Projeto VHF-Urbano destaca-se pela quantidade de parcerias com instituições de pesquisa

Iniciativa da Linha V do programa Rota 2030, coordenada pela Fundep, foi reconhecida pelo número de parcerias com instituições de pesquisa no ENACOOP

Em 22 de junho, o projeto “Desenvolvimento de veículo híbrido-flex VHF-Urbano” da Universidade de São Paulo – Campus São Carlos, recebeu o prêmio de iniciativa com maior número de parcerias com Institutos de Ciência e Tecnologia (ICT’s) no âmbito da Linha V – Biocombustíveis, Segurança Veicular e Propulsão Alternativa à Combustão do programa Rota 2030, coordenada pela Fundep. O reconhecimento foi concedido durante o Encontro Nacional das Coordenadoras do Programa Rota 2030 (ENACOOP 2030), realizado pelo Senai em São Caetano do Sul (SP), com apoio da Associação Brasileira de Engenharia Automotiva (AEA).

São oito ICTs envolvidas no projeto, sendo elas: Instituto Brasileiro de Eletrônica de Potência e Energias Renováveis (IBEPE), Instituto de Pesquisas Tecnológicas (IPT), Universidade Federal do ABC (UFABC), Universidade de Brasília (UnB), Instituto de Estudos Avançados da Universidade de São Paulo (USP-IEA), Escola Politécnica da Universidade de São Paulo (USP-POLI), Escola de Engenharia de São Carlos (EESC-USP) e Universidade Tecnológica Federal do Paraná – Campus Ponta Grossa (UTFPR-PG).

A Linha V direciona esforços para um dos grandes desafios da indústria automotiva brasileira: atender a demanda por tecnologias veiculares que entreguem maior eficiência energética, utilizem fontes de energia renováveis e sejam menos poluentes. E o projeto VHF-Urbano foi criado para essa finalidade.

De acordo com a coordenadora geral do projeto, professora Vilma Alves de Oliveira, da Universidade de São Paulo (USP) – Campus São Carlos, o foco é a construção de um veículo com alta eficiência energética e baixo custo, de acordo com as especificações estabelecidas para o sistema de propulsão com topologia série, contendo um chassi especialmente projetado visando garantir a proteção dos ocupantes nos casos de impacto frontal. Também é esperado fomentar PD&I na área de veículos híbridos-flex nas ICTs participantes em nível de pós-graduação.

“O projeto representa a consolidação de importantes parcerias e a troca de experiências entre os envolvidos. Essa sinergia fortalece a engenharia nacional no setor automotivo, fomentando inovações em áreas importantes, como projeto e controle de conversores de potência, modelagem da dinâmica veicular e trem de força para desenvolver novas propostas de controle mais eficientes e seguras para o veículo, gerenciamento de energia, acionamento e construção de máquinas elétricas”, afirma a coordenadora. Para ela, a premiação recebida na ENACOOP “é um estímulo e também um reconhecimento da importância de projetos multidisciplinares e estruturantes.”

Há etapas importantes para que o veículo criado alcance a eficiência proposta. A professora Vilma esclarece que já estão consolidadas as fases de construção e montagem do pack de baterias com sistema de gerenciamento e o projeto do conversor CC-CC para os subsistemas de tração e de geração de energia. O projeto teve início em 2021, a partir da Chamada Pública de PD&I 01/2021, e tem previsão para término em 2024.

Equipe multidisciplinar

A complexidade de tecnologias envolvidas na construção do veículo demandou o estabelecimento de diversos eixos de trabalho. De acordo com a professora Vilma Oliveira “Como o projeto tem caráter multidisciplinar, envolvemos uma equipe executora que reúne um conjunto de competências e experiências nas áreas de dinâmica e estrutura veicular, controle e automação, máquinas elétricas e eletrônica de potência”.

A analista de projetos da Fundep, Ana Luísa Lage, ressalta a relevância das parcerias para se alcançar o nível de inovação necessário à área de PD&I. “A academia tem experiência em pesquisa, as empresas têm experiência em mercado. A partir desta soma, nós conseguimos projetos de pesquisa com maior possibilidade de atender às demandas reais. O Brasil carece de interações como essa, em todas as áreas e entendemos que o Rota 2030, de uma forma geral, tem suprido essa necessidade para o setor automotivo”, diz.

Além das oito ICTs, o projeto conta com a colaboração de quatro instituições de apoio e oito empresas, totalizando 20 parceiros, atuando em conjunto para a construção de um veículo urbano híbrido-flex leve. A ETAS (Empowering Tomorrow’s Automotive Software), empresa do Grupo Bosch responsável pelo desenvolvimento de serviços, soluções e produtos que impulsionam o desenvolvimento da mobilidade, é uma das parceiras. O responsável pela área de Cibersegurança, Andre Pelisser, explica que a empresa colaborou com a iniciativa disponibilizando soluções de hardware e software utilizadas globalmente, além de disponibilizar ferramentas para a criação de arquitetura e configuração de sistemas embarcados, desenvolvimento de componentes de software, testes em ambiente virtual e medição, calibração e validação em laboratório e veículo.

A equipe técnica especializada também tem ministrado treinamentos aos integrantes do projeto. “Estamos em constante contato para fornecer apoio e suporte técnico contínuo no decorrer das atividades. Acreditamos que a colaboração fomenta, no Brasil, o uso de tecnologias e técnicas de desenvolvimento que são o estado da arte e, a um só tempo, incentiva discussões pertinentes para o contexto de nossa mobilidade urbana”, avalia Pelisser.

Outra parceira do projeto, a Semikron-Danfoss é líder global em tecnologia em eletrônica de potência e possui um vasto conhecimento e experiência na área de powertrains de veículos elétricos. Para se ter uma ideia, no final da década de 1990, a Semikron já produzia inversores para os primeiros veículos elétricos híbridos. A empresa tem fornecido protótipos conceituais dos stacks de potência necessários para o projeto, constituídos de módulos de IGBTs de última geração, sistema de arrefecimento térmico, componentes passivos, gate drives, sensores e outros componentes fundamentais associados, além de um excelente layout mecânico para o projeto.

