Pesquisa Científica Diferentes Áreas, Inúmeras Descobertas

Transcrição

1 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.

2 Agenda O Processo de Pesquisa Pesquisa e Desenvolvimento Tipos de Pesquisa Oportunidades Áreas e Descobertas 2

3 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 3

4 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

5 Onde estão os pesquisadores? 5

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7 Assim... Universidade como formadora de pesquisadores... Significa... Saber Organizar Diferenciar Obter Produzir Novos conhecimentos... 7

8 Então... Pesquisa e Desenvolvimento são o que?? Pesquisa Ferramenta para obtenção de Novos conhecimentos Desenvolvimento Aplicação destes conhecimentos para produção de artefatos 8

9 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 9

10 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... 10

11 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! 11

12 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? 12

13 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 13

14 Pesquisa Científica Quanto à natureza Pesquisa Básica Pesquisa Aplicada Quanto aos objetivos Pesquisa Exploratória Pesquisa Descritiva Pesquisa Explicativa Quanto aos procedimentos Pesquisa Experimental Pesquisa Operacional Estudo de Caso Pesquisa em Laboratório e/ou Pesquisa em Campo 14

15 Pesquisa Quanto à Natureza Pesquisa Científica Quanto à natureza Pesquisa Básica ou Fundamental Gera conhecimentos sem finalidades imediatas Conhecimentos utilizados em pesquisa aplicada Pesquisa Aplicada Gera produtos, processos + Conhecimentos com finalidade imediata Melhoria da Qualidade de Vida 15

16 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 16

17 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 17

18 Pesquisa Tecnológica Utiliza conhecimentos básicos, tecnológicos e tecnologias para gerar novos produtos Conhecimentos envolvidos podem ser de outras áreas Na computação: produção de software. 18

19 Um exemplo... 19

20 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... 20

21 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. 21

22 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 22

23 Ainda sobre Pesquisas Explicativas Explicam os porquês Exigem aplicação de métodos de modelagem e simulação para reproduzir fenômenos Utilizam amplamente estudos de caso 23

24 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 24

25 Pesquisa Experimental Viabiliza novas descobertas: materiais, componentes, métodos, técnicas Usada para obter novos conhecimentos e protótipos Requer manipulação e coleta de dados imparcial Inovações geradas a partir de estudos de laboratório, os experimentos Experimentar significa: elaborar e formular novos elementos, testar materiais e componentes, simular eventos, inferir e introduzir variáveis, realizar modelagens. 25

26 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 26

27 Estudo de Caso Possibilitam que se explique um sistema em seu ambiente. Um caso pode ser... Uma decisão, Um programa Um processo de implantação 27

28 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! 28

29 Oportunidades Diferentes Áreas Desenvolvimento de Software; Engenharia de Software; Redes de Computadores; Segurança; Inteligência Artificial; Banco de Dados; Processamento de Imagens; Hardware, entre outras. 29

30 Inúmeras Descobertas O que posso fazer e pesquisar? O que consigo pensar em descobrir? Como posso fazer isso? Quais são as descobertas a serem feitas? 30

31 Parts of Tiriba s Feature Model 31

32 Parts of Tiriba s Feature Model 32

33 Part of Tiriba s Feature Model Examples of constraints among features 33

34 Tiriba s Product Line Architecture Communication System Navigation System Flight Control System Actuators Payload Navigation & Flight Sensors Propulsion System Photo Camera GPS Optical Measument Unit Motor Camcorder Angular Speed 3D Static Pressure Speed Controller Video RGB Acceleration 3D Differential Pressure Main Battery Video Thermal Video Transmitter Magnetic Field 3D Inertial Unit Temperature Barometric Unit Sensors: Voltage, Current RPM, Temperature Charge Level Airframe Ground Control Station Launch/Recovery Systems 34

35 Tiriba Logic block and Corresponding Automatically Generated Code 35

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37 GT1 Robôs Táticos (Indoor) Um dos principais focos de nossa pesquisa é o desenvolvimento de robôs de serviço usados em tarefas de patrulhamento de ambientes internos através 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 Alert: Intrusion (a) (b) (c)

38 GT1 Robôs Táticos (Indoor) Sonares Sensors IP addresses and the port Stereo numbers Cameraof the components. Laser Sensors Wi-Fi Connection Color Camera Thermal Camera FLIR PathFindIR: 320x240 / 720x levels (gray levels) Laser Hokuyo 4 meters 270 degrees Laser SICK LMS 200 Distance: Up to 80 meters 75 Hz / 180 degrees scan

39 GT1 Robôs Táticos (Indoor) IP addresses and the port numbers of the components. Robôs Móveis (i) GPS Garmin Sensores

40 GT1 Robôs Táticos (Indoor) INCT-SEC Tele-Operação IP addresses and the port numbers of the components. Robô 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

41 GT1 Robôs Táticos (Indoor) INCT-SEC Semi and Autonomous Robot Control Architecture IP addresses and the port numbers of the components. Mobile robots design and implementation: from virtual simulation to real robots. Published in: Virtual, Interactive and Integrated Product Design a nd Manufacturing for Industrial Innovation Volume: Research in Interactive Design Springer Verlag. Nadeau, Jean-Pierre; Fischer, Xavier (Eds.) 1st Edition., 2011, XII, 146 p. With CD-ROM., ISBN:

42 GT1 Robôs Táticos (Indoor) INCT-SEC Navegação e Monitoramento Interno (videos) IP addresses and the port numbers of the components. Publicações: Visual Navigation System IEEE LARS 2010 Localization and Topological Navigation, Human Detection using Thermal Camera Submitted to CBSEC 2011

43 GT2 Veículos Autônomos O problema...

44 GT2 Veículos Autônomos Motivações Acidentes motivados por imperícia e desatenção Custos materiais e humanos Condições de tráfego Qualidade de vida e aspectos sociais

45 Motivação e Aplicações Brazil: IP addresses Local Problems and the port numbers of the Bad conditions components. and conservation of some roads They didn't tell me this hole could be so huge!!

