Pesquisa Científica - Diferentes Áreas, Inúmeras Descobertas

Pesquisa Científica –Diferentes Áreas, Inúmeras Descobertas

Profa. Dra. Kalinka Castelo Branco

ICMC-USP

Slides baseados nos slides da Profa. Patrícia Tedesco, Prof. Denis Wolf, Prof. Fernando Osório, Prof. Onofre, dentre outros 300 pesquisadores envolvidos nos trabalhos mencionados nesta apresentação.

Agenda

O Processo de Pesquisa

Pesquisa e Desenvolvimento

Tipos de Pesquisa

Oportunidades – Áreas e Descobertas

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Para que Pesquisa?

Pesquisa como produtora de inovação Viabiliza o crescimento sustentável

Aumentando produtividade e competitividade

Gerando investimento, emprego e renda

Serve para... Criar novos artefatos

Explorar o desconhecido

Controlar a natureza

Entender os sistemas

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E como eu decido pesquisar?

Duas motivações... Intelectual

Melhorar a qualidade de vida, oportunizando aprendizado

Econômica Não precisa ficar pobre para ser pesquisador!

Economias Baseadas no conhecimento!

Brasil incentiva publicação mais não produtos... SERÁ... Qual a realidade hoje?

Cultura de Pesquisa como geradora de Riquezas!!!4

Onde estão os pesquisadores?

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Assim...

Universidade como formadora de pesquisadores...

Significa... Saber Organizar

Diferenciar

Obter

Produzir

Novos conhecimentos...

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Então... Pesquisa e Desenvolvimento são o que??

Pesquisa

Ferramenta para obtenção de Novos conhecimentos

Desenvolvimento

Aplicação destes conhecimentos para produção de artefatos

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Pesquisa...

Processo realizado para

Responder a uma questão

Resolver um ou vários problemas

Satisfazer a uma necessidade, criar, inventar.

Em resumo...

É um conjunto de investigações, operações e trabalhos intelectuais ou práticos, que objetiva descobrir novos conhecimentos, inventar novas técnicas e explorar ou criar novas realidades

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E estas pesquisas...

A necessidade de conhecer, faz a história de nossos avanços e fracassos elementos formadores de cultura.

Este conjunto é uma referência organizada das conquistas da humanidade.

A pesquisa nos traz presentes e desafios...

A gente aqui já faz pesquisa! E ciência...

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A Pesquisa Acadêmica

Revê as conquistas da humanidade.

Conteúdos precisam ser criticados e aprimorados!

Desperta o espírito de busca intelectual...

Vamos saber fazer as perguntas relevantes... E encontrar respostas interessantes!

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A Pesquisa “de Ponta”

Caracteriza-se como a atividade do indivíduo que...

Tendo dominado as respostas comuns, parte para a busca do novo... Mas

Isto deve ser feito com uma intenção específica, com método!

E tem só um tipo de pesquisa?

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Tipos de Pesquisa Científica

Pesquisa Científica:

Toda atividade de pesquisa que utilizar o método científico

Podem gerar conhecimento

Intelectual

Em forma de novos produtos, processos e conhecimentos resultantes

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Pesquisa Científica

Pesquisa ExplicativaPesquisa DescritivaPesquisa Exploratória

Estudo de CasoPesquisa OperacionalPesquisa Experimental

Pesquisa em CampoPesquisa em Laboratório

Pesquisa Básica Pesquisa Aplicada

Quanto à natureza

Quanto aos objetivos

Quanto aos procedimentos

e/ou

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Pesquisa Quanto à Natureza

Pesquisa Científica

Pesquisa Básica ou Fundamental

Pesquisa Aplicada

Quanto à natureza

Gera produtos, processos

+

Conhecimentos com finalidade imediata

Gera conhecimentos sem finalidades imediatas

Conhecimentos utilizados em pesquisa aplicada

Melhoria da Qualidade de Vida 15

Principais Características

Pesquisa Básica

Visa entender ou descobrir novos fenômenos

Gera conhecimentos básicos

Não é reservada

Requer a divulgação dos conhecimentos

Produz artigos científicos

Pesquisa Tecnológica

Visa aplicar conhecimentos básicos

Pode ou não ser reservada

Produz produtos, processos e patentes

Gera novas tecnologias e conhecimentos

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A Pesquisa Básica

Fundamental para obtenção de conhecimentos elementares Novos elementos químicos

Novas fontes de energia

Estudos teóricos para relacionar dados são importantíssimos!

