Teses e Dissertações
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Dissertação Recuperação de imagens de línguas por conteúdo utilizando descritor fractal: estudo de caso considerando hipertensão sistêmica arterial(2024) Lazarini, Marcos AgenorAs doenças crônicas não transmissíveis, em especial a Hipertensão Arterial Sistêmica (HAS), continuam a representar um grande desafio para a saúde pública, sendo a principal causa de óbitos entre homens, segundo o Ministério da Saúde. Este estudo apresenta o desenvolvimento de um sistema de recuperação de imagens baseado em conteúdo, centrado na análise de textura de imagens de línguas diagnosticadas de acordo com a Medicina Tradicional Chinesa. O sistema tem como objetivo recuperar as cinco imagens mais similares à imagem de consulta, utilizando as medidas de similaridade Euclidiana e Manhattan. Para isso, diferentes descritores de textura foram aplicados, com destaque para o descritor Fractal, que teve seus resultados comparados aos dos descritores GLCM, LBP e a combinação de Fractal com LBP. A avaliação do desempenho do sistema foi realizada por meio do gráfico de Precisão versus Revocação e da AUC, utilizando testes padronizados com imagens das categorias com diagnóstico positivo e negativo para HAS. Os resultados demonstram que, embora o descritor GLCM tenha mostrado melhor desempenho para imagens com diagnóstico negativo para HAS, ele apresentou o pior desempenho para imagens com diagnóstico positivo. Em contraste, a combinação dos descritores Fractal e LBP apresentou um desempenho mais consistente e linear em ambos os grupos. Esses resultados destacam a influência do tipo de descritor e zdas características da imagem no desempenho do sistema de CBIRDissertação Estudo das propriedades eletrotérmicas de transistores mos de nanofios e nanofolhas de silício em temperaturas criogênicas(2024) Matos, Jefferson AlmeidaEste trabalho investiga a operação de nanofios e nanofolhas transistores de silício (nanofios MOS) em modo inversão e sem junções, em temperaturas que variam da ambiente até a faixa criogênica, com ênfase na influência das dimensões dos dispositivos sobre os parâmetros elétricos e no autoaquecimento. A análise é realizada por meio de medidas experimentais, permitindo a compreensão dos efeitos térmicos nos dispositivos. Os transistores são fabricados em substratos SOI (Silicon-On-Insulator), com larguras de fin variando de 10 nm a 60 nm e comprimento de canal de 40 nm a 10 µm. O estudo foi realizado em quatro etapas: a caracterização de nanofios em modo inversão na faixa de 330 K a 82 K; o estudo do autoaquecimento desses dispositivos até 4,2 K; a caracterização de nanofios sem junções de 300 K a 4,2 K; e uma comparação entre os dois tipos de dispositivos operando de 300 K a 82 K. A caracterização elétrica revelou que a variação da tensão de limiar com a temperatura apresenta comportamento linear, com taxas de variação diferentes entre dispositivos de largura de fin estreita e larga. A inclinação de sublimiar se degrada em dispositivos mais largos e de canal curto, distanciando-se do limite teórico mínimo em temperaturas criogênicas. A mobilidade dos portadores, analisada em função da temperatura, mostrou que transistores sem junções apresentam menor mobilidade absoluta e melhor estabilidade térmica. O estudo de autoaquecimento nos nanofios transistores em modo inversão indicou um aumento acentuado da temperatura do canal em baixas temperaturas, especialmente abaixo de 50 K, com comportamento não-linear e maior variação da temperatura do canal (?T) em potências menores (<5 µW). Dispositivos com comprimento de canal menor (L=40 nm) apresentaram maior aumento de temperatura em comparação aos de canal mais longo (L=100 nm), e a resistência térmica diferencial (RTH*) aumentou significativamente abaixo de 70 K. As contribuições científicas incluem a análise da influência das dimensões e da temperatura na performance elétrica de nanofios MOS, a caracterização inédita do autoaquecimento utilizando termometria de porta em temperaturas criogênicas, e a comparação detalhada entre dispositivos, fornecendo subsídios para avaliar a viabilidade desses dispositivos em ambientes criogênicos, com aplicações potenciais na computação quânticaTese Reconhecimento automatizado da dor por movimentos faciais de recém-nascidos internados em unidade de terapia intensiva neonatal(2024) Heiderich, Tatiany MarcondesRecém-nascidos internados em Unidades de