Conforme explica o gerente de Desenvolvimento de Produtos (stacks), Fernando Romano, soluções como estas colaboram para utilização da energia de forma mais eficiente e sustentável, reduzindo significativamente as emissões gerais de CO2. “O programa tem sido fundamental para estabelecer essas parcerias. Precisamos aproveitar a vasta infraestrutura de P&D que o Brasil possui para alavancar o desenvolvimento de novas tecnologias com vistas na sua industrialização”, destaca.

Demanda nacional 

Um dos destaques do projeto, segundo Ana Luísa Lage, é a utilização do etanol como combustível, uma fonte de energia menos poluente e mais compatível com a oferta da matriz energética brasileira. “Em relação à competitividade, é importante para o setor ter uma tecnologia 100% nacional para veículos híbridos flex. Os modelos disponibilizados atualmente pelas montadoras empregam tecnologias importadas e muitos não são produzidos no Brasil. Um powertrain 100% brasileiro poderia trazer mais autonomia tecnológica para as indústrias nacionais”, avalia.

A analista da Fundep ressalta que o projeto VHF-Urbano também impacta outras iniciativas, como o projeto “Desenvolvimento de bateria para empilhadeiras elétricas com BMS otimizado integrado à sistema de gestão e telemetria”. Todo o estudo de baterias do VHF-Urbano é realizado por Cynthia Thamires da Silva, sócia do startup Hion Tecnologia e pesquisadora de pós-doutorado no projeto. “Estamos formando uma inteligência de mercado extremamente valiosa, que irá contribuir para aumentar a competitividade da indústria automotiva”, diz.

ENACOOP 2023

Durante a abertura do ENACOOP, a presidente de honra, Margarete Gandini, diretora do Departamento da Indústria de Alta-Média Complexidade Tecnológica no Ministério de Desenvolvimento, Indústria, Comércio e Serviços (MDIC), destacou a importância de se incentivar a cooperação e a colaboração entre as equipes, além de observar o que já foi feito para buscar entender como fazer melhor. “A ideia do Programa Rota 2030 foi construída em parceria, por meio do debate, da troca de ideais e das diferenças de pensamento. É assim que se constroem soluções inovadoras. A mensagem que quero deixar é para sempre buscarmos fazer a diferença, fazer mais, melhor e diferente. Neste momento de grandes transformações na indústria automotiva, não nos cabe mais pensar em fazer mais do mesmo. Temos o desafio do novo, mas, com equipes das instituições envolvidas bem engajadas vamos conseguir avançar.”

Uma grande preocupação em relação à política automotiva, conforme explicou Margarete, está em entender qual papel a indústria automotiva brasileira quer assumir. “Se queremos ser desenvolvedores, precisamos atuar de forma holística, buscando soluções junto à indústria para a mobilidade urbana, investindo em pesquisa e conectando a cadeia de fornecedores”. Para Ana Luísa, a interação de tantas empresas e ICTs na execução do projeto VHF-Urbano mostra que o desenvolvimento de inovações é relevante para o setor. “Para chegarem ao mercado, as tecnologias necessitam de uma vasta cadeia de fornecedores, e o projeto trouxe isso para a execução.”

O reconhecimento do projeto do VHF-Urbano, assim como de outros projetos no âmbito das Linhas IV, V e VI, todas coordenadas pela Fundep, gera grande impacto para toda a instituição. Do total de dez premiações, seis foram destinadas a projetos das Linhas IV e V. “Isso mostra que estamos fazendo um bom trabalho na condução das linhas e atendendo aos indicadores de impacto propostos pelo setor”, destaca Ana Luísa.

Para o coordenador técnico da Linha V do Rota 2030, e professor do Centro Universitário FEI, Ronaldo Gonçalves dos Santos, é muito importante o reconhecimento dos projetos, seja pelo número de participações, seja pelo aporte de recursos ou pelas publicações que propiciam. “É a comprovação de que estamos caminhando no rumo certo e obtendo realizações positivas. À medida que temos publicações científicas reconhecidas e com viabilidade técnica comprovada, ampliamos a contribuição e o potencial de mercado dos nossos projetos”, declarou.

SOBRE A LINHA V DO ROTA 2030

A Linha V – Biocombustíveis, Segurança Veicular e Propulsão Alternativa à Combustão tem como diretriz a eletrificação do powertrain veicular para a alta eficiência energética, a utilização de biocombustíveis para a geração de energia e a adequação do contexto brasileiro de infraestrutura de abastecimento.

A partir da aliança entre os principais atores que representam o conhecimento do setor (empresas, entidades representativas e Instituições de Ciência e Tecnologia – ICTs), serão habilitadas as competências necessárias para capacitar a cadeia automotiva.

A Fundep é a coordenadora da Linha V. A Coordenação técnica é da Universidade Estadual de Campinas (Unicamp), do Centro Universitário da Fundação Educacional Inaciana (FEI) e da Universidade Estadual do Ceará (UECE).

Projetos da EESC estão contemplados na parceria firmada entre USP e TotalEnergies

O Centro de Pesquisa para Inovação em Gases de Efeito Estufa (RCGI) da USP e a Total Energies, empresa multinacional francesa do setor energético, assinaram ontem, dia 20 de junho, um convênio para o desenvolvimento de projetos voltados para geração e operação de energias renováveis.

Serão investidos R$ 80 milhões em um total de 11 projetos voltados para pesquisas sobre geração e operação de energias renováveis mais eficientes e o desenvolvimento de tecnologias para parques eólicos onshore e offshore, com o envolvimento de 150 pesquisadores. Os projetos criarão bases teóricas e práticas para a identificação dos impactos provocados pelas atividades e as formas de mitigá-los. Entre os programas, destaca-se uma pesquisa que avalia a combinação de usinas fotovoltaicas com agricultura e captura de CO2, em linha com os compromissos da TotalEnergies com a sustentabilidade e responsabilidade nas regiões em que atua.