Na Computação Novas linguagens e SOs

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Pesquisa Tecnológica

Utiliza conhecimentos básicos, tecnológicos e tecnologias para gerar novos produtos

Conhecimentos envolvidos podem ser de outras áreas

Na computação: produção de software.

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Um exemplo...

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Pesquisa quanto aos Objetivos

Pesquisas Exploratórias

Visam

descobrir teorias e práticas que modificarão as existentes;

criar maior familiaridade com os fenômenos

Obtenção de inovações tecnológicas

Normalmente exigem experimentações, que acarretam achados e elucidações de fenômenos.

Quase sempre feitas com levantamento bibliográfico, entrevistas, pesquisas web...

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Pesquisas quanto aos Objetivos

Pesquisas Descritivas

Acontecem após a pesquisa Exploratória.

Objetivam observar, registrar e analisar os fenômenos (com que freqüência acontecem, que estrutura têm, como funcionam)

Implicam na realização de observação sistemática e não participante.

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Pesquisas quanto aos Objetivos

Pesquisas Explicativas

Visam ampliar generalizações,

definir leis

estruturar e definir modelos,

relacionar hipóteses existentes e gerar novas via dedução

Exigem maior investimento na síntese, teorização e reflexão sobre o objeto

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Ainda sobre Pesquisas Explicativas

Explicam os porquês

Exigem aplicação de métodos de modelagem e simulação para reproduzir fenômenos

Utilizam amplamente estudos de caso

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Pesquisa quanto aos Procedimentos

1. Entender a natureza da pesquisa

2 Determinar o Objetivo da Pesquisa

3. Escolher o Procedimento de Execução

Pesquisa Experimental Pesquisa Operacional Estudo de Caso

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Pesquisa Experimental

Viabiliza novas descobertas: materiais, componentes, métodos, técnicasUsada para obter novos conhecimentos e protótiposRequer manipulação e coleta de dados imparcialInovações geradas a partir de estudos de laboratório, os experimentosExperimentar significa: elaborar e formular novos elementos, testar materiais e componentes, simular eventos, inferir e introduzir variáveis, realizar modelagens.

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Pesquisa Operacional

Investigação sistemática dos processos de produção Usa ferramentas estatísticas e métodos matemáticos

Visa selecionar os meios para produção, comparando custos, eficiência e valores

Algumas aplicações Controle e produção de estoques

Processos e operações de manufatura

Projeto e desenvolvimento de produtos

Engenharia e manutenção de fábricas

Administração de RH

Gestão e Vendas

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Estudo de Caso

Possibilitam que se explique um sistema em seu ambiente.

Um caso pode ser...

Uma decisão,

Um programa

Um processo de implantação

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Pesquisa segundo as fontes de Informação

Pesquisa de Campo

Vai observar o lugar natural onde ocorrem os fenômenos.

Procedimentos de coleta: observações, entrevistas, etc.

Pesquisa de Laboratório

Artificializa a produção do fato – ou da sua leitura

Bibliografia

Deve encabeçar qualquer processo de busca que se inicie!

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Oportunidades – Diferentes Áreas

Desenvolvimento de Software;

Engenharia de Software;

Redes de Computadores;

Segurança;

Inteligência Artificial;

Banco de Dados;

Processamento de Imagens;

Hardware, entre outras.

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Inúmeras Descobertas

O que posso fazer e pesquisar?

O que consigo pensar em descobrir?

Como posso fazer isso?

Quais são as descobertas a seremfeitas?

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Parts of Tiriba’s Feature Model

31

Parts of Tiriba’s Feature Model

32

Part of Tiriba’s Feature Model

Examples of constraints among features

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Tiriba’s Product Line Architecture

Propulsion SystemNavigation & Flight Sensors

Barometric UnitInertial Unit

Payload

Navigation

System

Flight Control

SystemActuators

Communication

System

GPS

Acceleration 3D

Angular Speed 3D

Magnetic Field 3D

Static Pressure

Temperature

Differential Pressure

Photo Camera

Video RGB

Camcorder

Video Thermal

Video Transmitter

Motor

Main Battery

Speed Controller

Sensors:Voltage, Current

RPM, Temperature

Charge Level

Optical Measument Unit

AirframeGround Control

Station

Launch/Recovery

Systems

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Tiriba Logic block and Corresponding Automatically Generated Code

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• Um dos principais focos de nossa pesquisaé o desenvolvimento de robôs de serviço usadosem tarefas de patrulhamento de ambientes internosatravés de tele-operação e navigação autônoma:

• Detecção e resposta a incidentes

Câmera Térmica (Far IR):(a) Imagem colorida “normal”

(b) Imagem térmica(c) Detecção de intrusão

(a)

Alert: Intrusion

(b) (c)

GT1 – Robôs Táticos (Indoor)

IP addresses and the port numbers of the components.

