utilizados para fabricar o sensor. Além disso, testes experimentais realizados com sensores de pressão protótipos mostraram sensibilidades na gama de 2.5-20 fF/kPa. De forma a demonstrar a viabilidade para aplicações práticas, foi apresentada a utilização da tecnologia do sensor de pressão numa aplicação biomédica, mais concretamente no contexto de aneurismas na aorta abdominal. O sistema flexível de monitorização da pressão proposto (sensor capacitivo mais indutor) consiste numa tecnologia mista que utiliza nanocompósitos de A-CNTs/PDMS para construir os elétrodos do condensador e uma placa flexível de circuito impresso para construir o indutor. O sistema completo foi avaliado para variações de pressão entre O kPa e I 00 kPa. Os sensores flexíveis responderam às variações de pressão com uma curva característica bem definida e frequências de oscilação centradas nos 5.3 MHz. O desempenho dos sensores de pressão e do sistema de leitura foram também avaliados utilizando um modelo hidráulico que imita a aorta abdominal. Os testes experimentais validaram a funcionalidade do sistema telemétrico proposto e mostraram viabilidade em integrar o sensor flexível, biocompatível e passivo num stent-graft, de forma a detetar variações da pressão sanguínea no saco do aneunsma. A tecnologia desenvolvida para fabricar sensores de pressão flexíveis, que se baseia em nanocompósitos de A-CNTs/PDMS, provou ser bem-sucedida em aplicações de deteção de pressão e devido à sua biocompatibilidade e versatilidade, esta tecnologia pode ser utilizada em outras áreas de aplicação, tais como dispositivos médicos portáteis e têxteis eletrónicos (para controlar os sinais vitais de um indivíduo, como a frequência cardíaca e temperatura, utilizando substratos têxteis com eletrónica integrada).
Fundação para a Ciência e a Tecnologia (FCT) SFRH/BD/42922/2008. ERDF (European Regional Development Fund) through COMPETE (Operational Competitiveness Program) and national funds through FCT in the framework of the projects MIT-Pt/EDAM-EMD/007/2008/ and PTDC/EEI-ELC/1838/2012.

Dissertation for Ph.D. degree in Biomedical Engineering.
Pseudomonas aeruginosa is a relevant opportunistic pathogen frequently involved in healthcareassociated infections including pneumonia, bloodstream, urinary tract and surgical site infections. Most of the infections caused by this bacterium are particularly difficult to treat, especially due to its great capacity to form biofilms in a wide variety of surfaces, which often display high tolerance to antibiotics. As a result, it is extremely important to develop new antimicrobial therapies as alternative to the traditional antibiotics. Bacteriophages (phages) are bacterial viruses that have emerged as a potential strategy to combat bacterial infections. Nonetheless, the effectiveness of phages against biofilms can be compromised by diffusion limitations through the biofilm matrix. The recent advances on phage engineering technologies have enabled the creation of specialized phages with new functionalities. The aim of this work was to get a deeper knowledge on phage-P. aeruginosa biofilm interaction and to develop genetically engineered phages with better performances against biofilms. The first step of this work was to isolate and characterize new P. aeruginosa phages. Phage vB_PaeM_CEB_DP1 was isolated from hospital sewage and its characterization was performed together with the previously isolated P. aeruginosa phage, phiIBB-PAA2. Both phages vB_PaeM_CEB_DP1 and phiIBB-PAA2 displayed a broad lytic spectrum, infecting approximately 57% and 86% of thirty P. aeruginosa clinical strains, respectively. The morphological and genomic characterization of both phages revealed that phage vB_PaeM_CEB_DP1 belongs to the Myoviridae family of phages while phage phiIBB-PAA2 belongs to the Podoviridae family. The efficacy of phages vB_PaeM_CEB_DP1, phiIBB-PAA2 as well as the Podoviridae phage LUZ19 against P. aeruginosa biofilms and planktonic cultures was further evaluated, either individually or in a cocktail. The experiments were conducted over the course of 48 hours and, although significant reductions in the number of viable cells were achieved in all treatments, the emergence of phage-resistant variants was observed in both biofilms and planktonic cells infection experiments. Some of the phage-resistant variants were selected for further characterization and the variant strains that displayed resistance to the three phages showed decreased motilities. The genomic characterization of phage-resistant variants revealed that these strains carry mutations in the genes encoding phage receptors. A bioinformatics study about phage-encoded depolymerases was performed to get a deeper knowledge about the diversity, structure and function of these enzymes. In this study 160 putative depolymerases were found in the genomes of 143 phages (43 Myoviridae, 47 Siphoviridae, 37 Podoviridae and 16 unclassified) infecting 24 genera of bacteria, and it was further observed that the majority of them are phage structural proteins. Phage depolymerases revealed to have a wide range of applications. For instance, these enzymes can be used in the production of compounds of interest, to act as antibiotics adjuvants, to cause biofilm eradication as well as for bacterial detection and diagnosis. Finally, phage-engineering strategies were addressed to incorporate genes encoding the biofilm degrading enzymes dispersin B and alginate lyase in the genomes of P. aeruginosa phages. Nonetheless, some problems arise during this part of the work. Although the genomes of phages LUZ19 and vB_PaeM_CEB_DP1 were captured, engineered and archived in yeast, no engineered phages have been obtained so far. In conclusion this work contributed to expand the knowledge about P. aeruginosa phages, strategies used by bacterial cells to evade phage predation, the structure and function of phageencoded depolymerases as well as the phage-engineering technologies currently used.
Pseudomonas aeruginosa é um microrganismo patogénico oportunista frequentemente envolvido em infeções associadas aos cuidados de saúde, incluindo pneumonia, infeções da corrente sanguínea, do trato urinário, e do local cirúrgico. A maioria das infeções provocadas por esta bactéria são particularmente difíceis de tratar, nomeadamente devido à sua grande capacidade de formar biofilmes em diversas superfícies, os quais têm frequentemente uma grande tolerância a antibióticos. Como consequência, é de extrema importância o desenvolvimento de novas terapias antimicrobianas como alternativa aos tradicionais antibióticos. Os bacteriófagos (fagos) são vírus bacterianos que têm emergido como uma potencial estratégia no combate de infeções bacterianas. No entanto, a eficácia dos fagos em biofilmes pode ser comprometida por limitações de difusão através da matriz dos biofilmes. Os recentes avanços nas tecnologias de engenharia de fagos têm permitido a construção de fagos especializados com novas funções. Neste sentido, o objetivo deste trabalho foi compreender melhor a interação entre fagos e biofilmes de P. aeruginosa e desenvolver fagos geneticamente modificados de forma a terem uma melhor performance em biofilmes. O primeiro passo deste trabalho consistiu no isolamento e caracterização de novos fagos para P. aeruginosa. O fago vB_PaeM_CEB_DP1 foi isolado de efluente hospitalar, e a sua caracterização foi realizada juntamente com o fago de P. aruginosa phiIBB-PAA2 que foi previamente isolado. Ambos os fagos vB_PaeM_CEB_DP1 e phiIBB-PAA2 apresentaram um amplo espectro lítico, infectando aproximadamente 57% e 86% de trinta estirpes clinicas de P. aeruginosa, respetivamente. A caracterização morfológica e genómica de ambos os fagos revelou que o fago vB_PaeM_CEB_DP1 pertence à família de fagos Myoviridae enquanto que o fago phiIBB-PAA2 pertence à família Podoviridae. A eficácia dos fagos vB_PaeM_CEB_DP1, phiIBB-PAA2, assim como do fago Podoviridae LUZ19 contra biofilmes e culturas planctónicas de P. aeruginosa foi avaliada, tanto individualmente como em cocktail. Os ensaios experimentais foram realizados durante 48 horas e, apesar de se terem conseguido reduções significativas no número de células viáveis com todos os tratamentos, a emergência de variantes resistentes aos fagos foi observada tanto nos ensaios de infeção de biofilmes como de culturas planctónicas. Algumas das variantes resistentes aos fagos foram selecionadas para caracterização e observou-se que as variantes resistentes aos três fagos apresentaram motilidades reduzidas. A caracterização genómica destas variantes revelou que estas estirpes possuem mutações nos genes que codificam os receptores dos fagos. Para aprofundar o conhecimento sobre a diversidade, estrutura e função das depolimerases codificadas por fagos, foi realizado um estudo bioinformático sobre estas enzimas. Neste estudo foram encontradas 160 depolimerases putativas nos genomas de 143 fagos (43 Myoviridae, 47 Siphoviridae, 37 Podoviridae e 16 não classificados) que infetam 24 géneros de bactérias, e foi ainda observado que a maioria delas são proteínas estruturais dos fagos. As depolimerases fágicas revelaram ter uma grande variedade de aplicações. Estas enzimas podem, por exemplo, ser utilizadas na produção de compostos de interesse, podem atuar como auxiliares de antibióticos, podem ajudar na erradicação de biofilmes e também na detecção e diagnóstico de bactérias. Finalmente, foram abordadas estratégias de engenharia de fagos para incorporar genes que codificam as enzimas que degradam biofilmes, dispersina B e alginato liase, nos genomas de fagos de P. aeruginosa. No entanto, alguns problemas surgiram nesta parte do trabalho. Apesar dos genomas dos fagos LUZ19 e vB_PaeM_CEB_DP1 serem capturados, modificados e arquivados em levedura, até ao momento não foram obtidos fagos modificados. Em conclusão, este trabalho contribuiu para alargar o conhecimento sobre fagos de P. aeruginosa, as estratégias usadas pelas células bacterianas para escapar à predação dos fagos, a estrutura e função das depolimerases codificadas por fagos, assim como as tecnologias de modificação de fagos usadas atualmente.
European Union funds (FEDER/COMPETE) through the project RECI/BBB-EBI/0179/2012 (FCOMP-01-0124-FEDER-027462).

