Instrumentação
Abaixo estão descritos alguns projetos de instrumentação em andamento, recém iniciados e ideias de novos projetos para alunos que tiverem interesse em desenvolver trabalho de Iniciação Científica (IC).
Montagem de um Sistema de Controle Numérico Computadorizado: Sistema de Controle Numérico Computadorizado (CNC) é uma máquina amplamente utilizada industrialmente que pode efetuar diversas tarefas em três dimensões. As primeiras máquinas CNC surgiram entre as décadas de 40 e 50 baseadas em ferramentas já existentes que executavam tarefas em duas dimensões. Hoje em dia as maquinas CNCs são operadas por comandos pré-programados em microcontroladores ou microcomputadores e podem desempenhar diferentes tarefas com muita precisão em três dimensões. Alguns exemplos de tarefas realizadas pelas CNCs são: corte de materiais, escultura e impressão. Utilizando uma ferramenta de corte, uma CNC pode esculpir um material para criar uma peça em 3D. O objetivo deste trabalho é de construir um sistema de Controle Numérico Computadorizado (CNC) a baixo custo para execução de varias tarefas em 3D utilizando diversas ferramentas.
Construção de uma Impressora 3D: Como mencionado acima, as máquinas de Sistema de Controle Numérico Computadorizado (CNC) executam tarefas em até três dimensões. Se ao invés de utilizar uma ferramenta de corte, utilizarmos um bico extrusor de polímero é possível imprimir objetos em três dimensões. Um bico extrusor de polímero pode ser facilmente construído utilizando uma ponta metálica. Para que funciona bem, a parte metálica do bico deve ser aquecida através de um filamento de resistência elétrica e manter uma temperatura fixa ideal para cada tipo de polímero. O objetivo deste projeto é de construir um bico extrusor para adaptação na CNC citada acima, e desta forma construir uma impressora 3D.
Extrusora de Polímero em Moldes Metálicos Criados em CNC: A maioria das peças e utensílios de plástico que utilizamos hoje são fabricadas por meio de injeção polimérica em um molde, assim como mostra a figura ao lado. Para que seja possível fazer a injeção polimérica em um molde, é necessário construir uma máquina extrusora que funciona basicamente da mesma maneira que o bico extrusor citado no projeto anterior. Portanto, o objetivo deste trabalho é de construir uma máquina extrusora para injeção polimérica em moldes metálicos fabricados com a máquina CNC.
Cancelamento de Ruídos Sonoros: Os sensores acústicos são instrumentos simples, porém são muito importantes para composição de diversos tipos de sistemas eletrônicos. As ondas sonoras são ondas mecânicas que necessitam obrigatoriamente de um meio para se propagar. Elas podem ser consideradas ondas de pressão, pois se propagam devido a variações de pressão no meio. A variação destas variações de pressão no tempo é o que caracteriza a frequência sonora e nos causa sensações diferentes. As ondas sonoras de baixa frequência são denominadas grave, e as de alta frequência agudo, e a caracterização da onda sonora em relação a frequência é chamada altura. Quando uma onda sonora consegue transportar uma grande quantidade de energia, é porque ela possui uma grande amplitude ou intensidade que é normalmente medida em decibéis (dB). O estudo de ondas sonoras é de fundamental importância para se compreender os fenômenos de superposição de ondas sonoras para possível construção de instrumentos de cancelamento de ruído. O objetivo deste trabalho é de montar um sensor acústico modulado por frequência para possíveis aplicações em criação e aniquilação de ondas sonoras.
Velocímetro Digital: Os velocímetros digitais utilizam sensores magnéticos para obter a velocidade angular de uma roda girando. Os sensores normalmente utilizados são os de efeito Hall que não necessitam de fonte de energia externa para funcionarem. A velocidade translacional pode ser facilmente calculada conhecendo apenas a velocidade angular e o raio da roda. O objetivo deste projeto é de construir um velocímetro digital utilizando Arduino e um display digital. Posteriormente este projeto pode ser aprimorado para aplicações no laboratório didático, como por exemplo nos experimentos de queda livre e trilho de ar.
Acompanhamento do Amadurecimento de Frutos por Identificação de Cores: O amadurecimento das frutas é um processo conhecido ha bastante tempo. Este processo está associado na liberação do gás etileno pelo fruto e é bastante complexo pois envolve alterações metabólicas após o fruto atingir maturidade fisiológica. Todas as alterações metabólicas resultam em modificações dos atributos de qualidade do fruto como aroma, sabor, textura e cor. Uma das características mais visíveis durante o amadurecimento do fruto acontece devido a quebra das moléculas de clorofila pelo etileno. Durante este processo o fruto muda gradualmente sua coloração. O controle do amadurecimento de frutos é de grande importância em grandes plantações. Portanto o objetivo deste projeto é utilizar um sensor óptico RGB (TCS3200) e um Arduino para construir um dispositivo para acompanhar o amadurecimento de frutos por identificação de cores.