A Escola de Engenharia de São Carlos (EESC-USP) participará com convênios com dois projetos:

» MitTrans – Mitigação da limitação da geração renovável por meio da alocação ótima de recursos energéticos e dispositivos FACTS no Sistema Interligado Nacional (“MitTrans”)
Coordenador: Professor Eduardo Nobuhiro Asada (EESC – Departamento de Engenharia Elétrica e de Computação)

» faultAIfinder – Localização de faltas em redes coletoras de parques eólicos onshore baseada em inteligência artificial e supervisão de drones
Coordenador: Professor Mário Oleskovicz (EESC – Departamento de Engenharia Elétrica e de Computação)

“É uma grande oportunidade para a Universidade poder colaborar com a sociedade, ajudando a promover uma transição energética planejada e lógica, que resulte em um planeta melhor”, afirmou o reitor Carlos Gilberto Carlotti Junior. Ele lembrou que o modelo do RCGI, de trabalhar a pesquisa em rede, envolvendo várias unidades da Universidade, serviu de inspiração para a criação de outros centros na USP e é uma tendência no mundo. “Estados Unidos, Europa, Ásia, todos estão criando centros temáticos para poder solucionar problemas específicos, com boa velocidade e produção acadêmica”, disse.

Segundo Carlotti, no caso da USP, o modelo de financiamento desses centros também está mudando. Inicialmente apenas com recursos da Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (Fapesp), depois com recursos conjuntos da Fundação e das empresas, e agora com investimento direto das empresas.

Ele ressaltou que “quando uma empresa investe em pesquisa, seu objetivo é incorporar isso como inovação, não apenas como algo incremental. E nós precisamos estar preparados para responder às perguntas da empresa. Ninguém mais quer saber quantos papers foram publicados por ano, as pessoas querem saber o que fizemos para mudar a sociedade em que vivemos”.

O diretor científico do RCGI, Julio Meneghini, lembrou que “nós estamos aqui para resolver não apenas os grandes problemas do Brasil, mas os grandes problemas globais, que estão surgindo no século XXI, como as mudanças climáticas, que podem impactar toda a humanidade”. Meneghini destacou as contribuições das diversas instâncias da USP, da Fundação de Apoio à Universidade de São Paulo (FUSP) e da Total Energies, envolvidas na preparação da proposta do convênio firmado, além da importância da cláusula de P,D&I dos contratos para exploração e produção de petróleo e gás natural da Agência Nacional de Petróleo, Gás Natural e Biocombustível (ANP). Essa cláusula exige que os concessionários façam investimento em projetos de pesquisa da ordem de 1% de sua receita bruta.

“Importante mencionar que, em 2021, a ANP estendeu o uso dessa norma para projetos em energias renováveis com o objetivo de fomentar uma economia de baixo carbono em nosso País e desenvolver a capacidade científica e tecnológica local nesse setor. Nós, da TotalEnergies, saudamos essa iniciativa, pois ela auxilia no esforço de assegurar que o Brasil consolide sua transição energética”, disse a diretora de P&D da TotalEnergies, Isabel Waclawek.

Ainda segundo Isabel, o portfólio de projetos da TotalEnergies no Brasil está focado em projetos alinhados com a estratégia de reduzir as emissões de gases de efeito estufa, desenvolver energias mais limpas, diminuir os custos das operações, o que melhora a integridade dos ativos, traz maior segurança às operações e garante menor impacto ambiental. “Hoje, 48% dos nossos projetos no Brasil estão voltados aos segmentos de novas energias. E nossa missão para os próximos anos é aumentarmos ainda mais os investimentos em tecnologias que contribuirão para a transição energética e para a redução da pegada de carbono”, finalizou.

Nanotecnologia: cientistas usam feixe de elétrons para criar estruturas materiais inovadoras

Sistema de irradiação pode ser utilizado na fabricação de partículas para despoluição de rios e em revestimentos com propriedades antivirais, bactericidas e antifúngicas

O pesquisador João Paulo de Campos da Costa, da Escola de Engenharia de São Carlos (EESC) da USP, em colaboração com pesquisadores da UFSCar, desenvolveu um equipamento inovador que modifica materiais semicondutores e não metálicos. Utilizando a irradiação por feixe de elétrons, esse sistema permite manipular as propriedades dos materiais sem a necessidade de utilizar substâncias químicas tóxicas que possam contaminar o meio ambiente. As minúsculas partículas modificadas (de 0,000001 a 0,0001 milímetros) podem ser usadas no combate a bactérias, fungos e tumores. Além disso, o sistema de irradiação por feixe de elétrons (Ebis, na sigla em inglês) apresenta uma vantagem significativa em relação a máquinas similares, sendo mais acessível em termos de custo, tamanho reduzido e facilidade de operação.

João Paulo de Campos da Costa - Foto: SEL/USP

João Paulo de Campos da Costa – Foto: SEL/USP

É crescente a demanda por materiais com propriedades e funções que possam ser customizáveis por meio da aplicação controlada de luz ou elétrons. Por isso, a microscopia eletrônica de transmissão tem sido amplamente utilizada no processamento e fabricação de novos materiais. No entanto, a dificuldade com a injeção controlada de feixes de elétrons em microscópios eletrônicos tem sido a modificação e a produção em larga escala de materiais. A mecânica apresentada pelo pesquisador supera o desafio em uma escala semi-industrial.