Tese de Doutoramento em Ciência e Engenharia de Polímeros e Compósitos.
As polymers progressively face more stringent requirements in terms of processing and performance, it is often necessary to develop new complex material systems while minimizing costs and time-to-market. Thus, it seems useful to make available fast response characterization tools that, although requiring small amounts of sample, are still capable of generating adequate data on the correlations between rheological response, process-induced material structure and product properties. For this purpose, a prototype small-scale single / twin-screw extrusion system of modular construction, with outputs in the range 30-500 g/h, was coupled to a modular rheo-optical slit die designed to measure shear viscosity and normal-stress differences, as well as perform rheo-optical experiments, namely small angle light scattering (SALS) and polarized optical microscopy (POM). The extruder is equipped with ports that allow sample collection along its axis, in order to subsequently evaluate the development of melting and mixing, morphology, or chemical conversion. Also, downstream equipment is present, so that the engineering properties of the extrudates can be evaluated. The hole pressure method, which is based on the difference between the pressures measured by means of a flush-mounted pressure transducer and a directly opposed recess mounted transducer, was implemented on the rheo-optical slit die in order to measure the normal stress differences. Results are presented and the concept is validated for three different polymers. The main difficulties and sources of errors associated with the measurements of normal stresses using the hole pressure method are discussed. The optical validation of this small-scale device was performed using several volume fraction dispersions of standard size polystyrene (PS) particles in polydimethylsiloxane (PDMS). The output of this exercise is the definition of an operational window mapping the range of particle sizes and concentrations that can be correctly measured with the two complementary in-line optical techniques. The full practical potential of the mini-extrusion line was explored to study the morphological development of polystyrene/ poly(methyl methacrylate) industrial blends. The morphological evolution along the extruder, the flow-induced structures developed, the relaxation processes upon cessation of flow and the corresponding rheological characteristics are presented, together with the mechanical and structural characteristics of the extruded sheets. Finally, the in-line techniques were applied to study the flow-induced structures and structural relaxation of a cellulose-based liquid crystalline polymer, acetoxypropylcellulose (APC), at flow rates relevant to practical polymer processing. The main innovative results of the thesis are highlighted below: - the practical utility of the hole pressure method for the in-line rheological characterization of polymer melts has been assessed; for the first time, a quantitative estimation of the impact of the potential sources of error on the sensitivity of the technique has been given. - the construction and validation of a complete small scale experimental extrusion set-up (directly scalable to industrial production) offering access to the study of relationships between process parameters and the evolution of materials characteristics (structural and rheological) from the barrel up to the extrudate. - the rheo-optical characterization of a liquid crystalline acetoxypropylcellulose melt at shear rates never achieved before (10 s−1 to 1000 s−1), showing for the first time a change in the negative extrudate occurring at a critical shear rate which coincides with a change in the stress relaxation after flow cessation and which relates to a flow-induced two fluids morphology, thus giving credit to a flow model proposed earlier for this class of materials.
Como progressivamente os polímeros enfrentam requisitos mais rigorosos em termos de processamento e desempenho, é muitas vezes necessário desenvolver novos sistemas de materiais complexos, minimizando custos e tempo de colocação no mercado. Deste modo, seria vantajosa produzir ferramentas de caracterização de resposta rápida, que utilizem pequenas quantidades de material e mesmo assim sejam capazes de gerar dados suficientes sobre as correlações entre a resposta reológica, estrutura do material induzida pelo processo e as propriedades do produto final. Para este efeito, um sistema de extrusão protótipo de pequena escala e de construção modular, mono-fuso ou duplo-fuso, com débitos na gama de 30-500 g/h foi acoplado a uma fieira reo-ótica modular desenvolvida para medir propriedades reológicos, particularmente viscosidade de corte e diferenças de tensões normais, bem como realizar experiências reo-óticas, nomeadamente dispersão de luz a ângulos pequenos e microscopia de luz polarizada. O cilindro da mini-extrusora está equipado com válvulas que permitem a recolha de amostras ao longo do seu eixo, a fim de avaliar subsequentemente o desenvolvimento de fusão e mistura, morfologia, ou conversão química. Além disso, a jusante da fieira existe equipamento auxiliar, permitindo que os extrudidos possam ser recolhidos e posteriormente as suas propriedades de engenharia possam ser avaliadas. O método do erro da pressão no orifício, que se baseia na diferença de pressão entre um transdutor de pressão montado à face e um transdutor de pressão direitamente oposto montado num recesso, foi implementado na fieira reo-ótica com a intenção de medir a diferença de tensões normais. Os resultados são apresentados e o conceito é validado com três polímeros diferentes. As principais fontes de dificuldades bem como os erros associados nas medições de tensões normais, usando o método de pressão no orifício, são discutidos. A validação ótica deste dispositivo de pequena escala foi realizada dispersando várias concentrações volúmicas de partículas de poliestireno (PS) de tamanho padrão em uma matriz de polidimetilsiloxano (PDMS). Com esta validação foi possível definir uma janela operacional mapeando a gama de concentrações e tamanhos de partículas que podem ser corretamente medidos, em linha com estas duas técnicas óticas complementares. Todo o potencial prático da linha de mini-extrusão foi explorada estudando o desenvolvimento morfológico de misturas industriais de poliestireno/ poli (metacrilato de metilo). A evolução morfológica ao longo da extrusora, as estruturas induzidas pelo fluxo, os processos de relaxação após a cessação do fluxo e as características reológicas correspondentes são apresentados, em conjunto com as características mecânicas e estruturais das fitas extrudidas. Finalmente, as técnicas reo-óticas foram implementadas para estudar as estruturas induzidas pelo fluxo e subsequente relaxação estrutural de um polímero cristalino líquido á base de celulose, acetoxipropilcelulose (APC), utilizando taxas de corte elevadas, relevantes no processamento industrial. Os principais resultados inovadores da tese são destacadas a seguir: - a utilidade prática do método do erro da pressão no orifício para caracterização reológica em linha de polímeros fundidos foi avaliada; pela primeira vez, uma estimativa quantitativa do impacto das potenciais fontes de erro na sensibilidade da técnica é apresentada. - a construção e validação um sistema de extrusão protótipo em pequena escala e de construção modular permitiu o acesso ao estudo das relações entre os parâmetros do processo e da evolução das características dos materiais (estruturais e reológicas) do cilindro até o extrudido (produto final). - a caracterização reo-ótica de um polímero cristalino líquido, acetoxipropilcelulose, a velocidades de corte nunca antes utilizadas (10 s-1 a 1000 s-1), mostrou pela primeira vez que uma mudança no inchamento negativo do extrudido, que ocorre a uma taxa de corte crítica, coincide com uma alteração na relaxação da tensão após a cessação do fluxo e que se relaciona com uma morfologia de dois fluidos induzida pelo fluxo, dando assim crédito para um modelo de fluxo proposto anteriormente para esta classe de materiais.

Tese de Doutoramento em Engenharia Civil
This research work deals with development of a novel retrofitting element for RC structures designated as “Hybrid Composite Plate (HCP)”. This prefabricated element is composed of a thin strain hardening cementitious composite (SHCC) plate reinforced with either near surface mounted CFRP (NSM-CFRP) laminates, designated as HCP(L), or externally bonded CFRP (EB-CFRP) sheets, designated as HCP(S). From the materialstructural point of view, this system benefits from the high ductility of SHCC and the high tensile strength of CFRP in retrofitting of RC structures. HCP is essentially tailored to be significantly free of the shortcomings identified in the most advanced available retrofitting techniques, such as textile reinforced mortar (TRM) and conventional FRP systems. Furthermore, it is possible to attach this proposed system to the RC members by means of either adhesive, chemical anchors or a combination thereof. The investigation carried out is mainly dedicated to the development of HCP and assessment of its structural efficiency for upgrading/repairing RC members with a variety of retrofitting demands. In this framework, series of experimental tests are executed to assess HCP retrofitting efficiency for upgrading shear, flexural and energy dissipation capacity of RC members. Results of these experimental tests confirmed HCP’s high potential for retrofitting RC structures. An analytical approach is presented to estimate the ultimate flexural capacity of the beams with an HCP attached to their soffit, which is further complemented with a numerical strategy to predict the load-deflection response of such retrofitted beams. The proposed analytical and numerical approaches accurately predict the flexural capacity and load-deflection response, of flexurally strengthened beams using HCP. Finally, adopting a combination of experimental tests and finite element modelling, recommendations for an optimized HCP(L) and its connection with concrete are provided. The local bond stress-slip models at the interface of CFRP-SHCC and interface of HCP(L)- concrete are determined. Based on results obtained, equations correlating the pull force capacity of the HCP(L) to the CFRP-SHCC bond length for CFRP laminates with two different axial stiffness are derived.
Esta tese apresenta a investigação realizada para o desenvolvimento de um novo elemento visando o reforço de estruturas de betão armado (BA) designado por Hybrid Composite Plate (HCP). Este elemento consiste num painel pré-fabricado composto por uma fina camada de material de matriz cimentícia apresentando comportamento de endurecimento em tração ( SHCC) reforçada laminados de matriz polimérica reforçada com fibras de carbono (CFRP) inseridos à superfície (Near Surface Mounted), designado por HCP(L), ou com manta de CFRP aplicada segundo a técnica de colagem exterior (externally bonded, EB-CFRP), designadas por HCP(S). Do ponto de vista estrutural, este sistema beneficia da alta ductilidade do SHCC e da elevada resistência à tração do CFRP no reforço de estruturas de BA. O HCP afigura-se como uma solução apropriada essencialmente por não apresentar as deficiências identificadas nas técnicas mais avançadas de reforço estrutural atualmente disponíveis, tais como TRM (Textile Reinforced Mortar) e sistemas FRP (Fiber Reinforced Polymer). O sistema proposto permite uma ligação aos elementos de BA através de resina epóxi, ancoragem química ou uma combinação entre estes. A investigação realizada foi dedicada ao desenvolvimento do HCP e avaliação da sua eficiência estrutural para melhorar ou reparar elementos de BA para uma variedade de exigências de reforço. Com este objetivo, uma série de ensaios foram realizados para avaliar a eficiência do reforço do HCP ao corte, flexão e capacidade de dissipação de energia de elementos de BA. Uma formulação analítica foi desenvolvida para estimar a resistência à flexão de vigas de BA reforçadas com HCP ligado à sua face inferior. Esta abordagem foi completada com um modelo numérico para prever a resposta carga-deformação destas vigas. A formulação analítica e o modelo numérica propostos previram com precisão, respetivamente, a capacidade de flexão e a resposta carga-deformação de vigas reforçadas com HCP. Finalmente, com base na combinação de resultados de ensaios experimentais e modelos de elementos finitos, são fornecidas recomendações para a otimização do HCP(L) e a sua ligação ao betão. Para a caracterização das interfaces CFRP-SHCC betão-HCP(L) foram determinadas leis tensão versus deslizamento. Com base nos resultados obtidos, apresentamse as equações que relacionam a capacidade de carga à tração do HCP(L) com o comprimento de ligação do CFRP-SHCC composto por camadas de CFRP dotadas de rigidez distinta.
Fundação para a Ciência e a Tecnologia (FCT) SFRH/BD/65663/2009.
Fundação para a Ciência e a Tecnologia (FCT) PTDC/ECM/114511/2009

Tese de Doutoramento - Programa Doutoral em Líderes para as Indústrias Tecnológicas
Polymer composite parts and in particular carbon reinforcement composites are commonly viewed as very strong and light but with a very high cost. This cost premium is due not only to the cost of the carbon reinforcements but also because of the current manufacturing processes, mostly linked to Thermoset polymers. Besides cost, also the number of units that can be produced are normally limited to quantities well below the quantities required by the market. Recently, several industries are making large efforts to overcome these limitations due to increasing requirements: weight reductions on cars and increase of blade size on wind generators for example. Injection molding is one of the most versatile methods of producing polymer parts in high quantities and low cost. It is common to use textile on printed films to decorate injected parts. Why not to use carbon or glass fabric reinforcements as an insert? The state of the art suggests that it isn’t possible because the impregnation of the reinforcement fibers is too difficult to achieve high mechanical properties. The use of thermoplastics on injection molding is both a limitation and an advantage. Thermoplastics are much more viscous than the standard thermosets used today to produce most composites. Therefore the correct impregnation of the reinforcements is much harder resulting in a lower adhesion and poor mechanical properties. On the other hand thermoplastics can be recycled much easier than thermosets. This will be a big advantage when the growing number of produced composite parts reaches the end of their useful lives. The main objective of this work was to analyze the feasibility of using injection molding for proper impregnation of reinforcement textiles and production of high strength thermoplastic composites products. The major limitations were analyzed to find a solutions to produce in an economical way thermoplastic composite parts that can deliver the same mechanical performance as today’s high cost thermoset composites. Variable mold temperature together with non-standard injection parameters were the two key items on this work to allow the proper impregnation of woven carbon and glass reinforcements with standard low viscosity polymers using standard injection molding machines.
Produtos feitos com compósitos poliméricos, em particular os reforçados a fibras de carbono, são normalmente vistos como muito resistentes e leves mas também muito caros. O elevado custo é devido não só ao custo elevado das fibras de carbono mas também devido aos custos de fabrico dos processos existentes atualmente, em que a maioria usa polímeros termoendurecíveis. Para além do custo, também as quantidades que podem ser produzidas estão limitadas a valores abaixo das exigidas pelos mercados. Ultimamente, a indústria têm feito grandes esforços para ultrapassar estas limitações motivados pela necessidade de redução de peso em veículos ou aumento do tamanho de aerogeradores por exemplo. A moldação por injeção é um dos métodos mais versáteis de produzir peças em polímeros em altas quantidades e a baixo custo. Neste processo é possível introduzir tecidos ou peliculas para decorar as peças injetadas. Por que não usar tecidos de carbono ou vidro como um inserto? O estado da arte atual sugere que tal não é possível porque é demasiado difícil impregnar as fibras de reforço para conseguir propriedades mecânicas elevadas. O uso de termoplásticos com a moldação por injeção apresenta vantagens e desvantagens. Os termoplásticos são muito mais viscosos que o termoendurecíveis usados normalmente para produzir a maioria dos compósitos. Portanto a impregnação dos reforços é muito mais difícil o que resulta numa menor adesão e piores propriedades mecânicas. Por outro lado os termoplásticos podem ser reciclados mais facilmente. Tal será uma grande vantagem quando o número crescente de peças produzidas em compósitos chegar ao fim da sua vida útil. O objetivo principal deste trabalho é a análise da possibilidade de usar a moldação por injeção para impregnar corretamente tecidos de reforço e fabricar peças de alta resistência em materiais compósitos termoplásticos. As maiores limitações foram analisadas de forma a encontrar soluções para a produção economicamente viável de peças em compósitos termoplásticos com as mesmas propriedades mecânicas dos compósitos termoendurecíveis usados atualmente. Moldes com temperatura variável e parâmetros não convencionais de injeção foram dois tópicos neste trabalho que permitiram a correta impregnação de tecidos de reforço em fibras de vidro e carbono, usando polímeros convencionais de baixa viscosidade e máquinas de injeção convencionais.