Terapia Intensiva Neonatal (UTIN) frequentemente passam por procedimentos que causam dor. A presença de dispositivos médicos fixados à face do neonato dificulta a avaliação adequada da dor. Este estudo teve como objetivo desenvolver um método automatizado para reconhecer a dor em neonatos, mesmo em condições de visibilidade facial limitada. Foi proposto e implementado um arcabouço computacional utilizando técnicas atuais de processamento de imagens e de Inteligência Artificial para segmentar regiões faciais específicas e para classificar movimentos faciais indicativos de dor, sendo estes: boca aberta, boca estirada, sulco nasolabial aprofundado, fronte saliente e fenda palpebral estreitada. Com o uso de quatro bases de dados distintas e de referência na literatura afim, o método foi treinado, validado e testado, permitindo a análise apenas das áreas visíveis da face. Uma abordagem inovadora foi aplicada, atribuindo pesos diferenciados aos movimentos faciais mais relevantes, com maior pontuação para os movimentos de maior poder discriminatório, como o sulco nasolabial aprofundado. O método proposto demonstrou ser eficiente e confiável, apresentando na validação um F1 score de 83%, valor-p de McNemar de 0,146, e Kappa de Cohen de 0,668, resultados compatíveis e, em alguns aspectos, superiores aos métodos tradicionais, especialmente em condições de visibilidade parcial da face do neonato. Esta pesquisa não pretende substituir os métodos tradicionais, mas sim otimizá-los, oferecendo uma solução prática e robusta para os desafios do diagnóstico de dor em neonatos na UTIN. A combinação de análise segmentada da face, avaliação apenas das regiões visíveis e pontuações diferenciadas para movimentos faciais mais discriminantes posiciona este arcabouço como uma contribuição significativa e viável para a evolução do manejo da dor neonatal, promovendo uma avaliação mais objetiva e precisa em cenários clínicos complexosDissertação Impacto da radiação ionizante e temperatura no desempenho de PMOSFETS com diferentes leiautes(2024) Grandesi, Guilherme InácioDispositivos eletrônicos expostos à radiação ionizante podem ser danificados, alterando suas características e, consequentemente, parâmetros elétricos. Diante deste problema, o desenvolvimento e a caracterização de dispositivos eletrônicos resistentes à radiação e sua validação como mais resistentes aos efeitos da radiação ionizante requer pessoal qualificado e com conhecimento específico dos mecanismos físicos que atuam no dispositivo quando exposto à radiação. Para estudar o comportamento de um determinado dispositivo nestas condições é necessário caracterizá-lo adequadamente e obter informações sobre os danos causados por determinada dose de radiação e tipo de radiação ionizante. A forma pela qual o leiaute dos transistores é concebido nos circuitos integrados pode produzir diferentes comportamentos quando submetidos à radiação. Assim, foi realizado um estudo para verificar os efeitos da radiação em transistores de geometria retangular convencional e de geometria fechada (ELT). Acerca dos dispositivos sob teste, que serão chamados ao longo do texto de DUT (Device Under Test), o grupo de projetos do CTI (Centro de Tecnologia da Informação Renato Archer, em Campinas) forneceu dois circuitos integrados (CI PPTLEXT06SOID40) cada um com 5 Transistores PMOSFET de Potência, PPT, modelo PHVE da tecnologia XFAB XT06 0,6 µm SOI-CMOS, sendo dois deles ELT e três retangulares convencionais. A comparação desses dois diferentes leiautes é importante uma vez que dispositivos ELT são considerados mais tolerante aos efeitos da radiação ionizante, e incorporar uma análise de como os dispositivos reagem aos efeitos de temperatura é enriquecedor já que é conhecido que a temperatura altera os estados de cargas aprisionadas no dispositivo, havendo sinergia com os defeitos causados pela radiação no que diz respeito a cargas aprisionadas em regiões sensíveis do transistor. Este projeto de pesquisa é de interesse do mais importante projeto Nacional nesta área de pesquisa, CITAR – Circuitos Integrados Tolerantes à Radiação, financiado pela FINEP, o qual consta com a FEI sendo uma das instituições executoras. A caracterização do dispositivo foi realizada no Laboratório de Efeitos da Radiação Ionizante (LERI) no Centro Universitário FEI, quanto a tolerância de efeitos acumulativos de radiação ionizante (TID – Total Ionizing Dose) e quanto aos efeitos de temperatura. Ao longo