O engenheiro explica ao Jornal da USP que, com a nova tecnologia, as reações agora poderão ser aplicadas a novos campos de pesquisa: “O objetivo do trabalho foi criar um equipamento portátil com custo-benefício capaz de irradiar materiais em larga escala, o que não era possível nos microscópios eletrônicos comerciais. Os resultados obtidos incluem a criação de diferentes estruturas aplicáveis a sensores de gases, modificação de superfícies para prevenir a replicação de vírus, incluindo o da covid-19, e aprimoramento de biossensores para diagnóstico médico. Além disso, os materiais irradiados também podem ter aplicações na remoção da contaminação causada pela indústria, como a degradação de corantes lançados em rios.
O sistema de irradiação é composto de uma fonte de alta tensão, um canhão de elétrons e uma câmara de vácuo. A energia dos elétrons gerada pelo canhão é aumentada por meio de três eletrodos — de baixa, média e alta tensão — projetados com uma abertura central para a aceleração uniforme dos elétrons. Este sistema pode ser controlado por um computador ou manualmente, permitindo ajustar a tensão aplicada, o feixe, a corrente do filamento, o aquecimento do material irradiado e a injeção de gás e o vácuo. O ajuste desses parâmetros garante a reprodução da modificação desejada.

A aplicação do sistema de feixe de elétrons no fosfato de prata possibilitou obter pela primeira vez a formação de um filme de prata sem a necessidade de agentes redutores ou solventes. No grafite, os elétrons induziram o enrolamento das camadas, resultando na formação de fulerenos (agrupamentos de carbono em forma de bola de futebol) e tubos de carbono com várias camadas em uma estrutura inédita em formato de bastão.

O fosfato de prata é uma substância que, na sua forma natural, já é altamente bactericida e antiviral e, por isso, usada em desodorantes. “Uma das aplicações que nós vimos é o revestimento de superfícies das máscaras contra a covid. Essas estruturas impedem a replicação do vírus, o que evita a contaminação da pessoa. Todos esses materiais podem também ser impregnados em superfícies através de sprays e de pintura para revestir superfícies em diferentes áreas”, conta Costa.

Desenvolvimento de um Sistema Integrado de Planejamento (SIPLA)

Desenvolvimento de um Sistema Integrado de Planejamento (SIPLA): Software Livre para Aplicação na Área de Sistemas Elétricos de Potência

Com o Professor Daniel Barbosa – UFBA1

1 Possui graduação em Engenharia Elétrica pela Universidade Federal da Bahia (2005), mestrado em Engenharia Elétrica [S. Carlos] pela Universidade de São Paulo (2007) e doutorado em Engenharia Elétrica [S. Carlos] pela Universidade de São Paulo (2010). Atualmente é professor da Universidade Salvador e professor adjunto da Universidade Federal da Bahia. Tem experiência na área de Engenharia Elétrica, com ênfase em Medição, Controle, Correção e Proteção de Sistemas Elétricos de Potência, atuando principalmente nos seguintes temas: atp, sistemas elétricos de potência, proteção diferencial, qualidade da energia elétrica e lógica fuzzy. – Email: dbarbosa@ufba.br

Dia : 25/05 Maio, 2023

Horário : 08:30h

Local: Anfiteatro Armando Toshio Natsume do SEL


Sobre o tema abordado

Devido à vasta extensão do território nacional e ao fato do Brasil possuir seu Sistema de Transmissão e Distribuição de Energia Elétrica (STDEE) completamente interligado, conhecido como Sistema Interligado Nacional (SIN), a necessidade da realização de simulações computacionais através de softwares, desenvolvidos para a aplicação em estudos e planejamentos dos Sistema Elétrico de Potência (SEPs), tornou-se imprescindível para qualquer profissional e empresa do setor elétrico. Entretanto, o alto custo associado à utilização destes softwares, específicos para aplicações relacionadas ao estudo e planejamento do setor elétrico, torna-se uma barreira impeditiva para o crescimento e desenvolvimento do setor energético do país. Dentro desse contexto, o objetivo dessa pesquisa é desenvolver uma alternativa gratuita para a realização desses estudos por meio de uma interface gráfica que possibilite a utilização dos dados disponibilizados por meio do Banco de Dados Geográfico da Distribuidora (BDGD) da ANEEL. A aplicação permitirá a realização da análise do fluxo de carga em regime permanente, inclusive com a inserção de geração distribuída fotovoltaica, de curto-circuito e de proteção em sistemas de distribuição, tornando-se uma ferramenta para a análise comercial de projetos e para a formação profissional de futuros engenheiros.

 

 

 

 

Palestra : CYBER PHYSICAL SYSTEMS AND INDUSTRY 4.0: PERSPECTIVES AND FUTURE DIRECTIONS

CYBER PHYSICAL SYSTEMS AND INDUSTRY 4.0: PERSPECTIVES AND FUTURE DIRECT

Com o Professor Sheng-Jen (“Tony”) Hsieh1

1 Director, Rockwell Automation Laboratory; Professor, Dept. of Engineering Technology and Industrial Distribution, Texas A&M University, College Station, USA, email: hsieh@tamu.edu

Dia : 16/05 Maio, 2023

Horário : 15:00 – 17:00

Local: Anfiteatro Armando Toshio Natsume do SEL


ABSTRACT

Advances in communication technology, computational modeling, and control algorithms have enabled the transformation of data into knowledge and control of machines and systems in real-time with high accuracy via smart sensory devices and wireless networks. Such systems are known as cyber-physical systems (CPS). Cyber-enabled Manufacturing (CeM) is a CPS that focuses on manufacturing machines and systems. As information technology becomes robust and mature, developed countries such as Germany are promoting the concept of Industry 4.0. The intent is to integrate designers, manufacturers, and consumers in a seamless way to increase productivity, reliability and customer satisfaction. This talk will describe key CPS, CeM and Industry 4.0 concepts. Existing work will be covered, including an ongoing project to build a CPS for thermal stress prevention in fused deposition modeling (FDM) based 3D printing processes and smart traffic light control system design. Potential research topics will be included as future directions.
Keywords: smart machine, mass customized automated assembly system, cyber-physical system, Industry 4.0

Dr. Hsieh is Professor and Graduate Faculty Member and Director of the Rockwell Automation Laboratory in the College of Engineering at Texas A&M University, College Station, TX. His areas of research include automated assembly system design, control, integration, diagnosis, and preventative maintenance; optical and infrared imaging for product/process characterization and failure prediction; micro/nano manufacturing; and design of technology for automation and robotics education. He has been awarded several major grants totaling over $5.5M in research funding. These efforts have resulted in 202 publications in refereed journals and conference proceedings. Dr. Hsieh received the Ph.D. in Industrial Engineering, with a minor emphasis in Computer Science, from Texas Tech University. He was named Honorary International Chair Professor for National Taipei University of Technology in Taipei, Taiwan, for 2015-23. At Texas A&M, he was named Halliburton Faculty Fellow in 2005, Halliburton Professor in 2011, and William and Montine P. Head Fellow in 2014. He received a National Science Foundation CAREER Award in 2003.