Dissertação de mestrado em Técnicas de Caracterização e Análise Química
No âmbito da unidade curricular Projeto Individual do Mestrado de Técnicas de Caracterização e Análise Química da Escola de Ciências da Universidade do Minho foi desenvolvido o presente trabalho. O estágio realizou-se no período de 18 de Setembro a 26 de Junho de 2015 no Laboratório de Análises da empresa Águas do Porto. Atualmente a exigência dos clientes e a legislação também obriga a que os serviços prestados pelos laboratórios seja cada vez mais eficientes, objetivos e competentes, tornando cada vez mais necessária a obtenção de competências através de um processo de acreditação dos seus métodos de ensaio. Em Portugal a norma que define as competências exigidas num processo de acreditação para um laboratório de ensaio é a NP EN ISO/IEC 17025 de 2005. No decorrer do Projeto Individual foram desenvolvidas competências no âmbito dos requisitos de gestão e requisitos técnicos definidos na norma referida anteriormente. Foram também feitos estudos de validação de três métodos de ensaios para Águas de consumo humano. Os resultados obtidos nesses métodos foram comparados com os valores estabelecidos no Decreto/Lei o n.º 306/2007, de 27 de Agosto uma vez que, o Laboratório de Análises consta da lista de laboratórios aptos emitidos pela Entidade Reguladora dos Serviços de Águas e Resíduos. Para além disso, foi realizado um estudo comparativo de estimativa de cálculo de incertezas baseado em ensaios de aptidão pelas abordagens ISO 11352, Guia Nordtest TR 537 e OGC007+EA4/16.
The present work was developed under the subject Individual Project of the master course of techniques of characterization and chemical analysis of the School of Sciences of the University of Minho. The internship was held from September 18, 2014 to June 26, 2015 at the analytical laboratory of the company Águas do Porto. Currently the clients and legislation requirements require that the services provided by the laboratories have to be increasingly more efficient, competent and objective, making it increasingly necessary to obtain skills through a process of accreditation of the test methods used. In Portugal the standard that defines the skills required in an accreditation process for a test lab is the NP EN ISO/IEC 17025 of 2005. During the Individual Project, skills were developed under the management and technical requirements defined in the standard referred above. Validation studies were made of three testing methods for human consumption waters. The results obtained in these methods were compared with the values stated in Decree/Law No. 306/2007, of 27 August. The analytical laboratory is included on the list of suitable laboratories issued by the regulatory authority of Waste and Water Services. In addition, it was conducted a comparative study of calculation of estimation uncertainties based on aptitude tests for the approaches ISO 11352, Nordtest Guide TR 537 and OGC007 + EA4/16.

Tese de Doutoramento em Tecnologias e Sistemas de Informação.
Organizations are constantly being challenged with new demands imposed by markets and have to respond to new requirements imposed by governments. Organizations need to be prepared to face those challenges and demands in order to survive. Business Process Management (BPM) allows organizations to know themselves and to be prepared to ght new challenges and easily adapt to new situations. BPM is being seen as a key for innovation helping in the simulation of possible scenarios. For these and other reasons, business process management and modeling is being increasingly used by organizations. A business process model usually is created under the supervision, clari - cation, approval and validation of the business stakeholders. Thus, a business process model is a proper representation of the reality, having lots of useful information that can be used in the development of the software system that will support the business. Several authors proposed approaches to derive software models based on business process models. Nevertheless, the generation of a data model based on business process models has been constantly ignored mostly because business process models did not support, until recently, the identi cation of the persistent data. However, interest in the data and its preservation have increased in the BPMN (Business Process Model and Notation) most recent version, which allows identifying the persistent data manipulated within business processes. This research work presents and discusses two approaches to derive a data model from business process models: directly, by piecing together information from a set of business process models; and indirectly, by adapting the 4SRS (Four Step Rule Set) method to generate a logical software architecture from business process models and extending it to derive the data model from the logical software architecture. The direct approach is suitable to deal with complete business process models, whereas the indirect approach is more suitable to deal with complex systems, being prepared to detect incomplete business process models and to complete the information derived from business process models with information from other sources. The derived data model will serve as a basis for the software development, helping reducing time and e orts spent in software design, ensuring the alignment between the software and the business processes, and enabling traceability between the elements in software models and the corresponding business process models.
Derivação de modelos de software orientados a dados a partir de representações de processos de negócio O aumento da dimensão, complexidade e exigências impostas às organizações tem levado a que estas optem, cada vez mais, pela gestão dos processos de negócio (BPM - Business Process Management). A gestão dos processos de negócio permite a otimização e agilização dos processos de negócio dando possibilidade às organizações de se adaptar com mais facilidade e rapidez às alterações impostas pelas exigências de mercado. A gestão dos processos de negócio é considerada crucial para a inovação uma vez que permite simular possíveis senários. A modelação dos processos de negócio é, normalmente, feita sob a supervisão, clarificação, validação e aprovação dos stakeholders de negócio. Desta forma, podemos afirmar que os modelos dos processos de negócio são uma correta representação da realidade, tefido muita informação útil que pode ser usada no desenvolvimento do software de suporte ao negócio. Vários autores propuseram abordagens para derivar modelos de software baseados em modelos de processos de negócios. No entanto, a geração do modelo de dados com base nos mo. delos de processos de negócio têm sido negligenciada principalmente porque osmodelos de processos de negócios não suportavam a identificação dos dados q devem ser armazenados de uma forma persistente. No entanto, nota-se um crescente interesse nos dados e na preservação destes, na versão mais recente da linguagem BPMN (Business Process Model and Notation), a qual permite a identifiação dos dados persistentes que são manipulados nos processos de negócio. Este trabalho de investigação apresenta e discute duas abordagens para gerar o modelo de dados com base na informação existente nos modelos de processos de negócio: uma abordagem direta, que agrega toda a informação existente num conjunto de processos de negócio; e uma abordagem indireta, que adapta o método 4SRS (Four Step Rule Set) para gerar a arquitetura lógica com base num conjunto de modelos de processos de negócio e estende-o para gerar o modelo de dados com base na arquitetura lógica gerada. A abordagem direta é mais apropriada para lidar com modelos de processos de negócio completos. A abordagem indireta é mais apropriada para lidar com sistemas complexos e com modelos de processos de negócio incompletos, uma vez que permite complementar a informação extraída desses modelos com informações provenientes de outras fontes de informação. O modelo de dados gerado serve como base para o desenvolvimento de software, assegurando o alinhamento entre o software e os processos de negócio, e possibilitando a rastreabilidade entre os elementos nos modelos de software e os elementos correspondentes nos modelos de processos de negócio.

Tese de Doutoramento dem Engenharia Química e Biológica.
Coffee has been one of the most popular beverages around the world since ancient times. It is made from a mixture of hot water and coffee powder being consumed for its refreshing and stimulating properties. However, along its production process many wastes are generated. Spent coffee ground is the major waste produced during the soluble coffee preparation. This residue is rich in polysaccharides and polyphenols, making its use interesting as raw material for the production of edible films and coatings for foods. Nowadays, food packaging industries explore edible coatings to replace the synthetic liners, in order to protect the environment and offer consumers a product of high quality, while reducing synthetic chemical preservatives. Therefore, this project aims at the extraction of polysaccharides and phenolic compounds from spent coffee grounds and their incorporation into edible films and coatings for further application on goldenberry fruit (Physalis peruviana) in order to increase its shelf-life. The thesis work is based on a sequence of tasks, starting by the characterization of two coffee residues (i.e. spent coffee grounds (SCG) and coffee silverskin (CS)) in order to have a detailed knowledge of their chemical composition and functional properties and then, choosing the residue with the highest polysaccharide content and antioxidant activity. After having selected SGC as the residue of interest, two different techniques were tested to extract polysaccharides from SCG, including an alkali pretreatment and autohydrolysis, being the later used to extract the phenolic compounds. The polysaccharides and phenolic compounds were characterized in terms of their physicochemical and functional properties, including antioxidant and antimicrobial activities. The extracted phenolic compounds were encapsulated in maltodextrin and gum arabic matrices using freeze-drying and spray-drying processes and then, the encapsulation efficiency was evaluated. On the other hand, different concentrations of the polysaccharides extracted were incorporated in carboxymethyl cellulose (CMC)-based films and their effect on the films properties were evaluated. Finally, the influence of three coatings on physicochemical and microbiological properties and gas exchange rate of goldenberry (Physalis peruviana) was determined at different temperatures and relative humidities (RH) of storage. The tested coatings were: coating A (CMC-based coating), coating B (CMC-based coating with a selected polysaccharide concentration in the previous step) and coating C (CMC-based coating with the selected polysaccharide concentration and phenolic compounds encapsulated). Results showed that SCG residues are sugar-rich lignocellulosic materials, composed by high levels of insoluble and soluble dietary fibers with interesting functional properties. The methods and conditions used to extract polysaccharides and phenolic compounds from SCG showed to be efficient (39% and 29% (w/w) of recovered polysaccharides by alkali pretreatment and autohydrolysis, respectively, and 41.36 mg/g SCG of phenolic compounds). The most relevant sugar recovered from both methods was galactose, followed by arabinose, mannose and glucose, while chlorogenic acid and flavonoids content were among the recovered phenolic compounds with high antioxidant activity. The results also indicated that the extracted polysaccharides presented good thermal stability. Additionally, these polysaccharides showed high antioxidant activity and antimicrobial against P. violacea and C. cladosporioides, making them attractive bioactive compounds. Although freeze-drying and spray-drying showed to be appropriated techniques for encapsulation of phenolic compounds, in this case, the use of maltodextrin as wall material and freeze-drying as encapsulation method showed the best encapsulation efficiency. In general, the addition of polysaccharide from SCG in CMC-based films improved and/or maintained the physicochemical properties of the edible films when comparing with CMC-based films without polysaccharides from SCG, reducing the water solubility of the films and acting as a light barrier. The results showed lower gas transfer rates (O2, CO2 and ethylene) for the coated fruits in comparison with the uncoated fruits when using a storage temperature of 20 °C and a RH of 65%. Physicochemical properties of goldenberries with or without coatings present significant changes regarding weight loss and the microbiological contamination, being both reduced, in particular when the coating B was applied. In conclusion, polysaccharides and polyphenols extracted from SCG can be used as raw materials in the production of edible films/coatings for application on goldenberries turning these coatings into a promising way to replace synthetic packaging materials.
Desde a antiguidade que o café tem sido uma das bebidas mais populares em todo o mundo. Esta bebida é obtida a partir da mistura de água quente com café em pó e é consumida essencialmente devido às suas propriedades estimulantes. Contudo, durante o processo de preparação do café solúvel são gerados resíduos (as borras de café) que possuem uma composição química rica em polissacarídeos e polifenois que podem ter potencial como matéria-prima na produção de filmes e revestimentos comestíveis. Este projeto teve como principal objetivo a extração de polissacarídeos e compostos fenólicos da borra de café e a sua posterior incorporação em filmes e revestimentos comestíveis para aplicação em fruta fisális (Physalis peruviana),. com o objectivo de aumentar o tempo de prateleira. O trabalho desenvolvido baseou-se numa série de tarefas que começaram com a caracterização de dois resíduos de café (borra (SCG) e película (CS)) nomeadamente a sua composição química e características funcionais. Estes resultados permitiram selecionar a borra de café como o resíduo com maior conteúdo de polissacarídeos e atividade antioxidante. A extração dos polissacarídeos presentes na borra foi realizada através de duas técnicas: tratamento alcalino e auto-hidrólise, sendo esta última também usada para extrair os compostos fenólicos. Ambos os compostos foram caracterizados em termos de propriedades físico-quimicas e funcionais, tais como a atividade antioxidante e antimicrobiana. Os compostos fenólicos extraídos da borra de café foram encapsulados em matrizes de maltodextrina e goma-arábica usando liofilização e secagem por pulverização, sendo posteriormente avaliada a eficiência de encapsulação. Por outro lado, foram usadas diferentes concentrações dos polissacarídeos extraidos na produção de filmes de carboximetilcelulose (CMC), e posteriormente avaliado o seu efeito nas propriedades dos filmes e revestimentos. Finalmente, foi estudado o impacto da aplicação de três revestimentos nas propriedades físico-químicas e microbiológicas da fruta fisális (Physalis peruviana), bem como o seu efeito na taxa de trocas gasosas da fruta quando armazenada a diferentes temperaturas e humidades relativas (RH). Os revestimentos estudados foram: revestimento A (revestimento de CMC), revestimento B (revestimento de CMC com a concentração de polissacarídeos selecionada na etapa anterior) e revestimento C (revestimento de CMC contendo a concentração de polissacarídeos selecionada e os compostos fenólicos encapsulados). O trabalho desenvolvido mostrou que as borras de café são materiais lignocelulósicos ricos em açúcares e apresentam propriedades funcionais interessantes. As metodologias e condições experimentais usadas na extração dos polissacarídeos e compostos fenólicos a partir das borras de café revelaram-se eficazes (39% e 29% de polissacáridos recuperados por pelo tratamento alcalino e auto-hidrólise, respectivamente, e 41,36 mg/g SCG de compostos fenólicos). O principal açúcar obtido pelos dois métodos foi galactose, seguido por arabinose, manose e glicose. Por outro lado, a elevada quantidade de compostos fenólicos obtidos mostrou ser constituída, em parte, por ácido clorogénico e flavonóides. Os resultados obtidos também demonstraram que os polissacarídeos extraídos apresentam boa estabilidade térmica. Para além disso, estes polissacarídeos possuem elevada atividade antioxidante e antimicrobiana contra P. violacea and C. cladosporioides, mostrando ser um composto bioactivo com elevado potencial. A liofilização e a secagem por pulverização mostraram ser técnicas adequadas à encapsulação de compostos fenólicos, no entanto a liofilização e o uso de maltodextrina como material encapsulante, revelaram a melhor eficiência de encapsulação. De um modo geral, a adição de polissacarídeos da borra de café a filmes de CMC melhorou e/ou manteve as propriedades físico-químicas destes filmes, quando comparados com o filme de CMC sem estes compostos, sendo a solubilidade em água, a cor e opacidade as propriedades onde mostraram mais influência. Os resultados mostraram também menores taxas de trocas gasosas (O2, CO2 e etileno) para frutas revestidas em comparação com frutas não revestidas quando armazenadas a 20 ºC e 65% RH. As frutas revestidas mostram melhorias comparativamente com as não revestidas, apresentando alterações significativas sobre a perda de peso e a contaminação microbiológica, tendo sido ambas reduzidas com a aplicação do revestimento, em particular quando se utilizou o revestimento B. Em suma, os polissacarídeos e os polifenóis extraídos das borras de café podem ser usados como matéria-prima na produção de filmes/revestimentos comestíveis para aplicação em fruta fisális, podendo estes revestimentos ser apresentados como substitutos para materiais de embalagem sintéticos.

