Pesquisa Científica - Diferentes Áreas, Inúmeras Descobertas

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Palestra ministrada pela Profa. Dra. Kalinka Castelo Branco (ICMC/SP) no II Seminário de Pesquisa em Computação do Univem de Marília

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Pesquisa Científica - Diferentes Áreas, Inúmeras Descobertas

  1. 1. Pesquisa Científica –Diferentes Áreas, InúmerasDescobertasProfa. Dra. Kalinka Castelo Branco ICMC-USPSlides baseados nos slides da Profa. Patrícia Tedesco, Prof. Denis Wolf, Prof.Fernando Osório, Prof. Onofre, dentre outros 300 pesquisadores envolvidosnos trabalhos mencionados nesta apresentação.
  2. 2. Agenda O Processo de Pesquisa Pesquisa e Desenvolvimento Tipos de Pesquisa Oportunidades – Áreas e Descobertas 2
  3. 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. 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. 5. Onde estão os pesquisadores? 5
  6. 6. Assim... Universidade como formadora de pesquisadores... Significa... Saber  Organizar  Diferenciar  Obter  ProduzirNovos conhecimentos... 7
  7. 7. Então... Pesquisa eDesenvolvimento são o que?? Pesquisa  Ferramenta para obtenção de Novos conhecimentos Desenvolvimento  Aplicação destes conhecimentos para produção de artefatos 8
  8. 8. 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
  9. 9. 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
  10. 10. A Pesquisa AcadêmicaRevê as conquistas da humanidade.Conteúdos precisam ser criticados eaprimorados!Desperta o espírito de busca intelectual...Vamos saber fazer as perguntasrelevantes... E encontrar respostasinteressantes! 11
  11. 11. 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
  12. 12. 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
  13. 13. Pesquisa Científica Quanto à natureza Pesquisa Básica Pesquisa Aplicada Quanto aos objetivosPesquisa Exploratória Pesquisa Descritiva Pesquisa Explicativa Quanto aos procedimentosPesquisa Experimental Pesquisa Operacional Estudo de Caso Pesquisa em Laboratório e/ou Pesquisa em Campo 14
  14. 14. Pesquisa Quanto à Natureza Pesquisa Científica Quanto à natureza Pesquisa Básica ou Pesquisa Aplicada Fundamental Gera produtos, processos Gera conhecimentos sem finalidades imediatas + Conhecimentos com Conhecimentos utilizados finalidade imediata em pesquisa aplicada Melhoria da Qualidade de Vida 15
  15. 15. Principais Características Pesquisa Básica Pesquisa Tecnológica  Visa entender ou descobrir  Visa aplicar conhecimentos novos fenômenos básicos  Gera conhecimentos  Pode ou não ser reservada básicos  Produz produtos,  Não é reservada processos e patentes  Requer a divulgação dos  Gera novas tecnologias e conhecimentos conhecimentos  Produz artigos científicos 16
  16. 16. 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
  17. 17. 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
  18. 18. Um exemplo... 19
  19. 19. 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
  20. 20. 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
  21. 21. 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
  22. 22. Ainda sobre PesquisasExplicativas Explicam os porquês Exigem aplicação de métodos de modelagem e simulação para reproduzir fenômenos  Utilizam amplamente estudos de caso 23
  23. 23. Pesquisa quanto aosProcedimentos 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
  24. 24. 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
  25. 25. 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
  26. 26. 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
  27. 27. Pesquisa segundo as fontesde 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
  28. 28. 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
  29. 29. 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
  30. 30. Parts of Tiriba’s Feature Model 31
  31. 31. Parts of Tiriba’s Feature Model 32
  32. 32. Part of Tiriba’s Feature Model Examples of constraints among features 33
  33. 33. Tiriba’s Product Line ArchitectureCommunication Navigation Flight Control Actuators System System System Payload Navigation & Flight Sensors Propulsion System Optical Measument Unit Photo Camera GPS Motor Camcorder Angular Speed 3D Static Pressure Speed Controller Video RGB Acceleration 3D Differential Pressure Main Battery Video Thermal Magnetic Field 3D Temperature Sensors: Voltage, Current RPM, Temperature Video Transmitter Inertial Unit Barometric Unit Charge Level Ground Control Launch/Recovery Airframe Station Systems 34
  34. 34. Tiriba Logic block and Corresponding Automatically GeneratedCode 35
  35. 35. 36
  36. 36. 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)
  37. 37. GT1 – Robôs Táticos (Indoor) Sensors  IP addresses and the port Stereo Cameraof the numbers components. Laser SensorsSonares Wi-Fi Thermal Camera Connection FLIR PathFindIR: 320x240 / 720x480 Color Camera 256 levels (gray levels) Laser Hokuyo 4 meters 270 degrees Laser SICK LMS 200 Distance: Up to 80 meters 75 Hz / 180 degrees scan