Stereo Camera

Sensors

Laser Sensors

Color Camera

Wi-Fi Connection

Sonares

Thermal CameraFLIR PathFindIR:320x240 / 720x480256 levels (gray levels)

Laser SICK LMS 200Distance: Up to 80 meters 75 Hz / 180 degrees scan

Laser Hokuyo4 meters270 degrees

GT1 – Robôs Táticos (Indoor)

IP addresses and the port numbers of the components.

Sensores

Robôs Móveis

(i) GPS Garmin

GT1 – Robôs Táticos (Indoor)

IP addresses and the port numbers of the components.

INCT-SEC Tele-OperaçãoRobô móvel controlado remotamente e/ou controlado autônomamente na USP ICMC - São Carlos. Sistema de controle remoto executando na PUC-RS em Porto Alegre (1.300Km distante da USP)

Sensor Laser

GT1 – Robôs Táticos (Indoor)

IP addresses and the port numbers of the components.

INCT-SEC Semi and Autonomous Robot ControlArchitecture

“Mobile robots design and implementation: from virtualsimulation to real robots”. Published in:Virtual, Interactive and Integrated Product Design and Manufacturing for Industrial InnovationVolume: Research in Interactive Design – Springer Verlag.Nadeau, Jean-Pierre; Fischer, Xavier (Eds.) 1st Edition., 2011, XII, 146 p. With CD-ROM., ISBN: 978-2-8178-0168-1.

GT1 – Robôs Táticos (Indoor)

IP addresses and the port numbers of the components.

INCT-SEC Navegação e Monitoramento Interno (videos)

Publicações:

Visual Navigation System IEEE LARS 2010

Localization and Topological Navigation, Human Detection using Thermal CameraSubmitted to CBSEC 2011

GT1 – Robôs Táticos (Indoor)

O problema ...GT2 – Veículos Autônomos

GT2 – Veículos Autônomos

Motivações

• Acidentes motivados por imperícia e desatenção

• Custos materiais e humanos

• Condições de tráfego

• Qualidade de vida e aspectos sociais

Motivação e Aplicações

IP addresses and the port numbers of the

components.Brazil: Local ProblemsBad conditions and conservation of “some” roads

They didn't tell me this hole could be so huge!!

Motivação e Aplicações

IP addresses and the port numbers of the

components.Brazil: Local ProblemsTraffic education - Behavior of Pedestrians and Conductors

* Respect crosswalks* Use footbridge* Pedestrian * Conductors

Motivação e Aplicações

IP addresses and the port numbers of the

components.Brazil: Local ProblemsTraffic education - Behavior of Pedestrians and Conductors

* Respect crosswalks* Use footbridges* Pedestrian behavior * Conductors behavior

Brazilian educational campaign:

USE CROSSWALKS!

Motivação e Aplicações

IP addresses and the port numbers of the

components.Brazil: Local ProblemsRoad Signs: drive at night, speed bumps, visibility, …

Speed Bump: Does it helps?

GT2 – Veículos Autônomos

IP addresses and the port numbers of the components.

Desafio… Veículos Inteligentes comCondução AssistidaCondução Autônoma

No Brasil, poucas instituições tem desenvolvidotrabalhos nesta “direção” e o INCT-SEC vem atuandofortemente no desenvolvimento de soluçõesrobustas para esta área.

IP addresses and the port numbers of the components.

Laser Range Finders

Camera

GPS, IMU, and compass

Sensores

DC Motor

Encoder

Motor Controller

Atuadores

Acceleration Control

Engine: electric 48vAutonomy: 8-10hsMax speed: 32km/hPayload: 363kg

Especificações

INCT-SEC

Veículo AutônomoElétrico

GT2 – Veículos Autônomos

IP addresses and the port numbers of the components.

INCT-SEC Algoritmo de deteção de Vias

Urban Environment Rural Area

Rain Night

* Shinzato, P. Y. ; Wolf, D. F. . A Road Following Approach Using Artificial Neural Networks Combinations, Journal of Intelligent & Robotic Systems, 2010

GT2 – Veículos Autônomos

IP addresses and the port numbers of the components.