 

 

 

Nova técnica de holografia tridimensional é testada com resultados promissores

Nova técnica de holografia tridimensional é testada com resultados promissores

Imagine poder criar estruturas de luz tridimensionais capazes de retratar objetos e cenas realistas que podem ser vistos por usuários sob praticamente qualquer ângulo. Embora possa soar ficção científica, com larga exploração em filmes futuristas (quem não se lembra da princesa Leia, de Star Wars, em um projetor?), pesquisadores vinculados ao grupo liderado pelo professor Leonardo André Ambrosio, do Departamento de Engenharia Elétrica e de Computação da Escola de Engenharia de São Carlos (EESC-USP), em colaboração com cientistas e engenheiros da Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação (FEEC) da Universidade Estadual de Campinas (Unicamp), e da Escola de Engenharia e Ciências Aplicadas (SEAS) da Universidade de Harvard (EUA), acabam de trazer a ideia mais próxima da realidade através de um método inovador e promissor em holografia tridimensional.

O trabalho, publicado no último dia 10 de abril na renomada revista científica Nature Photonics, é o primeiro a propor o uso de filamentos de luz altamente controláveis que podem ser cascateados paralelamente entre si, compondo padrões espaciais bidimensionais – folhas de luz – que são subsequentemente empilhados compondo cenas tridimensionais. “O grande diferencial da proposta reside no fato de que, ao contrário das técnicas tradicionais, aqui a luz é arranjada em planos perpendiculares, e não paralelos, ao do display óptico”, explica Ambrosio.


Montagem de folhas de luz holográficas em 2D para construir cenas volumétricas (3D) – Imagem: Nature Photonics

Os filamentos de luz, conhecidos na literatura como ‘ondas congeladas’ (do inglês, frozen waves), baseiam-se em feixes especiais (conhecidos como feixes de Bessel) para gerar padrões de intensidade arbitrários na direção de propagação. Tais feixes possuem a capacidade de resistirem aos efeitos da difração por longas distâncias, sendo inclusive capazes de se autorreconstruírem após passarem por um obstáculo.

Segundo o professor Michel Zamboni Rached, da FEEC/Unicamp, coautor do trabalho e formulador do arcabouço teórico das frozen waves, “aproveitando-se das propriedades não difrativas dos feixes de Bessel, as frozen waves permitem estruturar a luz em escalas espaciais micrométricas, milimétricas e centimétricas, ao longo do próprio eixo de propagação, e já vinham sendo explorados em aplicações específicas, tais como em aprisionamento óptico de partículas micrométricas e guiamento de átomos. Estender o conceito para duas e três dimensões é realmente um passo importante e necessário para alavancar novas aplicações em óptica e fotônica”, complementa Rached.

O conceito teórico das folhas de luz, originalmente apresentado pelo grupo do professor Ambrósio, da EESC-USP, adiciona um grau de liberdade a mais e, segundo o próprio pesquisador, “abre uma ampla frente de novas pesquisas em imagens e impressão 2D e 3D, micromanipulação de partículas, displays 3D e, claro, em holografia, foco da presente pesquisa. Através da aproximação controlada de filamentos de luz, pode-se conceber cenas espacialmente complexas e de alta resolução, não apenas monocromáticas, mas também policromáticas, por exemplo, usando sistemas de laser RGB”, compara o professor da EESC.


Prof. Leonardo (ao centro) e os alunos de pós-graduação Vinicius e Jhonas.

Além disso, mesmo em materiais absorventes, onde a luz convencionalmente sofreria atenuação durante a propagação, é possível, até certo ponto, manter as cenas tridimensionais desejadas sem perda de resolução ou nitidez. “As folhas de luz podem ser utilizadas em pinças ópticas holográficas, com a vantagem de permitir o controle dinâmico dos pontos de aprisionamento em múltiplos planos, todos paralelos entre si e ao eixo de propagação”, informa o estudante de doutorado Vinicius Soares de Angelis, da EESC.

Trata-se de uma nova tecnologia que não se limita à formação de padrões de intensidade constantes no espaço. Nas palavras do estudante de mestrado Jhonas Olivati de Sarro, também ligado à EESC, “ao alterarmos o padrão da luz incidente com cadência e varredura adequadas, é possível dar a ideia de movimento à cena e criar vídeos de luz tridimensionais, sem abrir mão das propriedades dos feixes não difrativos”.

Uma grande desvantagem dos métodos tradicionais em holografia é a perda de resolução axial das imagens geradas. Isso ocorre porque a luz é organizada em planos paralelos e que se distanciam entre si à medida que nos afastamos do observador. Isso faz com que as camadas mais distantes do usuário se tornam mais difíceis de serem vistas. A nova técnica, todavia, supera esta limitação e fornece sensação contínua de profundidade porque permite ao usuário enxergar toda a extensão das folhas de luz.

“Ao fazermos isso, resolvemos o problema de percepção de profundidade que tradicionalmente afeta a holografia”, afirma Ahmed Dorrah, pós-doutorando e responsável por conduzir os experimentos junto ao laboratório de óptica do grupo do professor Federico Capasso, da SEAS (Harvard).