Tese de Doutoramento em Engenharia Industrial e de Sistemas.
In this thesis, we propose a set of algorithms regarding real combinatorial optimization problems in the context of transportation of goods. These problems consist in the combination of the vehicle routing problem with the two-dimensional bin-packing problem, which is also known as the vehicle routing problem with two-dimensional loading constraints. We also analyzed two related problems, namely the elementary shortest path and the vehicle routing problem with mixed linehauls and backhauls. In both problems, two-dimensional loading constraints are explicitly considered. Two column generation based approaches are proposed for the vehicle routing problem with two-dimensional constraints. The rst one relies on a branch-and-price algorithm with di erent branching schemes. A family of dual valid inequalities is also de ned, aiming to accelerate the convergence of the algorithm. The second approach is based on a set of di erent heuristics strategies, which are applied to the reformulated model. The elementary shortest path problem with two-dimensional constraints is addressed due to its importance in solving the subproblem of the column generation algorithms. To the best of our knowledge, we contribute with the rst approach for this problem, through di erent constructive strategies to achieve feasible solutions, and a variable neighborhood search algorithm in order to search for improved solutions. In what concerns the vehicle routing problem with mixed linehaul and backhauls and two-dimensional loading constraints, di erent variable neighborhood search algorithms are proposed. These algorithms explored various neighborhood structures, being some of those developed based on the features of the problem. All the proposed methods were implemented and experimentally tested. An exhaustive set of computational tests was conducted, using, for this purpose, a large group of benchmark instances. In some cases, a large set of benchmark instances was adapted in order asses the quality of the proposed models. All the obtained results are presented and discussed.
Nesta tese, propomos um conjunto de algoritmos sobre problemas reais de otimiza c~ao combinat oria no contexto do transporte de bens. Estes problemas consistem na combina c~ao do problema de planeamento de rotas de ve culos com o problema de empacotamento bidimensional, que tamb em e conhecido como o problema de planeamento de rotas de ve culos com restri c~oes de carregamento bidimensional. Analisamos tamb em dois problemas relacionados, nomeadamente o problema de caminho mais curto e o problema de planeamento de rotas ve culos com entregas e recolhas indiferenciadas. Em ambos os problemas, s~ao explicitamente consideradas restri c~oes de carregamento bidimensional. Duas abordagens baseadas em gera c~ao de colunas s~ao propostas para o problema de planeamento de rotas de ve culos com restri c~oes de carregamento bidimensional. O primeiro baseia-se num algoritmo de parti c~ao e gera c~ao de colunas com diferentes estrat egias de parti c~ao. Uma fam lia de desigualdades duais v alidas e tamb em apresentada, com o objetivo de acelerar a converg^encia do algoritmo. A segunda abordagem baseia-se num conjunto de diferentes estrat egias heur sticas, que s~ao aplicadas ao modelo reformulado. O problema do caminho mais curto com restri c~oes de carregamento bidimensional e abordado devido a sua import^ancia na resolu c~ao do subproblema dos aos algoritmos de gera c~ao de colunas. De acordo com o nosso conhecimento, contribu mos com a primeira abordagem para este problema, atrav es de diferentes estrat egias construtivas para obter solu c~oes v alidas, e um algoritmo de pesquisa em vizinhan ca vari avel, com o objetivo de encontrar solu c~oes de melhor qualidade. No que concerne ao problema de planeamento de rotas de ve culos com entregas e recolhas indiferenciadas, diferentes algoritmos de pesquisa em vizinhan ca vari avel s~ao propostos. Estes algoritmos exploram v arias estruturas de vizinhan ca, sendo algumas destas desenvolvidas com base nas caracter sticas do problema. Todos os m etodos propostos foram implementados e testados experimentalmente. Um extenso conjunto de testes computacionais foi efetuado, utilizando um grande grupo de inst^ancias descritas na literatura. Em alguns casos, um grande conjunto de inst^ancias descritas na literatura foi adaptado com o objetivo de avaliar a qualidade dos m etodos propostos.

Tese de Doutoramento em Engenharia Electrónica Industrial e de Computadores.
Over the past centuries, the incidence of tooth loss (i.e. edentulism) has increased worldwide, due to factors of malnutrition, bad hygiene habits, wear, injury or illness. This global health care problem pushed the development of new surgical techniques and technologies for implantation of artificial teeth. Currently, the common solution for edentulism is the replacement of natural teeth with an implant-supported fixed prosthesis. These are fixed dentures or, in some cases, semi-fixed dentures, that support and connect up to 8 implants together using a thin metal bar that follows the curvature of the patient’s jaw. For the prosthesis long-term success, accurately acquiring the implants’ position and angulation (i.e. with less than 150 μm of misfit) is required. The inability of current techniques to acquire implants with such accuracy usually promotes misfits, which prevents successful osseointegration of the implant, contact deformation and, ultimately, resulting in the prosthesis rejection by patient’s discomfort. This work aims to develop an acquisition system capable to get with precision and accuracy the implant’s pose directly at the patient's mouth, which will allow to reduce the misfit problems associated with implant-supported prosthesis, especially in edentulous patients. To chase this goal, one proposes to develop and assess three different acquisition approaches: an electromagnetic motion tracking-based; a robotic-based; and, an image-based. In this first approach, the feasibility of a spatial electromagnetic motion tracking system in combination with a non-metallic mechanical interface tool was assessed. To this end, a tool calibration procedure was proposed. In addition, three calibration algorithms (scattered linear interpolation, higher-order polynomial and Hardy multiquadric) were tested to compensate the electromagnetic tracker distortions. The results of this approach were tested in vitro and with finite element analysis to assess the stress distribution in a full-arch prosthesis. An average accuracy of 334 μm was achieved. In the second approach, the development of a miniaturized articulated measurement device is detailed. This comprises the mechanical design and strength simulation, hardware selection and corresponding calibration. The most suitable parameters for acquisition were defined resulting in a maximum variation of 0.059% for the ADC full scale and an absolute angle deviation of 0.0139º. Concerning mechanical stability and magnetic field interference, a final mechanical design with 4 mm of thickness and a Mu-metal full shielding with 150 μm of thickness was defined as essential to ensure stability and accuracy. Lastly, to assess the device viability, a virtual mandible with four implants was used as ground-truth in an in vitro experiment. An average accuracy of 214 μm was achieved. Regarding the third approach, it consisted in the development of an image-based methodology to determine the implants’ pose (position and orientation) within cone-beam computerized tomography (CBCT) volumetric data. A model-based implant simulation methodology with real CBCT machine parameters is presented as a way to improve the implant’s pose extraction. To this extent, four modules were developed specifically for this framework, namely the implant search and extraction module, the implant CBCT simulation module, the voxel-based rigid registration module and the final implants’ pose estimation module. Additionally, a set of 3 experiments were designed to assess the framework validity, in specific an in silico, an in vitro and an in vivo experiment. An average accuracy of 69 μm was achieved in the in vitro experiments. Even though the motion-tracking based (first) and robotic-based (second) approaches did not reached the accuracy demands for the target application, the image-based framework (third) presented in silico and in vitro misfits below the 150 μm recommended in the literature. The proposed implant’s pose estimation framework thus opens the way for a fully user independent, digital impression workflow.
Ao longo dos últimos séculos, a incidência da perda de dentes (i.e., desdentados) tem aumentado em todo o mundo, devido a fatores de desnutrição, maus hábitos de higiene, desgaste, lesão ou doença. Este problema de saúde global impulsionou o desenvolvimento de novas técnicas cirúrgicas e tecnologias para implantação de dentes artificiais. Atualmente, a solução mais comum para a perda de dentes naturais é a sua substituição por uma prótese fixa implanto-suportada. As próteses fixas ou semifixas, suportam e ligam até 8 implantes em conjunto, utilizando no seu interior uma barra de metal que segue a curvatura da maxila do paciente. Para o sucesso da prótese a longo prazo, a aquisição com precisão da posição e ângulo dos implantes (i.e., com um desvio menor que 150 um) é essencial. A incapacidade das técnicas atuais para adquirir os implantes com tal precisão geralmente promove desajustes entre os implantes e os suportes das próteses, impedindo a osseointegração do implante, deformações mecânicas e, em última instância, resulta na rejeição da prótese por desconforto do paciente. Este trabalho tem como objetivo desenvolver um sistema de aquisição capaz de obter com precisão e exatidão a pose do implante diretamente na boca do paciente, o que permitirá reduzir os problemas associados com os desajustes das próteses implanto-suportada, especialmente em pacientes desdentados. Para perseguir este objetivo, propõem-se desenvolver e avaliar três abordagens de aquisição diferentes: uma baseada em sistemas motion tracking; um baseado num sistema mecânico articulado; e, um com base em imagem médica. Na primeira abordagem foi avaliada, a viabilidade de um sistema de motion tracking eletromagnético, em combinação com uma ferramenta de interface mecânica não metálica como ferramenta de aquisição. Para este fim, foi proposto um processo de calibração da ferramenta. Além disso, três algoritmos de foram testados para compensar as distorções do sistema. Os resultados desta abordagem foram testados in vitro e por análise de elementos finitos para avaliar as forças geradas na prótese. Foi alcançada uma precisão média de 334 um. Na segunda abordagem é detalhado o foi desenvolvido de um dispositivo miniaturizado e articulado de medição. É descrita a sua conceção mecânica e simulações associadas, seleção de hardware e calibração correspondente. Foram definidos os parâmetros mais adequados para aquisição resultando numa variação de 0,059% da escala do ADC e um desvio angular máximo de 0.0139º. Em relação à estabilidade mecânica e interferências magnéticas, o design mecânico final conta com 4 mm de espessura e com uma proteção metálica em mu-metal de 150 um de espessura, essencial para garantir a estabilidade e precisão requeridas. Este sistema foi validado numa mandíbula artificial com 4 implantes, alcançando-se uma precisão média de 214 um. Em relação à terceira abordagem, esta consistiu no desenvolvimento de uma metodologia baseada em imagem médica para determinar pose dos implantes (i.e., posição e orientação) a partir de imagens de tomografia computadorizada de feixe cónico (CBCT). A metodologia proposta baseia-se na simulação do modelo do implante com os parâmetros da máquina CBCT utilizada, apresentado desta forma um modelo aproximado ao existente nos dados volumétricos extraídos do CBCT, melhorando a extração da pose do implante. Para tal, quatro módulos foram desenvolvidos, o módulo de pesquisa de implante e de extração, o módulo de simulação CBCT do implante, o módulo de registo e o módulo de calculo da pose final. Além disso, 3 experiências foram concebidas para avaliar e validar esta abordagem, uma in silico, uma in vitro e numa experiência in vivo. Foi alcançada uma precisão média de 69 um na experiência in vitro. Apesar das abordagens com sistema de motion tracking (primeiro) e com o sistema articulado de medição (segunda) não atingirem as exigências de precisão para a aplicação, o sistema baseado em imagem médica (terceiro) apresentou in silico e in vitro precisões abaixo do 150um recomendados na literatura. É espectável que com o sistema de imagem médica seja criar um método de aquisição de implantes diretamente a partir da boca do paciente de for totalmente digital e independente do dentista.

