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Projetos de Pesquisa

Última atualização em Quarta, 16 de Março de 2022, 21h06 | Acessos: 3004

O Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica (PPEEL) possui 7 laboratórios nos quais são desenvolvidos 5 projetos de pesquisa de grupos de docentes e discentes envolvendo também diferentes colaborações via parcerias nacionais e internacionais.

 

I - Projeto de Pesquisa : Análise e Desenvolvimento de Sistemas e Dispositivos Óticos e de Radiofrequência 

Linha da Pesquisa: PROCESSAMENTO E TRANSMISSÃO DE SINAIS

O desenvolvimento do LASER e da fibra ótica no século XX foram os principais responsáveis pelo aumento das pesquisas em dispositivos óticos e pela quebra de paradigma nas telecomunicações. Atualmente, mais de 90% do tráfego de internet é suportado por cabos óticos submarinos interligando e aproximando continentes. Além disso, o impacto dessa tecnologia se estende a diversas áreas, como medicina, construção civil, metrologia e aviação, entre outras. Os sensores a fibra ótica apresentam inúmeras vantagens quando comparados aos análogos elétricos, entre estas, menor dimensão, menor peso, maior tempo de vida, imunidade à interferência eletromagnética, menor consumo de energia, resistência a ambientes corrosivos, integrabilidade à rede de comunicação de longa distância e alta sensibilidade. As propriedades óticas da fibra são sensíveis a perturbações mecânicas (vibrações, torções, deformações) e ambientais (temperatura, pressão, concentração de elementos químicos específicos em meios aquosos e gasosos) que ocorram na região próxima ao sensor.

Os circuitos fotônicos integrados ou circuitos óticos integrados (PICs – Photonics Integrated Circuits) são dispositivos que integram múltiplas funções e processamentos óticos de forma análoga aos circuitos eletrônicos integrados (ICs – Integrated Circuits). Entre os PICs destacam-se os desenvolvimentos do dispositivo em plataforma SOI (Silicon on Insulator), pelo menor custo, tamanho reduzido, grande densidade de componentes devida ao alto contraste de índice de refração entre o silício e a sílica, e a compatibilidade com a tecnologia de fabricação de CMOS, quando comparados a outros semicondutores. Nesse contexto, o primeiro objetivo deste projeto de pesquisa é analisar, otimizar e desenvolver dispositivos e sistemas óticos, por meio de simulações numéricas, montagem e caracterização experimental. Entre os dispositivos e sistemas destacam-se os sensores a fibra ótica e dispositivos em ótica integrada compatíveis com tecnologia CMOS.

 Em que pese o uso cada vez maior de sistemas e dispositivos óticos nas últimas décadas, cumpre destacar que os sistemas de radiofrequência (RF), por sua vez, continuam relevantes e presentes em diversas aplicações cotidianas. Os desenvolvimentos e as pesquisas para esses sistemas sempre se mantiveram presentes, com picos eventuais de esforços e mobilização de recursos ao longo dos séculos passado e atual. De modo geral, a utilização de faixas mais elevadas do espectro quase sempre permeou os desenvolvimentos tecnológicos que viabilizaram as diferentes gerações de equipamentos produzidos. Essa característica está presente na evolução de vários sistemas, como os de telefonia móvel e as redes sem fio, por exemplo.

No contexto atual dos sistemas de RF, em especial no seu segmento mais representativo, o das telecomunicações, dois macro-sistemas de destaque são a Internet das Coisas (IoT) e os sistemas móveis da 5a geração (5G). A IoT vem amadurecendo ao longo da última década, com uso crescente em diversas aplicações: agronegócio; casas inteligentes; entretenimento; medicina; cidades inteligentes; carros autônomos; transportes públicos; indústria; etc. Essa grande diversidade de cenários de uso impõe diferentes demandas quanto aos requisitos de conectividade dos dispositivos da IoT. É possível utilizar tecnologias / protocolos de comunicação existentes, mas há muito espaço para novos desenvolvimentos. Para tal, no que se refere aos requisitos de comunicações, é preciso analisar e propor soluções aos desafios diversos relativos ao canal de propagação, incluindo as antenas, bem como às técnicas de processamento de sinais necessárias para viabilizar as transmissões de dados.