INCT-SEC Assisted Driving System

Vehicle Position

Expected trajectory

Obstacles

Laser information

Camera Image

* FERNANDES, L. C. ; OSORIO, F. S. ; Wolf, D. F. ; DIAS, M. A. . A Driving Assistance System for Navigation in Urban Envronments. In: Ibero-American Conference on Artificial Intelligence, 2010

GT2 – Veículos Autônomos

IP addresses and the port numbers of the components.

INCT-SEC - Parceiros

Fiat Stylo / EESC –ICMCSENA ProjectAssisted Driving

CTI – CENPRAAutomated VehicleDrive-by-Wire and Sensors

GT2 – Veículos Autônomos

IP addresses and the port numbers of the components.

Navegação Autônoma *

Vision-based obstacle avoidance

GPS-based Autonomous navigation

* J. Souza, D. Sales, P. Shinzato, F. Osório and D. Wolf, Template-based autonomous navigation in urban environments, In ACM Applied Computing Sysposium, 2011

GT2 – Veículos Autônomos

IP addresses and the port numbers of the components.

Autonomous Navigation *

Vision-based obstacle avoidance

GPS-based Autonomous navigation

* J. Souza, D. Sales, P. Shinzato, F. Osório and D. Wolf, Template-based autonomous navigation in urban environments, In ACM Applied Computing Sysposium, 2011

GT2 – Veículos Autônomos

O QUE SIGNIFICA

SEGURANÇA???

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QUANTA SEGURANÇA??

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Detector de Enchentes

Localização dos experimentos

Pesquisa corrente

Mapa do local de experimentos em São

Carlos e o primeiro nó para o projeto REDE

GT 3 - Veículos Aéreos Autônomos

Parts: (1) on-board system block diagram,

(2) the aircraft

(3) mission planner

(2)

(2)

(1)

(3)

Projeto Tiriba

BASIC SPECIFICATIONS OF TIRIBA AIRCRAFT

Propulsion Electric, 1.2KW

Max Takeoff

weight

3 Kg

Payload 0.7 Kg

Endurance 40min/1h30min

Cruiser speed 100Km/h /60Km/h

Takeoff hand launch/catapult

Landing Automatic, parachute

Missions Autonomous

Ground Station Smartphone based

Assembly time 10 min

Projeto Tiriba Especificações Básicas

Projeto TiribaComponentes de Hardware

Parts: (1) on-board system diagram details,

(2) Tiriba auto-pilot main board

(2) (1)

Quatro processadores

(microcontroladores PIC32 80 MHz )

GT 3 - Veículos Aéreos Autônomos

Placa do Piloto

Automático do

Tiriba

GT 3 - Veículos Aéreos Autônomos

Protótipo do Tiriba em Vôo –

Teste da Unidade Inercial e

Barométrica

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Placa do Piloto Automático do Tiriba

Quatro processadores

Processador de missão – responsável pela comprimento de missões

planejadas (estação de solo);

Processador de controle – responsável pelo controle de vôo da

aeronave (comando da estação base)

Os dois últimos – implemetam os dois conjuntos de principais de

sensores de vôos

Unidade inercial integrada a GPS e Medida de campo magnético

terrestre – cálculo da atitude da aeronave

Unidade barométrica – responsável pela medição da velocidade

aerodinâmica, altitude barométrica e taxa de subida.

Aquisição de Imagens

Tratamento de Imagens -Ortoretificação

Tratamento de Imagens -Mosaicagem

Class %

Culture 65,5

Invasive pests 1,2

Straw 7,8

Bare Soil 25,5

Aplicações - Agricutura

Aplicações – Monitoramento Ambiental

Imagens Sobrepostas – VANT e

Satélite

Aplicações – Monitoramento Ambiental

Imagens obtidas com

o VANT

Aplicações – Monitoramento Ambiental

•Wing load: 47 Kg/m²

•Dry Weight: 35 Kg

•Maximum takeoff weight: 120 Kg

•Paylod: 45 Kg

•Propulsion: 2 DLE-222 - 21.5Hp´s each

•Stol speed (flaps on, ISA): 72 Km/h

•Cruise speed(8000 ft; ISA+10): 200 Km/h

•Autonomy: 30.5 Horas

•Cruise range: 6100 Km

•Rate of climb: 2000 Pés/min

•Take off and landing distance: 250 m

Projeto SarVant

INCT-SEC e RIPSEC Web Sites

http://www.inct-sec.org

http://www.ripsec.org

Laboratório de Sistemas Embarcados Críticoswww.lsec.icmc.usp.br

LSEC – Lab. de Sistemas Embarcados Críticos

Kalinka Castelo Branco -kalinka@icmc.usp.br