Tese de Doutoramento em Engenharia Biomédica.
Recent advances in device miniaturization have been enabling smart and small implantable medical devices. These are often powered by bulky batteries whose dimensions represent one of the major bottlenecks on further device miniaturization. However, alternative powering methods, such as electromagnetic waves, do not rely on stored energy and are capable of providing high energy densities per unit of area, thus increasing the potential for device miniaturization. Hence, we envision an implanted medical device with an integrated miniaturized antenna, capable of receiving a radiofrequency signal from an exterior source, and converting it to a DC signal, thus enabling remote powering. This thesis addresses the analysis, design, fabrication and characterization of novel 3D micro antennas that can be integrated on 500 × 500 × 500 μm3 cubic devices, and used for wireless power transfer purposes. The analysis is built upon the theory of electrically small antennas in lossy media, and the antenna design takes into consideration miniaturization techniques which are compatible with the antenna fabrication process. For the antenna fabrication, a methodology that combines conventional planar photolithography techniques and self-folding was used. While photolithography allows the easy patterning of virtually every desired planar antenna configuration with reproducible feature precision, and the flexibility to easily and precisely change the antenna geometry and size, self-folding allows assembly of the fabricated planar patterns into a 3D structure in a highly parallel and scalable manner. After fabrication, we characterized the fabricated antennas by measuring their S-parameters and radiation patterns, demonstrating their efficacy at 2 GHz when immersed in dispersive media such as water. This step required the development and test of multiple characterization setups based on connectors, RF probes and transmission lines and the use of an anechoic chamber. Moreover, we successfully show that the antennas can wireless transfer energy to power an LED, highlighting a proof of concept for practical applications. Our findings suggest that self-folding micro antennas could provide a viable solution for powering tiny micro devices.
Os recentes avanços das tecnologias de miniaturização têm permitido o desenvolvimento de dispositivos médicos implantáveis inteligentes e mais pequenos. Estes são muitas vezes alimentados por baterias volumosas cujas dimensões limitam o nível de miniaturização alcançável por um micro dispositivo. No entanto, existem formas alternativas de alimentar estes dispositivos que não dependem de energia armazenada, tais como ondas eletromagnéticas, que são capazes de providenciar uma elevada densidade de energia por unidade de área, aumentando assim o potencial de miniaturização dos dispositivos. Desta forma, visionamos um dispositivo médico implantado, com uma antena miniaturizada e integrada, capaz de receber um sinal de rádio frequência a partir de uma fonte externa, e convertê-lo num sinal DC, permitindo assim a alimentação remota do aparelho. Esta tese apresenta a análise, desenho, fabrico e caracterização de micro antenas 3D, passíveis de serem integradas em micro dispositivos cúbicos (500 × 500 × 500 μm3), e utilizadas para fins de transferência de energia sem fios. A análise assenta na teoria das antenas eletricamente pequenas em meios com perdas, e o design da antena considera técnicas de miniaturização de antenas. Para o fabrico da antena foi utilizada uma metodologia que combina técnicas de fotolitografia planar e auto-dodragem (self-folding). Enquanto a fotolitografia permite a padronização de virtualmente todos os tipos de configurações planares de forma precisa, reprodutível, e com a flexibilidade para se mudar rapidamente a geometria e o tamanho da antena, o self-folding permite a assemblagem dos painéis planares fabricados numa estrutura 3D. Depois do fabrico, as antenas foram caracterizadas medindo os seus parâmetros S e diagramas de radiação, demonstrando a sua eficácia a 2 GHz quando imersas num meio dispersivo, tal como água. Esta etapa exigiu o desenvolvimento e teste de várias setups de caracterização com base em conectores, sondas de RF e linhas de transmissão, e ainda o uso de uma câmara anecóica. Além disso, mostramos com sucesso que as micro antenas podem receber e transferir o energia para um LED acendendo-o, destacando assim esta prova de conceito para aplicações práticas. Os nossos resultados sugerem que estas micro antenas auto-dobráveis podem fornecer uma solução viável para alimentar micro dispositivos implantáveis muito pequenos.
Fundação para a Ciência e a Tecnologia (FCT) bolsa SFRH/BD/63737/2009.

Tese de Doutoramento em Informática.
economy and the citizen behaviours are putting stress on resources at increasing scales. Society demands sustainable solutions for these problems. However, these solutions need to compromise restrictions enforced by either society, physics and resources. This leads to the traditional dimensions of sustainability: economic, environmental and social, which need to be addressed as a whole in order to find sustainable configurations. Although not as old as sustainability itself, computational sustainability provides methods to specify and intervene in sustainability problems. The most used approaches to computational sustainability systems target constraint conditions, computer simulation and machine learning to solve sustainability problems. Computer science can leverage computational sustainability to acquire relevant information from environment and users, plan and predict approaches to problems and act upon physical systems. This thesis presents an archetype platform, the People Help Energy Savings and Sustainability (PHESS), which results from experiments upon computational sustainability problems with the aid of action-research methodology. It is aimed at intelligent environments such as smart cites and ambient assisted living, and makes use of ubiquitous technologies, such as the Internet of Things (IoT) and pervasive computing. More than just measuring and reporting tool, the archetype aims to promote behavioural change and continuous improvement through techniques taken from fields such as intelligent environments, gamification and affective computing which help improve sustainability scenarios. This archetype enabled the implementation of case studies where the platform was used to assess energy consumption to manage and monitor user environments, user comfort and urban transportation to demonstrate the adaptability of the archetype to different kinds of scenarios.
A sociedade depara-se, muitas vezes, com problemas de sustentabilidade. É um facto que a evolução económica e os comportamentos dos cidadãos estão a colocar pressão sobre os recursos naturais numa escala cada vez maior. A sociedade exige soluções sustentáveis para estes problemas. No entanto, estas soluções devem harmonizar restrições impostas pela sociedade, a física e os recursos. Estes fatores conduzem às dimensões tradicionais da sustentabilidade: económica, ambiental e social, que precisam ser tratadas como um todo, com o intuito de encontrar configurações sustentáveis. Embora não tão antiga quanto a própria sustentabilidade, a sustentabilidade computacional fornece métodos para especificar e intervir nos problemas de sustentabilidade. As abordagens mais usadas para sistemas computacionais de sustentabilidade abordam restrição de condições, simulação por computador e aprendizagem máquina para resolver problemas de sustentabilidade. A ciência da computação pode melhorar o desempenho da sustentabilidade computacional através da criação de informação relevante a partir do ambiente e seus utilizadores, planear e prever abordagens para os problemas e agir sobre sistemas físicos. Esta tese de doutoramento apresenta um arquétipo, o Pessoas Ajudam na Economia de Energia e na Sustentabilidade (PHESS People Help Energy Savings and Sustainability), que é o resultado de experiências sobre problemas de sustentabilidade computacional com o aUXIlio da metodologia de action-research. É destinada a ambientes inteligentes, como por exemplo cidades inteligentes e ambientes de vida assistida e faz uso de tecnologias ubíquas, tais como a Internet das Coisas (IoT - Internet of Things) e computação pervasiva. Mais do que apenas medir e elaborar relatórios, o arquétipo tem como objetivo promover a mudança de comportamentos e a melhoria contínua através de técnicas de ramos como ambientes inteligentes, gamification e computação afetiva que ajudam a melhorar cenários de sustentabilidade. Este arquétipo possibilitou a implementação de diversos casos de estudo onde a plataforma foi usada para gerir e monitorizar ambientes e utilizadores, o conforto dos utilizadores e transportes urbanos, para demonstrar a capacidade de adaptação do arquétipo a diferentes cenários reais.

Tese de Doutoramento em Engenharia Biomédica.
Neural electrodes are a valuable tool that allows neuroscientists to monitor the neural activity of the brain with great spatial and temporal resolution. Micro and nanotechnology has allowed the development of high-density neural electrode arrays. In the present work, two different materials were used to perform neural arrays, namely silicon and aluminum. The main objective was the ability to reach areas of the brain between 2 mm and 4 mm deep due to its importance in small animal models such as the rat. In such animals, important brain structures such as the hippocampus are situated in this range of depth. Another key objective was the fabrication of probes with high-aspect-ratio in order to minimize tissue displacement and consequent adverse reactions caused by implantation. Four different prototypes each using a specific fabrication approach, were performed and described in detail. Two of these prototypes were performed with aluminum while the other two were performed with silicon. Standard microfabrication processes such as dicing, wet-etching, physical vapor deposition, and non-standard processes such as thermomigration, aluminum anodizing, polymer casting, and sanding were used. The combination of these standard and nonstandard processes allowed a simpler and cheaper fabrication approach when compared with commercially available arrays. The first aluminum prototype was composed by 100 micropillars with a gold electrode at each tip. The aluminum micropillars were encapsulated by aluminum oxide and were 3 mm long with an aspect-ratio of 12:1. The second version was composed by 25 micropillars encapsulated with medical grade epoxy each with a platinum electrode at the tip. Each micropillar was 3 mm long with an aspect-ratio of 19:1. The first silicon prototype was composed by 100 silicon micropillars, each 3 mm long with an aspect-ratio of 5:1. The second version was composed by 36 silicon micropillars encapsulated with medical grade epoxy, each with a platinum electrode at the tip. Each micropillar was 4 mm long with an aspect-ratio of 22:1. A slanted version of the second prototype was also fabricated, allowing progressively increasing penetration depths. Mechanical characterization was performed by implantation in agar gel and porcine cadaver brain while electrical characterization was performed by electrochemical impedance tests as well as cyclic voltammetry. Overall, aluminum showed to be a suitable alternative to silicon in terms of structural material. Also, a dicing based approach proved to be a cost-effective method able to perform high-aspect-ratio neural arrays.
Os elétrodos neuronais são uma ferramenta que proporciona aos neurocientistas a capacidade de monitorizar a atividade neuronal do cérebro com uma grande resolução temporal e espacial. As micro e nanotecnologias proporcionaram o desenvolvimento de matrizes de elétrodos neuronais com alta densidade. No presente trabalho dois materiais foram usados para fabricar matrizes de elétrodos neuronais, nomeadamente o silício e o alumínio. O objetivo principal foi a capacidade de chegar a zonas do cérebro entre os 2 mm e 4 mm de profundidade devido a sua importância em modelos animais de pequeno porte como o rato. Nestes animais, estruturas cerebrais importantes como o hipocampo estão situadas nesta gama de profundidades. Outro objetivo chave foi o fabrico de elétrodos com alta razão de aspeto, de forma a minimizar a compressão de tecido neuronal e consequentes reações adversas causadas pela implantação. Quatro protótipos, cada um utilizando um tipo de fabrico específico foram desenvolvidos e descritos em detalhe. Dois desses protótipos foram fabricados com alumínio, enquanto os outros dois foram feitos em silício. Foram usados processos de microfabrico standard como corte com disco, corrosão química, deposição de filmes finos, e também processos não standard como termomigração, anodização do alumínio, molde de polímeros e lixamento. A combinação de processos standard e não standard permitiram uma abordagem de fabrico mais simples e barata quando comparada com a abordagem utilizada em elétrodos comercialmente disponíveis. O primeiro protótipo de alumínio foi composto por 100 micropilares com um elétrodo de ouro na ponta. Os micropilares de alumínio foram encapsulados com óxido de alumínio e tinham 3 mm de comprimento resultando numa razão de aspeto de 12:1. A segunda versão foi composta por 25 micropilares encapsulados com epóxi biocompatível, cada com um elétrodo de platina na ponta. Cada micropillar tinha 3 mm de comprimento com uma razão de aspeto de 5:1. O primeiro protótipo de silício foi composto por 100 micropilares de silício, cada com 3 mm de comprimento e com razão de aspeto de 5:1. A segunda versão foi composta por 36 micropilares de silício encapsulados com epóxi biocompatível e cada com um elétrodo de platina na ponta. Cada micropillar tinha 4 mm de comprimento resultando numa razão de aspeto de 22:1. Uma versão inclinada do segundo protótipo também foi fabricada, permitindo profundidades de penetração progressivas. A caracterização mecânica foi feita através de implantações em gelatina de agar e em cérebro de porco, enquanto a caracterização elétrica foi feita através de testes de impedância eletroquímica assim como testes de voltametria cíclica. No geral, o alumínio demonstrou ser uma alternativa viável ao silício em termos de material estrutural. A abordagem baseada no corte com disco provou ser um método económico capaz de realizar matrizes de elétrodos neuronais de grande razão de aspeto.
Portuguese Foundation for Science and Technology (FCT) (SFRH/BD/89509/2012).