do trabalho, os DUTs foram submetidos a uma dose de radiação acumulada total de 600 krad(Si) de raios X de 10 keV de energia, e posteriormente testados num ensaio de temperaturas partindo de -50 ºC a +70 ºC. Nestas análises foram avaliadas as curvas características de ID X VG, bem como demais parâmetros eletrônicos que podem ser extraídos a partir delas. Por meio desta pesquisa foi possível constatar que, embora os dispositivos tenham respondido de maneira similar sob a influência da TID, a análise em função da temperatura revelou uma robustez notável do leiaute fechado ELT, especialmente quanto à insensibilidade à polarização durante a radiaçãoTese Estudo do comportamento de diodos pin implementados em tecnologia SOIde camada ultrafina (UTBB) operando como fotodetectores(2024) Silva, Fernando Oliveira daA redação desta pesquisa científica visa aprofundar resultados e conhecimentos sobre o funcionamento de diodos de junção com inserção intermediária de região intrínseca, diodos PIN, implementados em tecnologia UTBB como fotodetectores. A princípio utilizou-se dados de pesquisas elaboradas anteriormente de diodos PIN implementadas em substratos SOI como referência para a simulação do processo de fabricação dos dispositivos e a validação das curvas simuladas. Primeiramente, foram realizadas simulações numéricas da corrente catódica normalizada pela largura do dispositivo (ID/W) em função da tensão catódica (VD), considerando dispositivos sem porta com comprimento intrínseco (Li) de 8 µm, e espessura da camada de silício (TSi) de 20 nm. Demonstrou-se que camadas de silício extremamente finas podem ser aplicadas para a fotodetecção de parte do espectro de luz ultravioleta UVA (comprimentos de onda da ordem de 350 nm), uma vez que os pequenos comprimentos de onda são absorvidos próximo à superfície do dispositivo. Foi observado também que ao variar a polarização do substrato (Vsub), a corrente fotogerada é mais elevada, cerca de 2,75 x 10-11 A, no intervalo de Vsub entre -1 V e 0,7 V, apresentando uma queda para valores fora do intervalo devido à inversão ou acumulação da região intrínseca. Finalmente, foi possível observar que a corrente fotogerada máxima, da ordem de 2,8 x 10-11 A é atingida para diferentes intervalos de Vsub quando são implementados Ground Planes do tipo P e N num dispositivo com uma espessura de silício de 20 nm, o que está relacionado à depleção induzida na região ativa devido à presença de carga positiva ou negativa abaixo do óxido enterradoDissertação Comunicação aumentativa e alternativa utilizando rastreamento ocular e recomendação de palavras através de modelos de linguagem(2024) Waideman, BrunoDesde as mais antigas formas de comunicação até os mais recentes desenvolvimentos na tecnologia computacional, a produção, o armazenamento e a circulação de informação e conteúdo têm sido aspectos centrais da vida social. Com o contínuo avanço da tecnologia, os meios digitais se tornaram relevantes para aproximar pessoas e facilitar ainda mais a circulação de informações. Para utilizar estes dispositivos, usualmente são utilizados teclados, sejam eles físicos ou digitais, e outros dispositivos, como mouses e canetas em telas eletrônicas sensíveis. Utilizar estes dispositivos pode ser uma tarefa trivial para a maior parte das pessoas, no entanto, é limitante para aqueles que apresentam dificuldades motoras em determinados contextos de uso. A Comunicação Aumentativa e Alternativa (CAA) é então utilizada para ampliar estas habilidades de comunicação, possibilitando a construção de canais alternativos, através da valorização de todas as formas de expressão existentes. Desta forma, novas modalidades de interação com dispositivos de comunicação, como a entrada por gestos, comandos de voz e diversos tipos de sensores, são cada vez mais comuns. A entrada de informação através do rastreamento ocular é uma modalidade que encontra grande aplicação em sistemas de acessibilidade. No entanto, muitas limitações podem ser observadas, como fadiga visual e imprecisão na decodificação, causando erros de digitação e maior tempo para inserção de estruturas de texto, quando comparado com os métodos tradicionais. Desse modo, este trabalho apresenta um método de interação baseado no rastreamento do movimento ocular e orientação da cabeça, acoplado a um teclado virtual, utilizando uma rede neural artificial para decodificar o traçado do olhar e traduzir as intenções dos usuários na interface. De