Os sistemas 5G preveem requisitos muito mais ambiciosos de taxas de transmissão e redução da latência que a geração anterior de sistemas móveis (4G). De modo análogo aos desafios de viabilização e amadurecimento da IoT, o desenvolvimento dos sistemas 5G passa pela necessária pesquisa por soluções para atender àqueles rigorosos requisitos, em especial, buscando suplantar as limitações físicas que o canal de radiopropagação impõe. Alguns exemplos de tecnologias habilitadoras previstas são: o avanço das portadoras para as ondas milimétricas, e o uso de conjuntos de antenas em configuração MIMO (Multiple-Input, Multiple-Output) combinada com técnicas de conformação de feixes.

Com isso, o segundo objetivo deste projeto de pesquisa é a análise de sistemas de RF, com foco especial em explorar alguns desafios que o canal de propagação impõe à viabilização da radioconectividade de dispositivos na IoT, e à implementação de sistemas 5G. A lista com os principais temas atuais pertinentes é a seguinte: prospecção de cenários de uso da IoT e análise das características de radiopropagação respectivas; análise, medidas e simulação de canal de radiopropagação nas bandas daqueles sistemas; técnicas de processamento de sinais digitais voltadas à mitigação dos efeitos do canal de radiopropagação, incluindo antenas e seus efeitos; sistemas MIMO e antenas inteligentes; análise e projeto de antenas em micro-ondas e ondas milimétricas; e uso exploratório de plataformas de rádio definido por software (RDS) para aplicações de sondagem de canal, testes de formas de onda para IoT, análise de sistemas MIMO, uso de aprendizado de máquina e testes de algoritmos quânticos na otimização dos sistemas de telecomunicações, etc.

Docentes Envolvidos:

 João Terêncio Dias

Maurício Henrique Costa Dias

 Maria Aparecida Gonçalves Martinez

Maria Thereza Miranda Rocco Giraldi

 

II - Projeto de Pesquisa: Instrumentação Inteligente e Controle Avançado de Sistemas Incertos

Linha da Pesquisa: INSTRUMENTAÇÃO E CONTROLE 

A proposta geral deste projeto é desenvolver pesquisas aplicadas na área de sistemas de controle e analisar metodologias de controle aplicadas a sistemas não lineares incertos (ou seja, sistemas cujo modelo matemático seja impreciso ou cujas características variem com o tempo de forma pouco conhecida). A principal motivação é a riqueza de material teórico básico desenvolvido recentemente na literatura e a existência de muitos sistemas incertos de interesse prático, cujas características não lineares
significativas (ex: histerese, saturação, atrito seco, zona-morta, perturbações externas, etc) necessitam ser devidamente contempladas. Dentre os sistemas mencionados, incluem-se: sistemas mecânicos, sistemas robóticos (como manipuladores, robôs móveis em formação), sistemas robóticos de navegação, sistemas de servovisão e a robótica em escala de nanômetros (nanorobótica/nanotecnologia). No que tange aos sistemas mecânicos em geral, observa-se também que a presença de não linearidades é responsável pela enorme diversidade no seu comportamento dinâmico e as especificações de precisão e exatidão se tornam cada vez mais exigentes. Como resultado, metodologias de controle robusto e adaptativo, de controle a estrutura variável por modos deslizantes, controle com rejeição ativa de distúrbios (ADRC) com aplicações em servomecanismos vem ganhando importância prática. Estas estratégias, que cobrem sistemas não lineares multivariáveis, resultam no rastreamento preciso de trajetórias, ainda que sejam aplicadas a sistemas dinâmicos com parâmetros incertos e sujeitos a perturbações. Além disso, estratégias não lineares combinando metodologias de inteligência artificial como, por exemplo, lógica difusa (fuzzy logic), redes neurais artificiais e algoritmos genéticos serão considerados. A partir deste projeto, é possível fazer com que sistemas robóticos sejam aplicados nas mais distintas operações, tais como inspeções de grandes estruturas, vigilância e segurança, processos de supervisão, sistemas de entrega, entre outros, evitando riscos à operadores humanos.