“Esta pesquisa aproveita de forma inovadora os moduladores espaciais de luz , uma tecnologia amplamente utilizada e comercialmente estabelecida, para moldar a luz à medida que ela se propaga, criando uma classe inteiramente nova de hologramas”, lembrou o professor Capasso, que liderou a equipe na montagem e realização de todos os testes práticos. “Prevejo que este método de holografia terá impacto em realidade virtual e aumentada, imagens biológicas, displays volumétricos, interações humano-computador, ferramentas educacionais interativas e muito mais”, prevê o pesquisador de Harvard.

As tratativas para a proteção da propriedade intelectual já foram iniciadas e a equipe envolvida na pesquisa agora busca oportunidades para exploração comercial. A lista de autores do estudo inclui o professor Leonardo André Ambrosio, o estudante de doutorado Vinicius Soares de Angelis e o estudante de mestrado Jhonas Olivati de Sarro, todos da EESC/USP; o professor Michel Zamboni Rached, da FEEC/Unicamp; o professor Federico Capasso, o pós-doutorando Ahmed Dorrah e o estudante de graduação Priyanuj Bordoloi, todos da SEAS/Universidade de Harvard.

O trabalho foi financiado pelas seguintes entidades: Natural Sciences and Engineering Research Council of CanadaOffice of Naval Research, com vínculo ao programa MURIAir Force Office of Scientific Research; Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP); e Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq).

 

Por Alexandre Milanetti / Ex-Libris

História de ex-aluna da USP: a engenheira de software que desenvolve satélites no Inpe

Participe do evento dia 14 de abril, quando Maria de Fátima Mattiello Francisco revelará detalhes de sua trajetória desde a graduação em Ciências da Computação no ICMC até a atuação em projetos de desenvolvimento de nanossatélites e de engenharia de sistemas espaciais

As séries e filmes de televisão que consumimos podem ter grande influência em nossas escolhas. Para muitos, é a partir desses conteúdos que se conhece e tem acesso a conhecimentos diversos, alguns que podem até inspirar a futura profissão. Esse é o caso de Maria de Fátima Mattiello Francisco, a engenheira de software que escolheu trabalhar com pesquisas espaciais um pouco graças às séries televisivas sobre o tema.

Formada em Ciências de Computação pelo Instituto de Ciências Matemáticas e de Computação (ICMC) da USP, em São Carlos, Fátima é, atualmente, coordenadora de ensino, pesquisa e extensão no Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (Inpe), além de atuar na Pós-Graduação em Engenharia e Tecnologia Espacial, curso oferecido pela instituição. A ex-aluna do ICMC já trabalhou em projetos de engenharia de sistemas espaciais, como especialista em sistemas de solo e conceito de operação de satélites, e também na verificação e validação de sistemas intensivos em software.

Coordenando projetos de desenvolvimento de nanossatélites no Inpe, em parceria com universidades brasileiras e estrangeiras, Fátima tem muitas histórias para contar e fará isso durante um evento, dia 14 de abril, a partir das 16 horas, no auditório Fernão Stella de Rodrigues Germano do ICMC. A iniciativa também será transmitida ao vivo pelo canal ICMC TV no YouTube.

O evento é parte do ciclo de palestras Alumni – Campus USP São Carlos… trajetórias que inspiram, que compõem a programação para celebrar os 70 anos da Escola de Engenharia de São Carlos (EESC). O ciclo tem o objetivo de motivar os atuais estudantes por meio de exemplos de sucesso profissional de ex-alunas e ex-alunos, além de estreitar laços entre as diferentes gerações de estudantes que passaram ou estão na USP.

Com periodicidade bimensal, a proposta envolve egressos das cinco unidades do campus da USP, em São Carlos, e o local de cada palestra é a unidade onde o estudante se formou. Com o tema O protagonismo do software na engenharia de satélites do Inpe, Fátima revelará, no dia 14 de abril, detalhes de sua trajetória desde a graduação no ICMC, e explicará por que a engenharia de satélites é, hoje, estreitamente ligada à área de desenvolvimento de software. O evento é coordenado pelo professor José Marcos Alves, da EESC, em parceria com a professora Kalinka Castelo Branco, do ICMC.

Antes da palestra no ICMC, Fátima estará, na manhã de 14 de abril, com estudantes da escola estadual João Batista Gasparin, em São Carlos, para falar sobre As mulheres no espaço e nas carreiras relacionadas ao setor espacial.

Sobre o Inpe – Ligado ao Ministério da Ciência, Tecnologia e Inovações (MCTI), o Inpe foi criado em 1961 para realizar atividades e estudos desde a origem do Universo a aplicações da ciência, como nas questões de desflorestamento das matas. O instituto é um centro de referência internacional em pesquisas de ciências espaciais e atmosféricas, engenharia espacial, meteorologia, observação da Terra por imagens de satélite e estudos de mudanças climáticas.

São centenas de colaboradores que trabalham diariamente para expandir a capacidade científica e tecnológica do Brasil, muitos deles formados na USP em diferentes áreas e unidades de ensino e pesquisa. Fátima entrou no Inpe para fazer mestrado em Telecomunicações e Sistemas Espaciais, logo após se formar na USP em 1980. Inicialmente, seu trabalho no Inpe estava relacionado com a operação de satélites e controle, ficando muitos anos na divisão de sistemas de solo. No doutorado, enveredou para verificação e validação de sistemas espaciais intensivos em softwares. Para conhecer mais sobre essa história, basta acessar a reportagem Da USP São Carlos às pesquisas espaciais, a trajetória de quem desenvolve satélites, publicada pelo Jornal da USP.