forma complementar, é utilizado um Modelo de Linguagem (ML) para realizar a recomendação de próximas palavras. Com isso, investigou-se a influência destas tecnologias no sistema proposto, medindo a velocidade de digitação, taxa de erros e perplexidade que, de forma geral, demonstraram resultados satisfatórios para auxiliar pessoas com deficiência a se comunicarem melhor- Reconhecimento de atividades humanas utilizando sensores inerciais e aprendizado de máquina(2024) Montanari, Bruno FontesReconhecimento de atividades humanas, também conhecido como Human Activity Recognition (HAR), tem um papel significativo na vida das pessoas dada a capacidade de prover informações relevantes por meio de pequenos sensores, podendo ser no celular, relógios inteligentes ou até mesmo através de imagens e vídeos. A análise e classificação dos movimentos humanos é alvo de diversos estudos em decorrência de sua ampla utilização nas mais diversas áreas, como por exemplo: saúde, práticas esportivas, bem estar, assistentes tecnológicos, segurança, computação ciente do contexto, realidade virtual e aumentada, dentre outros. O maior desafio atualmente é garantir que tal reconhecimento seja feito localmente em Micro Controller Unit (MCU) com baixo consumo de energia e com baixo tempo de inferência, mantendo os dados de cada pessoa seguro. Diversas propostas para resolver o HAR já foram avaliadas e apresentam resultados excelentes, tipicamente com acurácia superior a 90% quando um número baixo de movimentos (correr, caminhar, subir e descer escadas etc.) é considerado, porém a maioria destes estudos faz uso do processamento externo, em geral usando celulares, para desempenhar as técnicas de reconhecimento, classificação e contexto. Muitos destes estudos e técnicas podem ser ajustados, migrados e empregados nos MCUs graças às recentes melhorias dos frameworks disponíveis, suas quantizações e otimizações, bem como na evolução da capacidade de processamento e densidade de memória disponível nos microcontroladores. Este trabalho explora a comparação entre o emprego e desempenho de reduções de dimensionalidades por meio de Principal Component Analysis (PCA) com as técnicas de aprendizado de máquina como Decision Tree Regression (DTR), Random Forest (RF) e Support Vector Machine (SVM) e de aprendizado profundo utilizando exclusivamente Convolution Neural Network (CNN), ambas aplicadas ao microcontroladore Arm® Cortex® M33 com foco na aplicação de HAR. Outra análise que este estudo traz é a identificação da influência do uso de quantização Post Training Quantization (PTQ) no tempo de inferência, densidade de memória, complexidade e sua relação com o consumo de energia no MCU
Dissertação Aprimorando a eficiência contratual de energia: um estudo de previsão de demanda com aprendizado de máquina(2024) Pessoa, Patrick de SousaEste projeto de pesquisa aborda a otimização contratual da demanda de energia como um elemento fundamental para aprimorar a eficiência energética da rede elétrica e reduzir custos para consumidores industriais, evitando multas associadas à demanda excessiva estabelecida em contrato. A diferença entre a demanda contratada e a efetiva é frequentemente subestimada, resultando em desperdício de recursos e penalidades financeiras. Foram estudados modelos de inteligência artificial, como FA (Floresta Aleatória), SVR (Support Vector Regression) e rede LSTM (Long-short Term Memory), para prever a demanda em diferentes horizontes temporais. A análise temporal indicou que a acurácia aumenta à medida que o horizonte de tempo é reduzido, destacando a importância da escolha do modelo e do intervalo de tempo na previsão da demanda. Um estudo de caso foi conduzido para avaliar a precisão da previsão em comparação com formas tradicionais de estabelecimento de contratos de demanda, ressaltando a importância do tamanho da base de dados disponível para o desempenho do modelo. A fim de comparação com a rede LSTM, estudou-se o desempenho para a rede GRU (Gated Recurrent Unit Network), a qual obteve resultados comparáveis à LSTM, porém com treinamento mais rápido. Deste modo, este projeto contribui para a otimização contratual da demanda de energia, permitindo que empresas otimizem estes modelos de contratos, minimizem multas e aliviem a carga na rede elétrica, sendo que os resultados confirmam a importância do aprendizado de máquina na otimização de contratos de demanda de energiaDissertação Amplificador ECG incorporando