REDES NEURAIS E ANÁLISES GEOLÓGICAS

Redes neurais são modelos computacionais inspirados na estrutura e no funcionamento do cérebro humano, capazes de aprender a partir de dados e realizar tarefas complexas. Uma das áreas de aplicação das redes neurais é a análise geológica, que envolve o estudo das características e dos processos da Terra. Neste texto, vamos abordar alguns aspectos e desafios dessa aplicação. A análise geológica pode envolver desde a identificação de minerais e rochas, até a avaliação da vulnerabilidade ambiental de bacias hidrográficas, passando pela detecção de mudanças no uso do solo e pela previsão de recursos energéticos solares. Para cada uma dessas tarefas, existem diferentes tipos e fontes de dados, como imagens de satélite, mapas geológicos, dados climáticos, entre outros. As redes neurais podem ser utilizadas para processar esses dados e extrair informações relevantes para a tomada de decisão. As redes neurais apresentam diversas vantagens para a análise geológica, como a capacidade de lidar com dados ruidosos, incompletos ou incertos, a flexibilidade para se adaptar a diferentes problemas e cenários, e a possibilidade de aprender sem a necessidade de regras pré-definidas. No entanto, também existem algumas dificuldades e limitações, como a necessidade de uma grande quantidade de dados para o treinamento, a complexidade para interpretar os resultados e os mecanismos internos da rede, e a dependência dos parâmetros e da arquitetura escolhidos pelo usuário.

Sob essa perspectiva, pesquisadores da Universidade de Brasília (UnB) desenvolveram um software chamado Space Change Detector, que implementa uma rede neural não-supervisionada do tipo SOFM (Self-organizing Feature Map) para reconhecer mudanças no uso do solo utilizando imagens de satélite. O software permite comparar duas imagens de uma mesma região em diferentes períodos de tempo e identificar as áreas que sofreram alterações. Essa informação pode ser útil para monitorar o impacto das atividades humanas no meio ambiente e planejar ações de conservação.

VANTAGENS

• Eficiência: Permite detectar mudanças no uso do solo de forma rápida e automática, sem a intervenção de um especialista;
• Facilidade de Uso: Utiliza uma rede neural não-supervisionada, que não requer dados rotulados ou conhecimento prévio sobre as classes de interesse;
• Versatilidade: Aplica-se a diferentes tipos de imagens de satélite, independentemente da resolução espacial ou espectral;
Produz um mapa de mudanças que pode ser visualizado em diferentes níveis de detalhe e sobreposto a outras camadas de informação. 

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REDES NEURAIS SOM E TASOM

Redes neurais são modelos computacionais inspirados no funcionamento do cérebro humano, capazes de aprender a partir de dados e realizar tarefas complexas. Uma das formas de aprendizado das redes neurais é a auto-organização, que consiste em ajustar os pesos das conexões entre os neurônios de acordo com a similaridade dos dados de entrada. Uma rede neural de Kohonen clássica (SOM) é um tipo de rede neural auto-organizável que forma um mapa bidimensional dos dados de entrada, preservando as relações topológicas entre eles. Uma rede neural de Kohonen adaptativa ao tempo (TASOM) é uma extensão da SOM que leva em conta a variação temporal dos dados, permitindo que o mapa se adapte às mudanças nos padrões de entrada. O desenvolvimento dessas tecnologias envolve diversos desafios, como a escolha dos parâmetros de aprendizado, a definição da função de vizinhança, a avaliação da qualidade do mapa gerado e a interpretação dos resultados. Além disso, essas redes neurais requerem um alto custo computacional para processar grandes volumes de dados, o que pode limitar sua aplicação em cenários reais.

Sob essa perspectiva, pesquisadores da Universidade de Brasília (UnB), desenvolveram o software comparador de redes neurais de Kohonen, que tem o objetivo de analisar e comparar o funcionamento e o desempenho de dois tipos de redes neurais artificiais: a rede neural de Kohonen clássica (SOM) e a rede neural de Kohonen adaptativa ao tempo (TASOM). O software permite parametrizar as redes, alimentá-las com dados de treinamento, teste e uso, observar o comportamento dos algoritmos e avaliar a performance de cada uma delas. O software foi desenvolvido porque havia a necessidade de comparar o algoritmo TASOM, que é uma evolução do algoritmo SOM e possui aprendizagem incremental, com o algoritmo SOM, que é o mais utilizado na literatura. Assim, era preciso verificar como os dois algoritmos funcionavam internamente e como era o seu desempenho ao serem apresentados ao mesmo conjunto de dados.