Dissertação de mestrado em Systems Engineering
The main objective of this project is to evaluate the usefulness of the data warehousing systems using balanced scorecards as a management tool for performance and utility. This process is described through the analysis of four perspectives of balanced scorecards: a financial perspective, customer, internal processes, and learning and growth. The evaluation aims to measure and optimize the degree of utility that implementing a data warehousing system provides to organizations. The Balanced Scorecard (BSC) is a recent and powerful tool, with great potential to help companies highlight the most important information in their strategies. This strategic management tool, often identified as the manager of performance, when combined with a data warehousing system allows us to measure and improve their utility, based on a clearly articulated strategy and in line with organizational strategy. This tool combined with data warehousing systems enable companies to articulate their business strategy, align business in accordance with its strategy, identify the key performance indicators and monitor their progress. All this, in order to give the managers a better platform to develop their decision-making processes.
O principal objetivo deste projeto é fazer uma avaliação da utilidade dos sistemas de data warehousing utilizando balanced scorecards como ferramenta de gestão de desempenho e de utilidade. Este processo é descrito pela análise das quatro perspetivas dos balanced scorecards: perspetiva financeira, dos clientes, dos processos internos, e da aprendizagem e crescimento. A avaliação tem como objetivo medir e otimizar o grau de utilidade que a implementação de um sistema data warehousing proporciona às organizações. Os Balanced Scorecards (BSC) são uma ferramenta recente e eficaz, com grande potencial para ajudar as empresas a evidenciaram as informações mais importantes das suas estratégias. Esta ferramenta de gestão estratégica, identificada muitas vezes como gestora de desempenhos, quando associada a um sistema de data warehousing permite medir e melhorar a sua utilidade, com base numa estratégia claramente articulada e em sintonia com a estratégia organizacional. Esta ferramenta associada ao sistemas de data warehousing permitirá às empresas articular a sua estratégia de negócios, alinhar o negócio de acordo com a sua estratégia, identificar os seus principais indicadores de desempenhos e acompanhar o seu progresso. Isso tudo com o intuito de proporcionar aos gestores uma melhor plataforma para o desenvolvimento dos seus processos de tomada de decisão.

Dissertação de mestrado integrado em Engenharia Biomédica (área de especialização em Engenharia Clínica)
In recent years the search for strategies that improve the healing process in bones are increasing. This happens because most of strategies used today to treat bone are either limited in availability or are rejected by the immune system. So, the use of growth factors, such as bone morphogenic proteins (BMP), attached to scaffolds provides a unique solution since they are not rejected by the immune system and can be produced, which makes them accessible. Growth factors are capable of promoting osteogenesis by recruiting MSC and differentiating them so, when released from the scaffolds, these molecules can accelerate the differentiation of mesenchymal stem cells and, consequently, enhance the healing process. In order to achieve this, this project aimed to test several peptides from the BMP-7 to see if they either enhance or diminished the differentiation of bone marrow mesenchymal stem cells. The peptides were then immersed in osteogenic induction medium (OIM) and stem cell medium (SCM). Then, during 21 days, the mixtures, along with a positive control (only OIM) and a negative control (only SCM), were added to the bone marrow mesenchymal stem cells (BM-MSC) collected from 9 different donors. At days 7, 14 and 21 it was performed both Alizarin Red staining and Real Time RT-PCR, and, in days 2, 7, 14, 19 and 21 it was also done alkaline phosphatase assay. These tests aimed to evaluate the osteogenic differentiation of the BM-MSC in each condition. The overall results are inconclusive, mostly because of donor variability and the low number of donors tested. This is the case of the results from the peptides immersed in SCM which were only tested in one donor, and, therefore, it is impossible to withdraw any decisive conclusion. Nevertheless, there is a peptide that could potentially increase the differentiation of mesenchymal stem cells, when mixed with OIM – BMP- 7 pro domain fragment 1-155 aa, - as it increased the expression of some osteogenic markers and influenced the deposition of calcium deposits in half of the donors tested. However, these results are not statistically significant, as it necessary to perform further experiment with more donors and with different concentrations to confirm this potencial.
Em recentes anos a procura por estratégias que melhoram o processo de cicatrização dos ossos tem vindo a aumentar. Isto acontece porque a maioria das estratégias usadas atualmente para tratar ossos estão limitadas quer pela disponibilidade quer pela rejeição pelo sistema imunitário. Assim, o uso de fatores de crescimento, como as proteínas morfogénicas dos ossos (BMP), acopladas a scaffolds providencia uma solução única, uma vez que estes complexos não são rejeitados pelo sistema imunitário e podem ser produzidos, que os torna acessíveis. Os fatores de crescimento são capazes de promover a osteogénese através do recrutamento e diferenciação de células mesenquimais. Deste modo, quando são libertadas dos scaffolds, estas moléculas conseguem acelerar a diferenciação das células mesenquimais e, consequentemente, melhorar o processo de cicatrização. Para tal, este projeto destinavase a testar vários péptidos do BMP-7 de modo a verificar se estes aumentavam ou diminuíam a diferenciação de células estaminais mesenquimais da medula óssea (BMMSC). Os péptidos foram então imersos em meio de indução óssea (OIM) e meio de cultura de células estaminais (SCM). Depois, durante 21 dias, as misturas, assim como o controlo positivo (apenas OIM) e o controlo negativo (apenas SCM), foram adicionados a BM-MSC de 9 dadores diferentes. Aos dias 7, 14 e 21 foram executados o Alizarin Red staining e o Real Time RT-PCR, e, aos dias 2, 7, 14, 19 e 21 foi também feito análise da phosphatase alcalina. Estes testes tinham como objetivo avaliar a diferenciação osteogénica das BM-MSC em cada condição. No geral os resultados obtidos são inconclusivos, principalmente devido a variabilidade de resposta de dador para dador e ao número reduzido de dadores testados. Este é o caso dos resultados dos péptidos imersos em SCM, que foram testados em apenas um dador, e, deste modo, é impossível retirar alguma conclusão. No entanto, existe um péptido que potencialmente poderá aumentar a diferenciação de MSC quando misturado com OIM – fragmento 1-155 aa do BMP-7 pro domain, - já que este aumentou a expressão de alguns marcadores osteogénicos e a deposição de cálcio em metade dos dadores testados. No entato, estes resultados não são estatisticamente significativos, pelo que é necessário executar mais experiencias com mais dadores e com diferentes concentrações para confirmar tal potencialidade.

Tese de Doutoramento em Engenharia Biomédica.
Pseudomonas aeruginosa infections are the major cause of high morbidity and mortaiity in cystic fibrosis (CF) patients. Despite the long and aggressive antibiotic treatments, P. aeruginosa still persists causing chronic infections. Its Iong-persistence is due to sophisticated mechanisms of adaptation, including cional diversification into specialized CF-adapted phenotypes. While CF community awaits the development of effective therapies targeting conductance regulator mutations, the gold standard of CF disease management is the eradication of P. aeruginosa from CF lungs as soon as detected. Early eradication of P. aeruginosa avoids or, at ieast, retards the development of chronic infections preserving lung function. But to achieve a successful eradication, it is need understanding the eariy adaptations mechanisms used by P. aeruginosa for antimicrobial agents target them. Up to now these mechanisms are unclear. Being so, this project aimed to determine the early adaptations undergone by P. aeruginosa after CF lungs colonization and their driven forces in several clinical scenarios. Alterations in colony morphology are one of the indicators of cional diversification of bacteria in CF iungs and are also associated with different virulence factors expression and antibiotic resistance. Therefore, it was take the advantage of this macroscopic feature of P. aeruginosa to monitor its evolution in CF environment after in vitro initial colonization. Despite its potential, colony morphology characterisation method exhibit has some restrictions, such as the unclear impact of the experimental parameters in colony morphogenesis and detection of colony diversity, variability of vocabulary and inconsistent concepts about morphoiogical traits and the time to return results. Therefore, before analysing P. aeruginosa clonal diversification in CF environment, it was attempted to introduce some improvements on this method related to standardisation of the experimental parameters and vocabulary and speed up colony analysis in three different studies. The results of the first study demonstrated that ali experimental parameters anaiysed, including colony growth time, colony density per plate, culture media, bacterial mode of growth and bacterial genetic background influenced colony morphogenesis and the detection of bacterial diversity. Therefore, a set of guidelines was created and proposed to clinical community in order to standardise the experimental parameters. Further, a morphological classification system to unambiguously characterise and describe bacterial colonies was constructed based on literature. The system was deeply tested and demonstrated to be accurate for bacterial colonies characterisation. The third study, it was aimed to introduce some quickness and highthroughput features to coiony morpholog' characterisation verifying whether MALDI-TOF MS could distinguished morphotypes. MALDI-TOF MS colony classification did not totaily match with manual colony characterisation, leading to conclude that MALDI-TOF MS provided additional information about colony variants not visible at naked eye. MALDI-TOF MS cannot thus "replace" colony morphology method but rather complement it. The data obtained in the first study demonstrated that colony morphology characterisation could be used as a reliable method to detect biofilm-derived colony morphotypes. So, it was tried to find out a colony morphology variant characteristic of biofllm lifestyle, which' could be used as a marker of P. aeruginosa bioflim growth and the development of chronic infections. Thrèsults revealed that bioflim population diversity was highly strain-dependent, hindering the unambiguous establishrrent of a coiony variant marker of P. aeruginosa biof'ilms. Nonetheless, small colony variants (SCV) demonstrated to be a strong hint of bioflim growth. In order to investigate the early adaptations undergone by P. aeruginosa after CF Iungs colonisation, bacteria grow in artificial sputum medium during ten days in the presence and absence of ciprofloxacin, an antibiotic often used in CF context. Data revealed that substantial phenotypic diversity is likely to be present in P. aeruginosa populations shortly after CF lungs colonization. Ciprofloxacin concentrations at this simulated early stage of disease demonstrated to play dose-dependent role. lnhibitory concentrations of ciprofloxacin, established based on the MIC of biofllm celI, were effective in bacterial eradication, in contrast to the sub-inhibitory doses that triggered P. aeruginosa diversification into new "fitter" variants. lmpaired swimming motility was one of the first signs of adaptation noticed in ali P. aeruginosa clonal variants, either in the presence or absence of ciprofloxacin. It was speculated that this adaptation was triggered by the environmental CF conditions due to the absence of mutators. Being so, impaired swimming motility was considered a potential disease marker for early P. aeruginosa adaptation and infection development. It was also found that some coiony morphology traits, including sheath, size and colour, could be useful indicators of antimicrobial resistance towards some antibiotics and of some virulence factors expression. During the development of this project the comparison of morphological traits and phenotypic data among colony morphotypes was a hard task. So, to easily perform this kind of analyses it was created a new ontology-based tool for the description of colony morphologies formed by bacteria, called MorphoCol. MorphoCoi establishes and standardises in consistent way the minimum information necessary to describe colony morphotypes and also the phenotypic data related to the colony-forming bacteria. In near future, this knowledgebase will transform the findings of this project and upcoming results related to colony morphology variation into valuable information for clinical decision making. The overali data will have great impact on CF disease management because relevant improvements were introduced in the colony morphology characterisation method that will strengthen clinical diagnosis. Clonai diversification in CF lungs and other host sites could be now better monitored and accurately described. Moreover, the identification of a putative CF disease marker of eariy P. aeruginosa adaptation and infection development will also assist in the design of tailored effective antimicrobial therapies.
Pseudomonas aeruginosa é a maior causa das elevadas taxas de morbidez e mortalidade associada a pacientes com fibrose cística (FC). Apesar dos longos e agressivos tratamentos com antibióticos, a P. aeruginosa persiste originando infecções crónicas. A sua longa persistência deve-se a sofisticados mecanismos de adaptação, designadamente a diversificação clonal em fenótipos altamente adaptados às condições de FC. Enquanto a comunidade médica aguarda pelo desenvolvimento de terapias eficazes direcionadas ao regulador mutacional de condutância, o standard terapêutico seguido é a erradicação da P. aeruginosa logo que detetada. A erradicação atempada da P. aeruginosa evita ou, pelo menos retarda, o desenvolvimento de infecções crónicas, preservando assim a função respiratória. Contudo, para obter a erradicação bacteriana é necessário perceber os mecanismos iniciais de adaptação da P. aeruginosa para que os agentes antimicrobianos os possam bloquear. Assim sendo, este projeto pretendeu determinar quais as adaptações iniciais da P. aeruginosa após colonização das vias respiratórias de pacientes com FC e as suas respetivas forças impulsionadoras para diversas situações clínicas. As alterações na morfologia de colónia é um dos indicadores de diversificação clonal das bactérias em ambiente de FC. Estas alterações estão igualmente associadas à expressão diferencial de factores de virulência e à resistência a antibióticos. Assim, utilizou-se esta característica macroscópica da P. aeruginosa para monitorizar a sua evolução e adaptação em ambiente FC. Apesar do seu potencial, a caracterização de morfologia de colónias apresenta algumas restrições, tais como o impacto incerto dos parâmetros experimentais na morfogénese das colónias e na detecção de diversidade de colónias, a variabilidade de vocabulário e conceitos inconsistentes sobre os traços morfológicos, e o tempo de obtenção de resultados. Assim, antes da análise da diversidade clonal da P. aeruginosa em ambiente FC, tentou-se introduzir alguns melhoramentos neste método em três diferentes estudos, nomeadamente na estandardização dos parâmetros experimentais e vocabulário, bem como acelerar a obtenção de resultados. Os resultados do primeiro estudo demonstraram que todos os parâmetros experimentais analisados (tempo de crescimento das colónias, densidade de colónias por placa de cultura, meio de cultura, modo de crescimento bacteriano e os antecedentes genéticos) influenciaram a morfogénese das colónias e na detecção de diversidade bacteriana. Assim sendo, foi elaborado e proposto um conjunto de linhas de orientação para estandardização dos parâmetros experimentais. Posteriormente, foi construído um sistema de classificação para inequivocamente caracterizar a morfologia de colónias com base na literatura. Este sistema foi amplamente testado e demonstrou-se adequado para a caracterização de colónias bacterianas. No terceiro estudo tentou-se introduzir alguma celeridade e aumento do débito de resultados verificando se MALDI-TOF MS seria capaz de distinguir os moríótipos. Esta técnica forneceu uma classificação dos morfótipos ligeiramente diferente comparativamente à classificação manual. Tal, leva a concluir que MALDI-TOF MS fornece informação adicional sobre os morfótipos que não foi observável macroscopicamente. Assim, o MALDITOF MS não pode assim substituir" o método de caracterização manual de morfologia de colónias mas pode ser um método complementar. Os dados obtidos com o primeiro estudo demonstraram que a caracterização de morfologia de colónias pode ser usado na detecção de morfótipos derivados de biofilmes. Assim, tentou-se identificar um variante morfológico característico do crescimento em biofilmes que possa ser posteriormente usado para detectar este modo de crescimento e, consequentemente o desenvolvimento de infecções crónicas. Os resultados revelaram que diversidade população dos biofilmes foi dependente da estirpe, dificultando assim a identificação do variante morfológico característico de biofilme. Ainda assim, verificou-se que as small colony vanants (SCV) são um forte indicador do crescimento séssil. De forma a investigar as adaptações iniciais da P. aeruginosa após colonização de vias respiratórias com FC, as bactérias foram crescidas em muco artificial (MA) na presença e ausência de ciprofloxacina durante 10 dias. Os resultados deste estudo revelaram que é provável a existência de diversidade fenotípica logo após a colonização das vias respiratórias. As diferentes concentrações de ciprofloxacina testadas demonstraram desempenhar uma ação dose-dependente. Concentrações inibitórias, estabelecidas com base na MIC de células de biofilme, foram eficazes na erradicação da P. aeruginosa em MA, contrariamente às concentrações sub-inibitórias. Estas concentrações "acionaram" a diversificação fenotípica em variantes melhor adaptados ao ambiente FC. A limitada capacidade de swimming foi um dos sinais de adaptação inicial da P. aeruginosa verificada em todos os variantes fenótipicos. Foi assim especulado que esta adaptação foi promovida pelas condições típicas de FC devido à ausência de mutators. Como tal, a capacidade limitada de swimming foi considerada um potencial marcador dos estágios iniciais do desenvolvimento de infecções em FC. Foi igualmente verificado que alguns traço morfológicos de colónias, nomeadamente a bainha, tamanho e cor, foram indicadores de alterações na expressão de fatores de virulência e resistência a antibióticos. Durante o desenvolvimento deste projeto a comparação de traços morfológicos das colónias, bem como de dados fenótipos foi uma tarefa árdua. Neste sentido, foi desenvolvida uma base de dados, designada por MorphoCol, para a descrição de morfologia de colónias formadas por bactérias. MorphoCol estabelece e uniformiza a informação mínima necessária de uma forma estruturada e consistente. Num futuro próximo, esta base de dados transformará os resultados deste projeto e outros subsequentes em informação relevante para a tomada de decisão clínica. O conjunto de resultados obtidos neste projeto terá um impacto considerável na gestão clínica da FC devido aos consideráveis melhoramentos introduzidos no método de caracterização de colónias pois fortalecerão o diagnóstico clínico. A diversificação clonal nas vias respiratórias de FC e nos outros locais pode ser assim melhor monitorizada e descrita adequadamente. Para além disso, a identificação de possíveis marcadores para estágios iniciais de adaptação de P. aeruginosa em FC ajudarão na definição de terapias antimicrobianas eficazes.