pseudorresistores: projeto, implementação e caracterização em altas temperaturas(2024) Pessoa, Beatriz Barsocchi TestaComponentes eletrônicos, em geral, possuem grande sensibilidade às mudanças de temperatura. Temperaturas muito acima ou abaixo do valor considerado como ambiente causam uma mudança nas características físicas dos materiais dos componentes, acarretando um impacto significativo no desempenho e na confiabilidade dos dispositivos eletrônicos. Muitos dispositivos são projetados para operar dentro de uma faixa de temperatura específica e, se a temperatura exceder essa faixa, o dispositivo pode ser danificado ou não funcionar corretamente, fazendo com que, à medida que a temperatura aumente, o número de defeitos e falhas induzidas termicamente em dispositivos eletrônicos também aumente. O uso do pseudorresistor é uma técnica promissora para projetos de amplificadores biomédicos, uma vez que proporciona ao amplificador uma alta precisão, baixo ruído e ampla faixa de resposta em frequência. Além disso, os pseudorresistores na faixa de teraohms apresentam vantagens adicionais, como menor consumo de energia, melhor estabilidade térmica e menor área ocupada no chip em relação aos resistores convencionais. No entanto, o uso de pseudorresistores também pode apresentar desafios na implementação de circuitos, principalmente devido à complexidade do projeto e à necessidade de ajuste preciso dos parâmetros do circuito. Além disso, a variação de temperatura pode afetar a precisão do circuito que utiliza essa tecnologia, sendo necessário o uso de técnicas de compensação para minimizar esse efeito. Estudos anteriores sobre pseudorresistores estão limitados a simulações, modelagem e implementação de alguns amplificadores de banda estreita. Este estudo tem como objetivo projetar um circuito sob medida para aplicações de ECG, com largura de banda de 0,04 Hz a 2 kHz para a faixa completa de temperatura de aplicação. O circuito é digitalmente modelado, simulado e caracterizado, ajustando os valores de capacitância de feedback para otimizar o desempenho dentro da faixa de temperatura crucial para aplicações biomédicas. Após a validação do circuito desenvolvido, este projeto almeja realizar uma transição para a esfera prática, visando a aplicação em pacientes. Nesse cenário, enfatiza-se a integração direta com sinais biomédicos, com a validação da associação do circuito proposto juntamente ao dispositivo ADS1298ECGFE-PDK para análises clínicasDissertação Análise de capacitâncias em transistores SOI MOSFET de canal gradual(2024) Lopes, Allan OliveiraNeste trabalho é apresentada uma análise das capacitâncias em transistores GC SOI MOSFET (Graded Channel semiconductor on Insulator Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) variando a relação do comprimento do canal do dispositivo que possui uma baixa dopagem em relação ao comprimento total (LLD/L), além de aspectos construtivos do dispositivo, como tSi(espessura do filme de silício sobre isolante), toxf (espessura do óxido de porta da primeira interface), assim como comprimento de canal L, por meio de simulações. Ao realizar estas mudanças na estrutura do dispositivo, são observados diversos aspectos referentes a como as capacitâncias se comportam à medida que a relação (LLD/L) é variada, e estudando as transcapacitâncias CGD, CGS e CGB e a capacitância total CGG. É possível observar qual das transcapacitâncias tem maior contribuição para a capacitância total do dispositivo, como ela se comporta a medida que a tensão aplicada a porta cresce, bem como a verificação sobre como ocorre a distribuição de cargas ao longo do canal para algumas polarizações, como valores de VGS abaixo, próximos e acima da tensão de limiar VTH, tanto para um valor de VDS baixo, como um valor elevado, com a presença de um campo elétrico horizontal intenso, podendo assim observar, que a partir de determinado tamanho de dispositivo, o canal gradual perde uma parte de suas características no canal do dispositivo. No trabalho utilizou-se dos aparelhos de medição dispostos no Centro Universitário FEI e um chip com transistores de canal gradual a fim de observar também de maneira prática algumas das características que se desejava estudar. Então, utilizou-se da simulação para mudar as tecnologias e estruturas dos dispositivos estudados, a fim de estudar como cada mudança contribui para as características capacitivas do transistor, e como o canal gradual afetam o dispositivo