VANTAGENS

 • Eficiência: Permite a observação do comportamento e a avaliação da performance dos algoritmos SOM e TASOM, que diferem na forma de aprendizagem incremental;
O software contribui para o avanço do conhecimento sobre as redes neurais de Kohonen e suas aplicações em diversas áreas.
• Versatilidade: Possibilidade de parametrizar, treinar, testar e usar dois tipos de redes neurais de Kohonen: a clássica (SOM) e a adaptativa ao tempo (TASOM).

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INTELIGÊNCIA ARTIFICIAL PARA PROCESSAMENTO DE LINGUAGEM NATURAL NA ADMINISTRAÇÃO PÚBLICA

O processamento de linguagem natural (PLN) é uma área da inteligência artificial que estuda como os computadores podem entender e gerar textos em linguagem humana. Essa tecnologia pode ser útil na administração pública, pois permite automatizar tarefas que envolvem o processamento de documentos, como classificação, extração de informações, resumo, tradução e geração de textos, além de possibilitar a análise de grandes volumes de dados textuais. As principais vantagens do PLN são a rapidez, a precisão e a escalabilidade, pois as máquinas podem processar grandes volumes de dados em pouco tempo e com baixo custo. No entanto, o PLN também enfrenta desafios, como a diversidade e a complexidade das línguas humanas, a necessidade de dados de qualidade e de ética no uso da tecnologia, e a garantia de segurança e privacidade dos dados processados.

Sob essa perspectiva, pesquisadores da Universidade de Brasília (UnB), desenvolveram um programa de computador intitulado “Construção de um Corpus para extrair entidades nomeadas do Diário Oficial da União utilizando Aprendizado Supervisionado”. O programa é uma ferramenta de processamento de linguagem natural (PLN) que utiliza o Diário Oficial da União (DOU) como fonte de informação para identificar e classificar entidades nomeadas, tais como pessoas, organizações, locais, datas e valores. O programa também propõe a construção de um corpus anotado manualmente com as entidades nomeadas extraídas do DOU, e avalia o desempenho do método de extração utilizando esse corpus como referência. Além disso, o programa implementa uma aplicação que mostra os resultados das extrações do corpus utilizado, facilitando a verificação e a análise dos dados.

VANTAGENS

• Segurança: Utiliza o Diário Oficial da União como fonte de informação confiável e atualizada para identificar e classificar entidades nomeadas;
• Eficiência: Avalia o desempenho do método de extração utilizando o corpus do DOU, verificando a qualidade e a precisão dos resultados;
Demostra os resultados das extrações do corpus utilizado, facilitando a verificação e a análise dos dados;
Contribui para o avanço do conhecimento sobre o reconhecimento de entidades nomeadas em português.
• Escalabilidade: Processamento de grandes volumes de dados em pouco tempo.

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AUTOMAÇÃO E CONTROLE

A garantia da qualidade e segurança de testes são as duas grandes razões que fazem do controle de temperatura na indústria. Isso ocorre devido ao fato de que testes termomecânicos de ligas metálicas, são processos sensíveis a oscilações temperaturas. Afinal, o material a ser testado tem como objetivo final funcionar em estresse constante em máquinas, motores e afins, e qualquer desvio dos níveis ideais pode prejudicar suas propriedades. Nesse panorama, testes automatizados possuem as vantagens de não possuírem restrições de tempo. Sendo possível incluir controles intuitivos para evitar usos imprecisos, que podem ser potencialmente perigosos para o equipamento, podem vir a arruinar o teste. Juntamente a esses fatores, o produto que está sendo desenvolvido, precisa apresentar características desejadas, e uma avaliação precisa e obrigatória. Outro ponto forte é a possibilidade de ser utilizado sem restrição de tempo e disponibilidade permanente.

Pensando nisso, pesquisadores(as) da Universidade de Brasília, criaram um programa de computador de automação de testes Controle de carga e temperatura. Este software é capaz de realizar os seguintes ensaios:
1. Controle de carga temperatura constante (CC – TC): Neste ensaio, cargas são aplicadas ciclicamente de forma muito lenta ao mesmo tempo em que ocorre um controle de temperatura de forma que seja mantida constante.
2. Controle de carga variável e temperatura constante (CV – TC): a) Neste Ensaio, a carga máxima aumenta a cada ciclo até um valor máximo definido. A taxa é de 10% até a b) carga máxima definida partindo-se de um valor mínimo de carga. c) A temperatura é mantida constante.
3. Controle de carga constante e temperatura variável (CC – TV): a) Neste Ensaio, a carga é mantida constante a cada ciclo e a temperatura de ensaio é aumentada a partir de um valor mínimo definido. b) A taxa de aumento de temperatura é de 1ºC, mas pode ser alterada pelo usuário.