Texto: Denise Casatti e Laura Gazana, da Assessoria de Comunicação do ICMC-USP

Com informações da EESC e do Jornal da USP

Mais informações

Sobre o ciclo de palestras Alumni – Campus USP São Carlos… trajetórias que inspiram:
http://www.saocarlos.usp.br/eesc-abre-ciclo-de-palestras-inspiradoras-com-profissionais-de-sucesso/
Leia a reportagem do Jornal da USP:
https://jornal.usp.br/universidade/da-usp-sao-carlos-as-pesquisas-espaciais-a-trajetoria-de-quem-desenvolve-satelites/

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Professor do SEL é promovido a membro sênior do IEEE

Professor da EESC-USP é promovido a membro sênior do IEEE


Docente recém-contratado para o Departamento de Engenharia Elétrica e de Computação da Escola de Engenharia de São Carlos (EESC-USP), o professor Pedro de Oliveira Conceição Júnior recebeu neste mês de março a láurea referente à sua elevação para membro sênior do Institute of Electrical and Electronic Engineers (IEEE), a maior associação profissional do mundo dedicada ao avanço da inovação e excelência tecnológica em sua área.

O prêmio recebido há pouco mais de duas semanas – uma placa em bronze com a gravação do reconhecimento emitida pelo corpo de diretores do IEEE, sediado nos EUA, confirma a decisão da entidade, ocorria no final de junho de 2022. “Sou muito grato ao IEEE e àqueles que recomendaram minha elevação, contribuindo assim para essa conquista”, agradeceu o professor do SEL/EESC.

Segundo comunicado oficial assinado por K.J. Ray Liu, presidente e CEO do IEEE no ano da premiação, apenas 10% dos mais de 400 mil membros do IEEE possuem esse grau, o que requer extensa experiência e reflete maturidade profissional e conquistas documentadas de importância. “Parabéns por este marco significativo e obrigado por suas contribuições para a profissão e ao IEEE”, elogiou o dirigente.

Em outra informe da entidade recebido pelo pesquisador da USP São Carlos, Zuhaina Zakaria, presidente do Comitê de Admissão e Avanço do IEEE, explica que os membros seniores são elegíveis para ocupar posições executivas de voluntariado no IEEE. “Cada membro sênior do IEEE pode poderá indicar outros candidatos, uma vez que estes podem servir de referência para outros candidatos a membros seniores. Os membros seniores recém-elevados também são encorajados a encontrar os próximos inovadores de amanhã e convidá-los a ingressar no IEEE”, complementa Zakaria.

Nova abordagem para a teoria de sinais e sistemas é destaque em livro de professor do SEL

Sinais e sistemas têm a reputação de ser um assunto difícil. Essentials of Signals and Systems é o livro lançado pela editora Wiley  com o objetivo de mudar essa reputação mostrando uma nova abordagem para esse tema, ensinando os conceitos essenciais de maneira amigável, intuitiva e acessível. A obra tem como autor Emiliano R. Martins, professor do Departamento de Engenharia Elétrica e de Computação da Escola de Engenharia de São Carlos (EESC-USP).

A visão geral do livro é de que as abordagens tradicionais de sinais e sistemas são desnecessariamente complicadas e que as experiências de aprendizado dos alunos são beneficiadas ao se fazer uma conexão clara entre a teoria da representação de sinais e sistemas e a teoria da representação de vetores e operadores em álgebra linear.

O autor começa revisando a teoria da representação em álgebra linear, enfatizando que os vetores são representados por coordenadas diferentes quando a base é alterada e que a base dos autovetores é especial porque simplifica a representação do operador.

“Assim, em cada passo da teoria da representação de sinais e sistemas, buscamos mostrar o passo análogo em álgebra linear. Essa abordagem facilita os alunos a entenderem que sinais são análogos a vetores, que sistemas são análogos às matrizes e que a transformada de Fourier é uma mudança na base que diagonaliza os operadores LTI”, detalha o autor do livro, Emiliano R. Martins.

O texto enfatiza os conceitos-chave na análise de sistemas lineares e invariantes no tempo, demonstrando o significado algébrico e físico da transformadas de Fourier. O conteúdo da obra conecta cuidadosamente as transformações mais importantes (Série de Fourier, Transformada de Fourier em Tempo Discreto, Transformações de Fourier Discretas, Laplace e Transformações Z), enfatizando suas relações e motivações. “Os domínios de tempo contínuo e discreto são conectados e os alunos aprendem passo a passo como usar a função fft, usando exemplos simples”, complementa Martins.

Incorporando objetivos e problemas de aprendizagem e apoiado por códigos Matlab simples para ilustrar os conceitos, o texto do livro apresenta aos alunos as bases para permitir que o leitor busque tópicos mais avançados em cursos posteriores. “Essentials of Signals and Systems nasceu das notas de aula que escrevi para os cursos de Sinais e Sistemas e Processamento Digital de Sinais, ambos ministrados para alunos do SEL-EESC”, revela o autor do livro.

A obra é indicada para alunos de graduação em Engenharia Elétrica e Computação. As informações contidas também são pertinentes para estudantes de Física e áreas relacionadas envolvidas na compreensão de sinais e processamento de sistemas, incluindo aqueles que trabalham em aplicações práticas relacionadas.

 

Alexandre Milanetti

Alunos de pós-graduação do SEL recebem prêmios de destaque nos EUA

Alunos de pós-graduação da EESC-USP recebem prêmios de destaque nos EUA

 

Dois alunos do programa de pós-graduação em Engenharia Elétrica da Escola de Engenharia de São Carlos (EESC-USP) receberam importantes premiações recentes no exterior.

No final do último mês de fevereiro, durante a Conferência SPIE Medical Imaging 2023, realizada em San Diego (EUA), Lucas Exposto Soares, aluno de doutorado do Programa de Pós-graduação em Engenharia Elétrica da EESC, foi premiado com o melhor poster da conferência Image Perception, Observer Performance, and Technology Assessment, recebendo a láurea Cum Laude Award for Poster, com o trabalho Assessment the impact of correlated noite in digital mammography: a virtual clínica trial.

Além dele, Arthur Chaves Costa, que também é aluno do Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica da EESC e está realizando doutorado sanduíche na Universidade de Lund (Suécia), apresentou na mesma conferência nos EUA um workshop sobre simulação de ruído anatômico, intitulado Interactive breast lesion designer for virtual trials based on Perlin noise, juntamente com a equipe da universidade sueca. O trabalho foi premiado como melhor workshop da Conferência SPIE Medical Imaging 2023.