46 Motivação e Aplicações Brazil: Local Problems IP addresses and the port numbers of the Traffic education components. - Behavior of Pedestrians and Conductors * Respect crosswalks * Use footbridge * Pedestrian * Conductors

47 Motivação e Aplicações Brazil: Local Problems IP addresses and the port numbers of the Traffic education components. - Behavior of Pedestrians and Conductors * Respect crosswalks * Use footbridges * Pedestrian behavior * Conductors behavior Brazilian educational campaign: USE CROSSWALKS!

48 Motivação e Aplicações Brazil: Local Problems IP addresses and the port numbers of the Road Signs: components. drive at night, speed bumps, visibility, Speed Bump: Does it helps?

49 GT2 Veículos Autônomos Desafio IP addresses Veículos and Inteligentes the port numbers com of the Condução Assistida components. Condução Autônoma No Brasil, poucas instituições tem desenvolvido trabalhos nesta direção e o INCT-SEC vem atuando fortemente no desenvolvimento de soluções robustas para esta área.

50 GT2 Veículos Autônomos Sensores INCT-SEC IP addresses and the Camera port numbers of Veículo the Autônomo components. GPS, IMU, and compass Elétrico Laser Range Finders Atuadores DC Motor Encoder Motor Controller Especificações Engine: electric 48v Autonomy: 8-10hs Max speed: 32km/h Payload: 363kg Acceleration Control

51 GT2 Veículos Autônomos INCT-SEC Algoritmo de deteção de Vias IP addresses and the port numbers of the components. 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

52 GT2 Veículos Autônomos INCT-SEC Assisted Driving System IP addresses and the port numbers of the components. Vehicle Position Laser information Expected trajectory Obstacles 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

53 GT2 Veículos Autônomos INCT-SEC - Parceiros IP addresses and the port numbers of the components. CTI CENPRA Automated Vehicle Drive-by-Wire and Sensors Fiat Stylo / EESC ICMC SENA Project Assisted Driving

54 GT2 Veículos Autônomos Navegação Autônoma * IP addresses and the port numbers of the components. 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

55 GT2 Veículos Autônomos Autonomous Navigation * IP addresses and the port numbers of the components. 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

56 O QUE SIGNIFICA SEGURANÇA??? 56

57 QUANTA SEGURANÇA?? 57

58 Detector de Enchentes

59 Localização dos experimentos

60 Pesquisa corrente Mapa do local de experimentos em São Carlos e o primeiro nó para o projeto REDE

61 GT 3 - Veículos Aéreos Autônomos

62 Projeto Tiriba (2) (1) (2) (3) Parts: (1) on-board system block diagram, (2) the aircraft (3) mission planner

63 Projeto Tiriba Especificações Básicas BASIC SPECIFICATIONS OF TIRIBA AIRCRAFT Propulsion Max Takeoff weight Payload Endurance Cruiser speed Takeoff Landing Missions Ground Station Assembly time Electric, 1.2KW 3 Kg 0.7 Kg 40min/1h30min 100Km/h /60Km/h hand launch/catapult Automatic, parachute Autonomous Smartphone based 10 min

64 Projeto Tiriba Componentes de Hardware (1) (2) Quatro processadores (microcontroladores PIC32 80 MHz ) Parts: (1) on-board system diagram details, (2) Tiriba auto-pilot main board

65 GT 3 - Veículos Aéreos Autônomos Placa do Piloto Automático do Tiriba

66 GT 3 - Veículos Aéreos Autônomos Protótipo do Tiriba em Vôo Teste da Unidade Inercial e Barométrica

67 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. 67

68 Aquisição de Imagens

69 Tratamento de Imagens - Ortoretificação

70 Tratamento de Imagens - Mosaicagem

71 Aplicações - Agricutura Class % Culture 65,5 Invasive pests 1,2 Straw 7,8 Bare Soil 25,5

72 Aplicações Monitoramento Ambiental

73 Aplicações Monitoramento Ambiental Imagens Sobrepostas VANT e Satélite

74 Aplicações Monitoramento Ambiental Imagens obtidas com o VANT

75 Projeto SarVant Wing load: 47 Kg/m² Dry Weight: 35 Kg Maximum takeoff weight: 120 Kg Paylod: 45 Kg Propulsion: 2 DLE Hp 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

76 INCT-SEC e RIPSEC Web Sites

77 Laboratório de Sistemas Embarcados Críticos LSEC Lab. de Sistemas Embarcados Críticos Kalinka Castelo Branco - kalinka@icmc.usp.br