Reconhecimento de Padrões em Imagens: Reconhecimento de padrões é uma área da ciência que vem se desenvolvendo muito rapidamente nos últimos anos. Tem como objetivo classificar objetos e possui aplicações em diversos campos emergente do conhecimento, como biometria, bioinformática, processamento de imagens, análise de documentos e redes neurais. Algumas aplicações clássicas de reconhecimento de padrões incluem reconhecimento de fala, escrita, faces, impressões digitais, iris, etc. O objetivo principal deste projeto é de desenvolver um algoritmo para reconhecimento de padrões em imagens. Este projeto pode ser aprimorado utilizando técnicas de aprendizagem automática (machine learning) para aplicações diversas, como reconhecimento de lavouras de plantio por imagem de satélite, reconhecimento de plantas, dentre outras.
Controlador de Temperatura (Aquecimento e Resfriamento): Os controladores de temperatura são dispositivos que estão presentes em uma infinidade de instrumentos com aplicações científicas e industriais. Estufas celulares, incubadoras de ovos, refrigeradores, ar-condicionado, extrusoras, são apenas alguns exemplos de aplicações utilizando controladores de temperatura. O objetivo deste trabalho é de criar um banho térmico com temperatura controlada através de uma resistência elétrica. Este banho térmico poderá ser utilizado em diversas aplicações científicas e industriais que exigem controle preciso de temperatura. Posteriormente este trabalho será estendido utilizando placas de resfriamento (Peltier) para controle a baixas temperaturas.
Automatização do Processo de Produção de Cerveja Artesanal: A produção de cerveja artesanal tem crescido de maneira significativa nos últimos anos. Para a produção da cerveja são necessários quatro ingredientes básicos, o malte, o lúpulo a água e a levedura. Estes ingredientes passam por sete etapas de processamento até chegar ao produto final. Estas etapas são: seleção e moagem do malte, mosturação, recirculação clarificação e lavagem do malte, fervura, resfriamento, fermentação e maturação. Todas estas etapas são simples e podem ser facilmente realizadas em casa com auxílio de panelas e fogão. Entretanto, ter o controle de temperatura, principalmente na etapa da mosturação, é de fundamental importância, pois é nesta etapa que as enzimas do malte são ativadas através do cozimento dos grãos em água quente. Estas enzimas convertem o amido contido no malte em açucares fermentáveis (maltose) e não-fermentáveis (dextrinas). Utilizando técnicas de controle de temperatura mencionadas anteriormente, o objetivo deste projeto é de criar um sistema completamente automatizado para produção de cerveja artesanal.
Sistema de Monitoramento de Plantas (Temperatura, Exposição de Luz e Umidade do Solo): Compreender como os fenômenos externos afetam o desenvolvimento das plantas é de fundamental importância para a agricultura. A escassez ou abundância de água, taxa de incidência de radiação solar e temperatura são apenas algum dos fatores externos que podem ser controlados dentro de estufas de plantio. O objetivo deste projeto é de criar um sistema de monitoramento de plantas, onde será possível controlar com precisão todos estes parâmetros externos, para compreender com detalhes como estes fenômenos afetam o desenvolvimento de alguns tipos de plantas.
Horta Automatizada via CNC: Este projeto visa na construção de um sistema de controle numérico computadorizado (CNC) utilizando uma ferramenta de irrigação, plantio e coleta para tomar conta de uma horta. Desta forma, a horta automatizada ficará encarregada de realizar o plantio da hortaliça desejada, irrigá-la uma a uma de acordo com a umidade do solo, e acompanhar o crescimento das plantas até a colheita. Utilizando reconhecimento de padrões em imagens também é possível reconhecer crescimento de pragas e remove-las automaticamente. Este projeto poderá ser aprimorado para acompanhamento remoto através de um smartphone ou tablet do crescimento das hortaliças até o momento da coleta. Projeto inspirado no farmbot (first open-source CNC farming machine).
Eye Tracking: Este projeto tem como objetivo construir um sistema que faz o rastreamento da posição da pupila do olho humano. Deste modo, utilizando este sistema será possível analisar as estatísticas relacionada a visão, ou seja, obter quanto tempo cada individuo gasta olhando cada posição de uma imagem. Este sistema é amplamente utilizado tanto na pesquisa científica quanto em estudo de publicidade e estratégia de consumo. Estudos utilizando eye tracking ajudam publicitários a criarem anúncios com o intuito de fazer com que as pessoas peguem a informação chave da propaganda. Na pesquisa científica este sistema é utilizado em indivíduos saudáveis e com algum tipo de doença para o estudo da memória e atenção. Estudos mostram que o tempo gasto para observar pontos específicos de uma imagem alteram significativamente de acordo com o gênero e idade dos indivíduos.
