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

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

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 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

16. 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

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
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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 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

35. Tiriba Logic block and Corresponding Automatically Generated
Code
35

36. 36

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)
Sensors
 IP addresses and the port Stereo Cameraof the
numbers
components. Laser Sensors
Sonares
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

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
Robô móvel controlado remotamente e/ou controlado autônomamente na USP ICMC - São
distante dacomponents.
Carlos. Sistema de controle remoto executando na PUC-RS em Porto Alegre (1.300Km
USP)
Sensor Laser

41. GT1 – Robôs Táticos (Indoor)
INCT-SEC Semi and Autonomous Robot Control
 IP addresses and the port numbers of the
Architecture
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.

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: Local Problemsnumbers of the
IP addresses and the port
Bad conditions and conservation of “some” roads
components.
They didn't tell
me this hole
could be so
huge!!

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 footbridge
* Pedestrian 
* Conductors 

47. 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!

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

49. 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.

50. 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

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 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

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 Electric, 1.2KW
Max Takeoff 3 Kg
weight
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

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-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

76. INCT-SEC e RIPSEC Web Sites
 http://www.inct-sec.org
 http://www.ripsec.org

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