VANTAGENS

 • Eficiência: Precisão nos testes;
Redução de tempo operacional;
• Versatilidade: Possibilidade de testes com Múltiplos parâmetros. 

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FERRAMENTA PARA PROMOVER A CONSTRUÇÃO DE EDIFICAÇÕES AMBIENTALMENTE SAUDÁVEIS

Ventilar naturalmente os recintos que compõem uma habitação implica, por exemplo, em reduzir o nível de exposição dos ocupantes a substâncias químicas e/ou orgânicas nocivas à saúde. A disseminação de possíveis patógenos por meio do ar, através de gotículas e aerossóis, como o SARS-CoV-2, se deve tipicamente pela tosse, pelo espirro, pela respiração, pela descarga sanitária, pela conversação próxima, entre outros. Assim, em ambientes com baixa renovação do ar ou dependentes unicamente de sistema artificial de climatização, a transmissão desse tipo de patógeno pode ocorrer diretamente pelas vias respiratórias e/ou indiretamente pela suspensão de partículas acumuladas em superfícies. No cenário de médio e longo prazo haverá uma forte necessidade de repensar como as habitações deverão ser projetadas, construídas e mantidas – no sentido de cumprir sua função de abrigo e elemento de promoção do bem-estar social, sustentabilidade e qualidade ambiental.

Diante desta demanda, os pesquisadores(as) da Universidade de Brasília desenvolveram o software Q-VENT, que realiza o cálculo das renovações de ar que ocorrem por hora, em recintos fechados, em edificações residenciais, em escritórios e hospitais. O cálculo é realizado após o usuário do programa inserir as informações referentes às variáveis principais solicitadas (local/cidade, orientação da abertura, área efetiva de abertura, volume do ambiente e altura da abertura). Ao inserir tais informações, o algoritmo identifica a velocidade do ar correspondente, quantifica a renovação do ar e compara com parâmetros de referência do seu banco de dados. Assim, por meio de uma escala de cores/valores, o usuário é informado se as condições atuais do ambiente em estudo atendem ou não aos parâmetros de referência selecionados.

VANTAGENS

• Facilidade de uso: Utiliza equações simplificadas em seu algoritmo de cálculo que fornecem valores aproximados de grande utilidade durante as etapas iniciais do projeto;
Não requer treinamento para ser usado.
• Eficiência: Rapidez na obtenção dos resultados: exige dados de inserção básicos que podem ser alterados facilmente, fornecendo uma análise instantânea compatível com as alterações constantes de projeto dentro da elaboração do estudo preliminar.

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MAXIMIZANDO O POTENCIAL SOLAR

A preocupação com as mudanças climáticas, decorrentes do aumento das emissões de gases de efeito estufa, tem impulsionado a necessidade de encontrar alternativas mais sustentáveis e amigáveis ao meio ambiente.

Em busca por soluções energéticas mais sustentáveis e renováveis, as usinas heliotérmicas procuram armazenar o calor gerado pelos raios solares e transformá-lo em energia elétrica produzida de forma limpa e sustentável.

Softwares foram desenvolvidos para analisar a viabilidade técnica e econômica de usinas heliotérmicas do tipo calha parabólica e através da análise detalhada dos componentes da usina e de uma avaliação econômica, o programa fornece informações importantes para investidores e tomadores de decisão, interessados em explorar o potencial das usinas heliotérmicas.

A concepção desse tipo de software também está alinhada com as políticas e metas estabelecidas pelo governo brasileiro para incentivar a geração de energia renovável e diversificar a matriz energética.

CÁLCULO DE VIABILIDADE TÉCNICA-ECONÔMICA DE USINA HELIOTÉRMICA DO TIPO LFR

O objetivo do software desenvolvido é executar a análise de viabilidade técnica-econômica de usinas heliotérmicas do tipo LFR (Linear Fresnel Reflector - Refletores Lineares de Fresnel) no Brasil. A metodologia aplicada é composta das seguintes etapas: i) Avaliação técnica, onde são implementados os modelos dos componentes da usina, sendo eles: o campo solar, o receptor, o ciclo de potência e o sistema de armazenamento térmico; ii) análise de viabilidade econômica. Por meio do cálculo da energia anual ao longo da vida útil da planta, o software contempla a análise de viabilidade econômica considerando-se que a energia elétrica produzida é vendida no Ambiente de Contratação Regulado (ACR) do Mercado de Energia Elétrica Brasileiro (MEEB).