  38. 38. GT1 – Robôs Táticos (Indoor)  IP addresses and the port numbers of the components.Robôs Móveis (i) GPS Garmin Sensores
  39. 39. GT1 – Robôs Táticos (Indoor)INCT-SEC Tele-Operação  IP addresses and the port numbers of theRobô móvel controlado remotamente e/ou controlado autônomamente na USP ICMC - Sãodistante dacomponents.Carlos. Sistema de controle remoto executando na PUC-RS em Porto Alegre (1.300Km USP) Sensor Laser
  40. 40. GT1 – Robôs Táticos (Indoor)INCT-SEC Semi and Autonomous Robot Control  IP addresses and the port numbers of theArchitecture 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: 978-2-8178-0168-1.
  41. 41. 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
  42. 42. GT2 – Veículos AutônomosO problema ...
  43. 43. GT2 – Veículos Autônomos Motivações • Acidentes motivados por imperícia e desatenção • Custos materiais e humanos • Condições de tráfego • Qualidade de vida e aspectos sociais
  44. 44. Motivação e Aplicações Brazil: Local Problemsnumbers of the IP addresses and the port Bad conditions and conservation of “some” roads components. They didnt tell me this hole could be so huge!!
  45. 45. Motivação e AplicaçõesBrazil: Local Problems numbers of the IP addresses and the portTraffic education - Behavior of Pedestrians and Conductors components.* Respect crosswalks* Use footbridge* Pedestrian * Conductors 
  46. 46. Motivação e Aplicações Brazil: Local Problems numbers of the IP addresses and the port Traffic education - Behavior of Pedestrians and Conductors components. * Respect crosswalks * Use footbridges * Pedestrian behavior  * Conductors behavior  Brazilian educational campaign: USE CROSSWALKS!
  47. 47. Motivação e AplicaçõesBrazil: Local Problems numbers of the IP addresses and the portRoad Signs: drive at night, speed bumps, visibility, … components.Speed Bump: Does it helps?
  48. 48. GT2 – Veículos Autônomos  Desafio… Veículos Inteligentes comof the  IP addresses and the port numbers 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.
  49. 49. GT2 – Veículos Autônomos Sensores INCT-SEC  IP addresses and the port numbers of the Autônomo Camera Veículo components. GPS, IMU, and compass Elétrico Laser Range Finders Atuadores DC Motor Especificações Encoder Engine: electric 48v Autonomy: 8-10hs Max speed: 32km/h Motor Payload: 363kg Controller Acceleration Control
  50. 50. 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
  51. 51. GT2 – Veículos Autônomos INCT-SEC Assisted Driving System  IP addresses and the port numbers of the Position Vehicle components. 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
  52. 52. 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
  53. 53. 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
  54. 54. 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
  55. 55. O QUE SIGNIFICASEGURANÇA??? 56
  56. 56. QUANTA SEGURANÇA?? 57
  57. 57. Detector de Enchentes
  58. 58. Localização dos experimentos
  59. 59. Pesquisa corrente Mapa do local de experimentos em São Carlos e o primeiro nó para o projeto REDE
  60. 60. GT 3 - Veículos Aéreos Autônomos
  61. 61. Projeto Tiriba (2)(1) (2) (3) Parts: (1) on-board system block diagram, (2) the aircraft (3) mission planner
  62. 62. Projeto Tiriba Especificações Básicas BASIC SPECIFICATIONS OF TIRIBA AIRCRAFTPropulsion Electric, 1.2KWMax Takeoff 3 KgweightPayload 0.7 KgEndurance 40min/1h30minCruiser speed 100Km/h /60Km/hTakeoff hand launch/catapultLanding Automatic, parachuteMissions AutonomousGround Station Smartphone basedAssembly time 10 min
  63. 63. Projeto TiribaComponentes de Hardware(1) (2) Quatro processadores (microcontroladores PIC32 80 MHz ) Parts: (1) on-board system diagram details, (2) Tiriba auto-pilot main board
  64. 64. GT 3 - Veículos AéreosAutônomos Placa do Piloto Automático do Tiriba
  65. 65. GT 3 - Veículos AéreosAutônomosProtótipo do Tiriba em Vôo –Teste da Unidade Inercial eBarométrica
  66. 66. Placa do Piloto Automático doTiriba 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
  67. 67. Aquisição de Imagens
  68. 68. Tratamento de Imagens -Ortoretificação
  69. 69. Tratamento de Imagens -Mosaicagem
  70. 70. Aplicações - Agricutura Class %Culture 65,5Invasive pests 1,2Straw 7,8Bare Soil 25,5
  71. 71. Aplicações – MonitoramentoAmbiental
  72. 72. Aplicações – MonitoramentoAmbiental Imagens Sobrepostas – VANT e Satélite
  73. 73. Aplicações – MonitoramentoAmbiental Imagens obtidas com o VANT
  74. 74. Projeto SarVant •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
  75. 75. INCT-SEC e RIPSEC Web Sites http://www.inct-sec.org http://www.ripsec.org
  76. 76. Laboratório de Sistemas Embarcados Críticos www.lsec.icmc.usp.br LSEC – Lab. de Sistemas Embarcados Críticos Kalinka Castelo Branco - kalinka@icmc.usp.br

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