Ambos os alunos são orientados pelo Prof. Dr. Marcelo Andrade da Costa Vieira, docente do Departamento de Engenharia Elétrica e Computação da EESC/USP e Coordenador do Laboratório de Visão Computacional (LAVI).

Sobre os trabalhos
A pesquisa de Lucas Soares tem como objetivo avaliar como os diversos parâmetros de qualidade dos equipamentos mamográficos, como ruído, contraste, resolução, entre outros, influenciam na detecção de lesões mamárias pelos radiologistas. Entre os parâmetros de qualidade dos equipamentos, o ruído quântico é um dos que mais influenciam a detecção pelos médicos. No caso da mamografia digital, o ruído quântico é inevitável, pois está diretamente relacionado com a dose de radiação utilizada pelo equipamento. Ou seja, a única forma de evitar o ruído seria utilizar uma dose de radiação tão alta que seria muito prejudicial ao paciente. Como os equipamentos mamográficos atuam em uma faixa bem segura de exposição à radiação, o ruído está sempre presente na imagem e, em geral, os radiologistas já estão acostumados a realizar análise nas imagens com uma certa quantidade de ruído.

“Alguns equipamentos de mamografia possuem detectores digitais que utilizam cintiladores para aumentar a eficiência quântica da detecção, o que acaba por reduzir a dose de radiação absorvida pelo paciente. No entanto, os cintiladores fazem com que os elementos detectores apresentam um problema de interferência entre eles, que faz com que o sinal detectado por cada elemento sensor seja influenciado pelos elementos vizinhos. Essas interferências fazem com que o ruído da mamografia apresente correlação espacial, ou seja, apresentem padrões não-uniformes que geram artefatos na imagem. Esses artefatos podem fazer com que algumas lesões mamárias sejam perdidas ou confundidas pelos radiologistas quando estão analisando as mamografias”, explica o aluno da EESC premiado nos EUA.

O trabalho realizado por Soares foi analisar objetivamente como a correlação espacial do ruído influencia a detecção de lesões na mamografia digital. Ele utilizou um equipamento de mamografia do Hospital de Câncer de Barretos (SP) e modelou todos os parâmetros necessários para simulação do ruído desse equipamento, inclusive a correlação espacial. Utilizando um software de simulação desenvolvido pela Universidade da Pensilvânia, ele gerou um conjunto de 100 imagens mamográficas com ruído correlacionado e outras 100 imagens com ruído não-correlacionado (também chamado de ruído branco).

Depois, utilizando um software desenvolvido pelo Dr. Lucas Rodrigues Borges, ex-aluno de doutorado da EESC/USP e cientista da empresa norte-americana Real Time Tomography LLC, Soares gerou imagens de lesões mamárias (microcalcificações) de diferentes tamanhos e formas e inseriu digitalmente nas mamografias.

“Quatro leitores analisaram essas imagens para tentar detectar as microcalcificações, sem saber quais imagens possuíam ruído correlacionado e quais não. As leituras foram realizadas no LAVI, que possui uma sala escura dedicada, com monitores de alta resolução, específicos para leitura de mamografia digital. Os resultados obtidos após a análise de 800 imagens pelos leitores mostraram que a taxa de detecção das microcalcificações nas mamografias sem ruído correlacionado foi aproximadamente 25% maior do que nas imagens que apresentam correlação espacial do ruído. Esse resultado é importante pois outras pesquisas estão sendo desenvolvidas no LAVI, inclusive com o uso de inteligência artificial, para a filtragem de ruído correlacionado na mamografia digital. Se essa pesquisa tiver sucesso, podemos aumentar consideravelmente a taxa de detecção do câncer de mama, beneficiando as mulheres que participam dos programas de rastreio”, detalha Soares.

Essa pesquisa teve apoio financeiro da Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) e colaboração do Hospital de Câncer de Barretos, da Universidade da Pensilvânia (EUA) e da empresa Real Time Tomography LLC. “Esse é um exemplo muito concreto de como a parceria entre Universidades, centros de pesquisa e empresas são importantes para o avanço da ciência”, destaca o Prof. Marcelo Vieira, orientador do trabalho e coordenador do projeto de pesquisa.

Outro aluno orientado pelo mesmo pesquisador é Arthur Costa, que está realizando deste outubro de 2022 um estágio de doutorado sanduíche na Universidade de Lund (Suécia), com esta bolsa no exterior sendo financiada pela Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (Capes), por meio do programa PrInt/USP.

A equipe de pesquisas da universidade sueca desenvolve softwares de geração de imagens sintéticas de mamografia digital para a realização de testes clínicos virtuais – Virtual Clinical Trials (VCTs). Estes são importantes ferramentas de simulação que permitem testar protocolos de aquisição de imagens médicas de forma virtual, antes deles serem efetivamente utilizados na prática clínica.

“Essas ferramentas diminuem o tempo e o custo das pesquisas na área médica e são cada vez mais comuns em todo o mundo. Durante os primeiros quatro meses em que trabalhei na Universidade de Lund, colaborei com a equipe de pesquisadores de lá para desenvolver métodos de simulação mais precisos para a geração de imagens mamográficas sintéticas ainda mais realistas”, relata Costa.

“Este trabalho que teve a colaboração do Arthur, nosso aluno de pós-graduação da EESC-USP, também foi premiado na conferência em San Diego, e é resultado da colaboração entre a Universidade de Lund, a Universidade da Pensilvânia, a Universidade Federal da Paraíba (UFPB) e a USP”, complementa o orientador Marcelo Vieira (SEL/EESC), que esteve presente no evento dos EUA junto com Lucas Soares, Arthur Costa e Rodrigo Vimieiro, outro aluno de doutorado orientado pelo professor da USP São Carlos.



Alexandre Milanetti, para a Comunicação EESC