A análise de viabilidade econômica é feita considerando-se os indicadores Valor Presente Líquido (VPL), Taxa Interna de Retorno Modificada (TIRM), Payback Descontado (PBD) e o Custo Nivelado de Energia (LCOE). O software desenvolvido emprega o método de otimização estrutural paramétrica para otimizar os parâmetros técnicos da usina LFR. Além disso, ele realiza uma análise de sensibilidade dos principais parâmetros que afetam o VPL do projeto otimizado. Com os resultados da análise de sensibilidade, define-se um cenário otimista, o qual permite mostrar que este tipo de projeto pode ser viável no Brasil.

VANTAGENS

• Facilidade de Uso: Facilidade na análise de viabilidade;
• Eficiência: Rapidez no processo de tomada de decisão;
• Versatilidade: Uso simultâneo e automatizado de diversas técnicas e indicadores.

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INTERPRETAÇÃO DE DADOS E GRAFOS

Os programas de reconhecimento e interpretação de dados em forma de grafo têm se tornado cada vez mais populares nos últimos anos, com as empresas reconhecendo o valor que esses programas podem trazer para sua tomada de decisão. Os grafos são uma estrutura de dados extremamente flexível que pode representar relações entre entidades e ajudar a modelar problemas complexos. Os programas de reconhecimento e interpretação de dados em forma de grafo permitem que os usuários façam perguntas complexas em tempo real e obtenham respostas rapidamente e de forma confiável. Esses programas também permitem que os usuários explorem relacionamentos entre diferentes entidades e façam conclusões significativas com base nos dados. Além disso, os programas de reconhecimento e interpretação de dados em forma de grafo também permitem que os usuários criem visualizações ricas e intuitivas para melhorar a compreensão dos dados e tornar mais fácil a identificação de padrões ocultos. Em suma, os programas de reconhecimento e interpretação de dados em forma de grafo são extremamente úteis para as empresas que desejam extrair informações significativas dos seus dados.

Sob essa perspectiva, pesquisadores da Universidade de Brasília (UnB) desenvolveram um software que permite a visualização de dados em forma de grafo, com o objetivo de facilitar a interpretação e criar relações entre as entidades. O software utiliza arquivos no formato CSV para estruturar os dados de entrada, inserindo-os em um banco de dados orientado a grafos e criando os relacionamentos utilizando a ontologia para estabelecer a semântica da visualização.

VANTAGENS 

• Eficiência: Permite aos usuários fazer perguntas complexas em tempo real e obter respostas rapidamente e de forma confiável;
Possibilita aos usuários explorar relacionamentos entre diferentes entidades e tirar conclusões significativas baseadas nos dados;
Facilita a criação de visualizações ricas e intuitivas para melhorar a compreensão dos dados;
Permite a identificação de padrões ocultos nos dados.
• Versatilidade: Uso de arquivos no formato CSV para estruturar os dados de entrada e criar relações usando ontologia para estabelecer a semântica da visualização. 

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PROCEDIMENTOS OPERACIONAIS PADRÃO (POPs)

Os Procedimentos Operacionais Padrão (POPs) são documentos que descrevem os processos e as operações que devem ser seguidos por uma empresa ou órgão público. Eles são essenciais para a execução de tarefas efetivamente e de maneira consistente. Os POPs são importantes porque fornecem uma base para as operações da empresa, garantindo que todos os processos sejam executados de forma consistente. Eles também ajudam a reduzir erros e aumentar a produtividade, pois todos os funcionários sabem exatamente o que fazer e como fazer.

No entanto, existem alguns problemas que podem surgir quando se trabalha com POPs. A falta de clareza e a complexidade dos processos podem gerar confusão e atrasos. Além disso, os processos podem mudar com o tempo e os POPs precisam ser atualizados para refletir essas mudanças.

Sob essa perspectiva, pesquisadores da Universidade de Brasília (UnB) desenvolveram o My Little POPs (MLP), um sistema web que visa aprimorar o processo de realocação de Procedimentos Operacionais (POPs), nos formatos “pdf” e “docx”, para o sistema CITSmart do MCTIC. O MLP organiza os POPs por estado e permite a entrada de dados através de um Mini-office, o que torna o processo mais ágil e eficiente. Além disso, a ferramenta facilita a extração de conteúdo do procedimento, tornando-o mais acessível e possibilitando a realocação dos documentos de forma mais rápida.