Tese de Doutoramento em Engenharia Industrial e de Sistemas
A resolução de problemas de optimização de processos no domínio da gestão de cadeias de abastecimento tende cada vez mais a ser feita numa perspectiva integrada. O objectivo é obter uma solução global que seja melhor do que aquela que é obtida quando os problemas são resolvidos de forma independente. Atendendo a este facto, esta tese tem como objectivo analisar e propor modelos de programação inteira para a resolução de três problemas práticos de optimização integrada em cadeias de abastecimento: o problema combinado de corte e escalonamento, o problema integrado de planeamento e escalonamento e o problema de encaminhamento de veículos com múltiplas rotas e gestão integrada de inventários. Para o problema combinado de corte e escalonamento, foi proposto um modelo de afectação que foi reforçado através de desigualdades obtidas utilizando funções duais válidas. Um novo modelo pseudo-polinomial exacto de fluxos em rede foi também proposto. Este modelo foi posteriormente revisto recorrendo-se à agregação de intervalos de tempo, e resolvido através de heurísticas. Os testes computacionais demonstraram a qualidade das abordagens tanto em termos das soluções obtidas como dos tempos de resolução. Para o problema integrado de planeamento e escalonamento, foi proposto um novo modelo pseudo-polinomial de fluxos em rede. Foram exploradas estratégias de redução para diminuir o número de restrições do modelo, cujos resultados supera- ram os obtidos com outros modelos existentes. Nas instâncias com intervalos de optimalidade elevados, foram testadas duas heurísticas utilizando diferentes tipos de critérios de parâmetros e ordenação. As heurísticas consistiram na fixação de variáveis segundo critérios alternativos, tendo como objectivo reduzira dimensão do modelo, tornando-o mais fácil de resolver. Por último, para o problema de encaminhamento de veículos com múltiplas rotas e gestão integrada de inventários, foi proposto outro modelo pseudo-polinomial de fluxos em rede, que implica a enumeração de todas as rotas válidas. Para analisar a qualidade deste modelo, foram testados diferentes parâmetros com o objectivo de se determinar a influência dos mesmo na construção das rotas e na solução fi- nal. Os testes computacionais realizados mostraram que é possível resolver até à optimalidade instâncias com até 50 clientes.
Este trabalho foi financiado por Fundos FEDER através do Programa Operacional Factores de Competitividade COMPETE e por Fundos Nacionais através da FCT Fundação para a Ciência e a Tecnologia no âmbito do projecto PTDC/EGE-GES/116676/2010 (Ref. COMPETE: FCOMP-01-0124-FEDER-020430).
The resolution of optimization problems in the field of supply chain management in an integrated perspective has been increasingly used. The goal is to get a global solution that is better than the one that is obtained when the problems are solved independently. With this in mind, integer programming models are proposed and analyzed in this thesis to solve three practical problems in an integrated optimization of supply chains: the combined cutting stock and scheduling problem, the integrated planning and scheduling problem and the integrated inventory routing problem with multiple routes. For the combined cutting stock and scheduling problem, an assignment model is proposed and strengthened by using cutting planes obtained from dual-feasible functions. A new exact pseudo-polynomial network flow model is also proposed. This model is later revised using the aggregation of time intervals, and solved by heuristics. The quality of the tested approaches is confirmed by the computational results. For the integrated planning and scheduling problem, a new pseudo-polynomial network flow model is also developed. In order to reduce the number of constraints in the model, reduction strategies were applied. This model was able to obtain better results than other existing ones from the literature. In instances with high optimality gaps two heuristics using different parameters and sorting criteria are tested. The heuristics consist in fixing variables with alternative criteria, aiming to reduce the model size and therefore making it easier to be solved. Finally, for the integrated inventory routing problem with multiple routes, another pseudo-polynomial network flow model is proposed. This model is based on the enu- meration of all feasible routes. To analyze the quality of this model, tests were per- formed on some parameters that were changed in order to determine their influence in the construction of these routes and in the final solution. The computational tests show that it is possible to solve to optimality instances with up to 50 customers.

Dissertação de mestrado em Engenharia de Sistemas
Nesta dissertação é apresentado o estudo e implementação de testes de software em desenvolvimento ágil. Os testes de software têm cada vez mais importância para as empresas que desenvolvem software, devido à natural evolução das exigências do cliente. Face à necessidade de cumprir as expetativas do cliente, a F3M Information Systems, SA sentiu que devia melhorar as suas práticas de testes. Com base na metodologia de desenvolvimento de software Scrum, foi realizada uma análise a três processos de testes identificados pelo International Software Testing Qualifications Board (ISTQB) como orientados a este tipo de desenvolvimento: Test-Driven Development (TDD), Acceptance Test-Driven Development (ATDD) e Behavior-Driven Development (BDD). A análise e comparação dos três processos ditou que o BDD era que se adequava à empresa, pois tem um grande enfoque no cliente e no comportamento final do software. O BDD foi implementado, de forma parcial, num dos projetos mais recentes da empresa desenvolvido em ASP.NET com arquitetura MVC. O processo revelou-se bastante efetivo sobretudo por permitir uma redução significativa do tempo despendido nos testes, devido à sua automatização, e por facilitar a interação entre todas as partes envolvidas desde o início do projeto.
In this dissertation the analysis and implementation of software testing in an agile development methodology is presented. Software testing is an area of growing interest for companies that develop software, mainly due to the evolution of the customers requirements. In order to accomplish customers expectations, F3M Information Systems, SA decided to reinforce its testing practices. Based on the software development methodology Scrum, three processes of software testing identified by the International Software Testing Qualifications Board (ISTQB) were analyzed: Test-Driven Development (TDD), Acceptance Test-Driven Development (ATDD) and Behavior- Driven Development (BDD). According to the analysis and comparison of these processes, BDD was the one that fitted the needs of the company, since it has a big focus on the client and in the final behavior of the software. BDD was partially implemented in one of the most recent projects of the company, developed in ASP.NET with MVC architecture. The process was proved to be very e ective, not only enabling a substantial reduction of the time spent in testing, due to its automation, but also by facilitating the interaction between the stakeholders from the beginning of the project.