Docentes Envolvidos:

 Alessandro Rosa Lopes Zachi 

Fabio Augusto de Alcantara Andrade  

Luis Fabián Olivera Mederos 

Milena Faria Pinto

Thiago Americano do Brasil

 

 

III - Projeto de Pesquisa: Nanotecnologia aplicada a nanomateriais funcionais na fabricação de dispositivos geradores e armazenadores de energia

Linha da Pesquisa: INSTRUMENTAÇÃO E CONTROLE 

As áreas do conhecimento do projeto têm profundo impacto sobre o atual cenário da Física, Química, Engenharia Elétrica e Engenharia de Materiais. Os temas abordados no projeto possuem aplicações diretas em nanotecnologia, energia renovável e limpa, armazenamento de energia gerada por gases, microeletrônica, filtragem adaptativa, instrumentação e física experimental com aplicabilidade em diversos setores acadêmicos e da indústria. A contribuição esperada desta pesquisa fornecerá informações para que indústrias, municípios, consultores e governos nacionais utilizem diretrizes básicas para avaliar a viabilidade da tecnologia de produção de hidrogênio de alta taxa como uma opção viável para energia renovável. Além de um  estudo teórico e experimental dos dispositivos fotovoltaicos que tem levado ao aumento das eficiências de conversão da energia solar em elétrica. O desenvolvimento de novos nanomateriais com possibilidade de utilização na estrutura de células solares, supercapacitores e biossensores abrangem conhecimentos e técnicas aplicáveis a diversas áreas de conhecimento.

Neste contexto, os pesquisadores vêm trabalhando em temas de pesquisa atuais e relevantes em termos de soluções para os problemas relacionados a fontes de energia de baixo custo e renováveis, com a construção de nanomateriais funcionais, além da modelagem matemática através do desenvolvimento de algoritmos baseados em filtros adaptativos para estimativa dos parâmetros inerentes aos dispositivos construídos nos laboratórios. Os grupos envolvidos têm gerado produção de conhecimento através de publicações científicas em periódicos qualificados e formação de recursos humanos em nível de mestrado e doutorado, projetos finais de graduação e projetos de iniciação científica.

 Docentes Envolvidos:

Ana Lucia Ferreira de Barros

Luis Fabián Olivera Mederos

Gabriel Matos Araújo

Diego Barreto Haddad

Milena Faria Pinto

Thiago Americano do Brasil

 

IV - Projeto de Pesquisa: Sistemas Inteligentes Aplicados

Linha da Pesquisa: PROCESSAMENTO E TRANSMISSÃO DE SINAIS

Este projeto de pesquisa pretende elaborar estratégias de processamento de sinais e de inteligência artificial capazes de inferir parâmetros ou informações necessárias às aplicações das mais diversas. As principais aplicações deste projeto estão nas áreas de acústica, neurociência da linguagem, visão computacional, predição de séries temporais, deep learning, ensino de engenharia, indústria de petróleo e energética. No caso do monitoramento acústico em ambientes adversos - por exemplo, com ruído de alta energia - é necessário o concurso de técnicas de processamento digital de sinais que atenuem o ruído. Entre tais técnicas, cumpre ressaltar: subtração espectral, separação cega de fontes, conformação de feixe (beamforming) e filtragem adaptativa (tanto a linear quanto a não linear). Outro exemplo ocorre na identificação e extração de características em sinais biológicos, imersos em ruídos diversos, que são fundamentais para auxiliar na resposta de questões experimentais em diversas áreas do conhecimento, bem como na construção de instrumentos de interface homem-máquina. Além destas, técnicas de visão computacional permitem controlar de modo robusto o posicionamento de câmeras de monitoramento ou o rastreamento de objetos ou pessoas. As ferramentas aqui empregadas podem ser aplicadas em um contexto de estímulo à aprendizagem em ciências e engenharias (STEM), através da comparação de métodos ou dispositivos de ensino. Na área da indústria de petróleo o alto nível de investimentos associados ao desenvolvimento e exploração de um reservatório torna tais tarefas muito difíceis de serem gerenciadas, já que pequenos erros podem causar imensos prejuízos. Nesse contexto, a boa tomada de decisão é crucial, o que faz com que os profissionais do setor busquem incessantemente por decisões ótimas. Entretanto, a complexidade desses processos, envolvendo um número enorme de variáveis, restrições e incertezas, torna as decisões ótimas muito difíceis de ser encontradas. Torna-se assim importantes pesquisas em desenvolvimento de Sistemas Inteligentes para o gerenciamento de reservatórios. 

Docentes Envolvidos:

 Luciana Faletti Almeida 

Diego Barreto Haddad

Fabio Augusto de Alcantara Andrade 

Gabriel Matos Araújo

João Terêncio Dias

Milena Faria Pinto

Thiago Americano do Brasil

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