VANTAGENS

 • Eficiência: Permite a realocação de documentos de forma mais rápida;
Organiza os POPs por estado;
Torna o processo mais ágil e eficiente.
• Facilidade de Uso:Facilita a extração de conteúdo do procedimento;
Possibilita a entrada de dados através de um Mini-office. 

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COLOIDES MAGNÉTICOS

Coloides magnéticos do tipo iônico são sistemas coloidais formados por íons dispersos em um líquido iônico, que é um composto orgânico que se encontra no estado líquido à temperatura ambiente. Esses coloides apresentam propriedades magnéticas que podem ser controladas por um campo magnético externo, o que os torna potencialmente úteis para diversas aplicações, como separação de fases, catálise e biomedicina.

Simulações computacionais podem auxiliar na descrição desses sistemas, pois permitem estudar as interações entre as partículas coloidais e o meio dispersante, bem como as propriedades estruturais, dinâmicas e termodinâmicas dos coloides. Além disso, as simulações podem fornecer informações sobre os efeitos do campo magnético, da temperatura, da concentração e do tamanho das partículas sobre o comportamento dos coloides magnéticos do tipo iônico.

Sob essa perspectiva, pesquisadores da Universidade de Brasília (UnB), desenvolveram o programa MagLiq-pH, um software capaz de simular coloides magnéticos do tipo iônico, que são misturas de partículas carregadas e dispersas em um meio líquido. O software utiliza o algoritmo de Metropolis, um método estatístico que gera uma amostra representativa do sistema em equilíbrio, para calcular propriedades macroscópicas dos coloides magnéticos, como a interação entre as partículas, a estabilidade coloidal e o efeito do pH do solvente na carga superficial das partículas. O programa MagLiq-pH é uma ferramenta útil para o estudo e a aplicação de coloides magnéticos, especialmente em áreas biomédicas, pois permite prever o comportamento dessas misturas em diferentes condições ambientais.

VANTAGENS

• Eficiência: Cria uma amostra representativa do sistema em equilíbrio;

É útil para o estudo e aplicação de coloides magnéticos em áreas biomédicas e catálise;
Calcula o efeito do pH do solvente na carga superficial das partículas.
• Versatilidade: Possibilita prever o comportamento dos coloides magnéticos em diferentes condições ambientais.

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VISÃO COMPUTACIONAL

O Processo de determinação de Atitude utilizando visão computacional refere-se aos processos de terminar a orientação de um objeto em um espaço tridimensional por meio da informação visual. Essa informação é tipicamente obtida utilizando algorítimos de computador que analisam as imagens capturadas por câmeras. Em um programa típico de determinação de atitude, as câmeras capturam imagens de características distintas no ambiente, como cantos, linhas e pontos. Essas caraterísticas são então usadas para determinar a posição de orientação do objeto relativos as câmeras. Os algoritmos usados no processo são baseados em uma variedade de visões computacionais, como a capacidade de detecção, reconhecimento de objetos ou estruturas de movimento. Uma vez que a posição e a orientação do objeto foram determinadas, a informação pode ser usada para controlar o movimento do objeto, monitorar sua posição com o tempo ou executar outras tarefas que requerem alguma referência da posição do dispositivo.

Pensando nisso, pesquisadores (as) da Universidade de Brasília, criaram um programa baseado em programa capaz de mensurar a atitude de veículos autônomos, especialmente nanosatélites. O conjunto de software denominado ADCV foi concebido e escrito para determinar a orientação de uma plataforma de testes de nanosatélites utilizando visão computacional e disponibilizar os dados obtidos em uma rede local através de uma porta escolhida pelo usuário. O Software fará aquisição de imagem que serão calculadas para determinar a atitude, por meio de um conjunto de câmeras. As imagens capturadas serão armazenadas para a extração de características como cantos, pontas ou estruturas arredondadas. O satélite, que necessitar saber sua orientação ou atitude no espaço, irá executar uma série de funções, como apontar seus sensores e/ ou antenas na direção certa para manter órbitas estáveis, e controlar a atitude para evitar colisões com outros objetos. Dessa forma, o software sincronizará as funções motoras do satélite com as imagens captadas criando uma série de comandos para orientar a movimentação do objeto. Os dados dos ângulos de Euler são enviados através do protocolo TCP/IP e passíveis de serem acessados por qualquer dispositivo na rede que faça a requisição para a porta configurada.

VANTAGENS

• Versatilidade: Possibilidade de acessar os dados através de qualquer dispositivo na rede.
• Eficiência: Precisão dos dados coletados.
• Segurança: Monitoramento da movimentação dos satélites para evitar possíveis colisões.

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