Doctoral Thesis for PhD degree in Industrial and Systems Engineering
Noise induced hearing loss (NIHL) is in Europe, the most common occupational disease. The international standard ISO 9612:2009 specifies an engineering method for measuring the exposure to occupational noise and estimating noise exposure level. However, it does not acknowledge the use of individual Hearing Protection Devices (HPDs) in the expression of the associated uncertainty, despite the centrality of uncertainty to determine whether the worker is exposed to below the legal noise exposure level or surpassing it. Therefore, results obtained by applying the guidelines referred at the aforementioned document can be overestimated and consequently lead to a misclassification of exposure in epidemiological studies. Hence, although noise attenuation provided by hearing protection is not considered for the application of occupational noise exposure action values in noise exposure determination of the worker, it has to be taken into account when referring to exposure limit values. Currently, there are no studies that systematically compare and analyse the impact of their implementation at various levels, such as the accuracy of the results, the required equipment, the time spent and, above all, the uncertainty of measurement associated with the exposure calculation. The main objective of this thesis was to systematize the contribution of use of HPDs in the calculation of the uncertainty associated with the results obtained for occupational noise exposure, and considering the three measurement strategies defined in the standard. In order to accomplish this main goal, focus was on analysing probable predictors of the use of HPDs in occupational settings, and their effect on time of use of HPDs. It was expected that workers from the same company were more related than to employees from other companies. To account for that effect, two-level multilevel modelling was resorted to in the building of a model that explains the use of HPDs relating the several significant determinants. Results have shown that the most significant determinants in the use of HPDs are the benefits the workers recognize from wearing HPDs, their peers behaviour towards the use of HPDs, recognition of some level of self hearing impairment and, as a novelty to this knowledge niche, self-assessed forgetfulness regarding the use of HPDs.
A doença profissional mais comum na Europa é a surdez originada pela exposição ao ruído ocupacional. A norma internacional ISO 9612: 2009 especifica um método de engenharia para medição e estimativa do nível de exposição ao ruído ocupacional. No entanto, não aborda o uso de protetores individuais auditivos (PIA) na expressão da incerteza associada, apesar da fulcralidade da incerteza para a determinação da exposição do trabalhador. Portanto, os resultados obtidos através da aplicação da norma supracitada podem ser subestimados levando, por conseguinte, a uma classificação errónea da exposição em estudos epidemiológicos. Atualmente, são poucos os estudos que sistematicamente comparem e analisem o impacto da execução da norma, a vários níveis, tais como a precisão dos resultados, os equipamentos necessários, o tempo gasto e, acima de tudo, a incerteza de medição associada ao cálculo de exposição. A relevância da obtenção de resultados tão exatos (no sentido de tão próximos quanto possível da realidade), pela computação de uma incerteza associada à exposição estimada num contexto de utilização de PIA, prende-se com o facto de, apesar de atenuação de ruído providenciada pelos protetores auditivos não ser considerada para aplicação dos valores de exposição ao ruído ocupacional na determinação da exposição ao ruído do trabalhador, tem que o ser quando referente a valores-limite de exposição. Reconhecendo esta lacuna, o principal objectivo desta tese foi o de sistematizar a contribuição do uso de protetores auditivos no cálculo da incerteza associada aos resultados obtidos para a exposição ao ruído ocupacional, considerando as três estratégias de medição referidas na norma. Para tal, o foco inicial desta tese foi a análise dos preditores prováveis da utilização de PIA e o seu impacto no tempo de utilização dos mesmos. Tomou-se como premissa que trabalhadores de uma mesma empresa estarão mais relacionados entre si do que com trabalhadores de outras empresas. Para simular esta relação, recorreu-se a modelação multinível, para construção de um modelo que explica o uso de PIA relacionando os diversos preditores significativos. Os resultados mostraram que os preditores mais importantes no uso de PIA são os benefícios que os trabalhadores reconhecem advir da utilização de PIA, a atitude dos seus pares relativamente à utilização de PIA, o reconhecimento da existência de um certo nível de perda auditiva pessoal e, como novidade neste nicho de conhecimento, a autoavaliação do esquecimento em relação à utilização de PIA.
Fundação para a Ciência e Tecnologia (FCT) bolsa de doutoramento SFRH/BD/69161/2010.

Tese de Doutoramento em Engenharia química e Biológica.
The need for the material diversification is typically demanded in research and industry, and it stems from the particular applications of the given material. The current work describes three successful applications of in vitro enzymatic modification of fibrous materials. The chosen materials are silk fibroin (SF) from Bombyx mori (domesticated silkworm) and human hair keratin; the modification is phosphorylation with an ATP as a source of exogenous phosphate group. Protein kinase A from bovine source was the enzyme of choice. Natural fibrous materials are known for their outstanding mechanical properties, environmental stability, biocompatibility and shape control. In the last decades, the knowledge on both SF and keratin has considerably increased, regarding their fine structure and molecular biology, similarly to their practical applications in the field of biotechnology. Produced through sustainable, relatively simple and cheap processes, the natural fibrous materials are one of the main raw sources for biomaterial production. Unlike many biologically derived proteins, both silk and keratin are inherently stable to environmental changes and are mechanically robust. Silk and keratin contain several functional groups on the backbone and side chains of their constituting proteins, therefore exerting an ideal components for production of different protein-derived biomaterials. Therefore, it was of our interest to explore the possibility of “green” treatment of SF and keratin for biomedical (SF) and cosmetic (keratin) applications. The piece of evidence, presented in this thesis, strongly support the idea of enzymatically-mediated in vitro modification of both materials. Although high enzymatic specificity, accompanied by steric hindrance, resulted in somewhat low levels of phosphorylation, it was sufficient to cause considerable structural (SF) and chemical (SF and keratin) changes. The obtained results indicate that kinases can be potentially used to diversify both fibrous material types for a wide range of applications. This is particularly important in the fields of biocompatible devices, or any implementations, designed towards a contact with living tissue.
A diversificação de materiais é normalmente necessária na indústria e investigação, devido ás aplicações específicas de um dado material. O presente trabalho descreve três aplicações bem sucedidas de modificação enzimática in vitro de materiais fibrosos. Os materiais escolhidos são fibroína de seda (SF) de Bombyx mori (bicho-da-seda domesticado) e queratina do cabelo humano; a modificação é a fosforilação com ATP como uma fonte exógena do grupo fosfato. A proteina quinase A de origem bovina foi a enzima escolhida. Materiais fibrosos naturais são conhecidos por suas excelentes propriedades mecânicas, estabilidade ambiental, biocompatibilidade e controlo de forma. Nas últimas décadas, o conhecimento sobre a SF e a queratina tem aumentado consideravelmente, quer em relação à sua estrutura microscópica e sua biologia molecular, quer às suas aplicações práticas no campo da biotecnologia. Produzido através de processos sustentáveis, relativamente simples e baratos, os materiais fibrosos naturais são uma das principais fontes de matérias para a produção de biomateriais. Ao contrário de muitas proteínas derivadas biologicamente, tanto a seda e a queratina são inerentemente estáveis a mudanças ambientais e são robustas mecanicamente. A seda e a queratina contêm vários grupos funcionais sobre as cadeias principais e laterais das proteínas que as constituem, exercercendo assim componentes ideais para a produção de diferentes biomateriais derivados de proteínas. Portanto, era do nosso interesse explorar a possibilidade do uso de tratamentos "verdes" de SF e queratina para aplicações biomédicas (SF) e para o desenvolvimento de cosméticos (queratina). As evidências, apresentadas nesta tese, apoiam fortemente a ideia da possibilidade de modificação in vitro mediada enzimáticamente de ambos materiais. Embora a alta especificidade enzimática, aliada ao impedimento estérico, resultou em níveis relativamente baixos de fosforilação, estes foram suficientes para causar alterações estruturais (SF) e químicas (SF e queratina) consideráveis. Os resultados obtidos indicam que quinases podem ser potencialmente utilizadas para diversificar ambos os tipos dos materiais fibrosos utilizados em uma ampla gama de aplicações. Tal consideração é particularmente importante nas áreas de dispositivos biocompatíveis, ou qualquer implementações, concebidos para um contacto com tecidos vivos.
European NOVO Project, contract no. FP7-HEALTH 2011-two-stage 278402.
FEDER through POFC—COMPETE.
FCT projects PEst-C/BIA/UI4050/2011

Tese de Doutoramento Engenharia Têxtil.
Por analogia com a natureza, mais concretamente ao imitar o mundo natural, o ser humano, entre muitas outras coisas, aprendeu a caçar, a proteger-se, a abrigar-se, e, ainda, a deslocar-se em meios diferentes do terrestre. Esta aprendizagem de deslocamento em diferentes meios, como, por exemplo, nadar e planar, permitiu ao ser humano melhorar a sua performance no que diz respeito ao movimento, sendo que, mais tarde, estes fatores viriam a originar as práticas desportivas. O desporto é uma prática que está, desde há muito tempo, presente na civilização humana, sendo, por conseguinte, uma prática que permitiu e garantiu, desde sempre, o lazer e entretenimento do homem. É possível afirmar-se que muitos desportos e equipamentos desportivos tiveram na sua conceção uma influência, direta ou indireta, da imitação da natureza por parte do homem, tanto no que concerne a ações de deslocamento, como no que diz respeito a funcionalidades e propriedades de seres ou sistemas da natureza. A biomimética auxilia o desenvolvimento de novos produtos e/ou tecnologias ao imitar e transpor num projeto características e funcionalidades presentes na natureza, com o intuito de solucionar um problema humano. É uma ciência relativamente nova, que almeja, através da interdisciplinaridade, a pesquisa e aplicabilidade das referidas características conjuntamente com a biologia e as engenharias que envolvam projetos de produtos. A funcionalidade inspirada na biologia e na sua evolução é transposta em projeto e devidamente desenvolvida por intermédio de aspetos no âmbito da física ou química, ou seja, através da cópia da natureza, a biomimética imita a sua mecânica e, até mesmo, as suas modificações químicas de forma a solucionar um problema. Neste trabalho foi realizado um estudo sobre a aplicação da biomimética em produtos e pesquisas relacionados com os desportos e as suas necessidades específicas. Constatou-se que, entre os vários desportos oficiais catalogados, existe uma necessidade de melhoria no que diz respeito ao material que reveste a palma da luva do guarda-redes de futebol de 11. Este trabalho de tese contempla o desenvolvimento de uma superfície têxtil biomimética para o auxílio da prática do desporto, por intermédio de uma metodologia genérica desenvolvida com base noutros métodos presentes nas áreas interdisciplinares em conjunto com a biologia, o design e a engenharia têxtil, de maneira a ser aplicada a todo tipo de desenvolvimento biomimético têxtil desportivo. Neste trabalho foi estudado o sistema plantar dos caprinos, mais concretamente da raça endémica portuguesa, “Serra da Estrela”, com base no qual foram mimetizadas as funcionalidades correspondentes à dissipação da energia do impacto e ao controlo da aderência, correspondentes às situações do espalmar, segurar e arremessar da bola por parte do guarda-redes de futebol em situação de jogo. Para a caracterização final deste trabalho obteve-se a comprovação relativamente à aplicação do mimetismo proposto pelo método, e os resultados comprobatórios sobre a superfície biomimética. A superfície final é resultado de uma estrutura spacer com um revestimento de borracha de silicone com recortes. No que respeita a estas características funcionais, foi comprovado que possuem características similares ao mimetismo do sistema plantar dos caprinos. O resultado das comparações em testes e análises realizadas, demonstra cientificamente serem as características biomimetizadas para esta superfície satisfatórios à finalidade da substituição do material da palma da luva do guarda-redes.
By analogy with nature, more specifically to mimic the natural world, the human being, among other things, learned to hunt, to protect themselves, to take cover, and also to move in different overland ways. This learning of displacement in different ways, for example, swimming and glide allowed to human to improve its performance in respect to movement, and that, these factors would give the sporting practices. The Sport is a practice that has for a long time present in human civilization, and therefore a practice that allowed and guaranteed ever, the leisure and man entertainment. It can be said that many sports and sports equipment they had in their design an influence, direct or indirect, of the imitation of nature by man, both as concerns the displacement actions, such as respect to features and properties beings or nature systems. The biomimetic assists the development of new products and /or technologies to imitate and transpose a project features and functionality present in nature, in order to solve a human problem. It is a relatively new science, which aims, through interdisciplinary, research and applicability of those characteristics together with the biology and the engineering that involving product designs. The functionality has been inspired in biology and its evolution it is transposed in design and properly developed by means of aspects within the physical or chemical, that is, through copying of the nature, the biomimetic mimics its mechanical and even their modifications chemical in order to solve a problem. In this work was accomplished a study on the application of biomimetic in products and research related to sports and their specific needs. It was found that, among several sports official cataloged, there is a need for improvement with respect to the material that coats the back of the goalkeeper’s 11 glove. This thesis contemplates the development of a biomimetic textile surface to the aid of sports practice, through a generic methodology developed based on other methods present in interdisciplinary fields together with biology, the textile design and engineering, so to be applied to all kinds of sports biomimetic textile development. In this work was studied the plant goats system, specifically the Portuguese endemic race, "Serra da Estrela", based on which they were mimicked the corresponding features to the dissipation of impact energy and control of adherence, corresponding to situations of palm away, hold and throw the ball by the goalkeeper in a game situation. For the final characterization of this work obtained the evidence on the application of the mimicry proposed by the method, and the supporting results on the biomimetic surface. The final surface is the result of a structure with a spacer with a silicone rubber coating with cutouts. With regard to these functional characteristics, it was shown to have similar characteristics to the mimicry plant goats system. The result of the comparisons made in testing and performed analyses, demonstrates scientifically to be the biomimetic features to this satisfactory surface to the purpose of replacement of the palm material goalkeeper’s glove.
Fundação para a Ciência e a Tecnologia (FCT) SFRH/BD/75052/2010.