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Pesquisa aponta como a matemática pode controlar uma epidemia

Segundo estudo, isolar pacientes com gripe H1N1 poderia acabar com a doença

 

Um estudo coordenado pelo professor do Icmc Usp Tiago Pereira, pesquisador do CEPID - CeMEAI, usa a matemática para controlar epidemias como a H1N1, que, neste ano, matou 10% das pessoas infectadas no Brasil. Entenda como a pesquisa funciona: http://goo.gl/zaxO7r

Publicado por CEPID - CeMEAI em Quarta, 4 de maio de 2016

 

Dados da Organização Mundial da Saúde (OMS) apontam que as epidemias matam 15 milhões de pessoas por ano no mundo. E nos últimos 60 anos, 300 novas epidemias foram registradas. Essa é uma das áreas de estudo em andamento do professor do Instituto de Ciências Matemáticas e de Computação (ICMC/USP), Tiago Pereira, que é também pesquisador do Centro de Ciências Matemáticas Aplicadas à Indústria (CEPID-CeMEAI). Ele é coorientador de doutorado do matemático alemão Stefan Ruschel, da Universidade de Humboldt, em Berlim. Stefan atua na área de sistemas dinâmicos com atraso temporal e sua tese trata das possíveis formas de controle de uma epidemia, desde que causada por doenças contagiosas.

Utilizando-se de bases de dados da própria OMS sobre a gripe A-H1N1, os pesquisadores estudam como extinguir a doença, que, só neste ano, vitimou 10% da população infectada no Brasil. A população é dividida em três grupos: saudáveis, doentes e isolados. A partir de modelos matemáticos, são calculados os tempos ideais para identificação da doença até o isolamento. E o tempo de isolamento para a recuperação. É esse resultado da equação que irá definir as chances de controle, no modelo estudado (ver imagem).

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Segundo a pesquisa, se a soma entre o tempo de identificação e o tempo de isolamento der menos de nove dias, a doença pode ser controlada

 

O pesquisador Tiago Pereira complementou. “Os cálculos demonstram que, se você perde a data dos nove dias, passa a ser decisiva a análise dos dados do tempo ideal de isolamento. Se você isolar então a pessoa por um tempo ideal, a doença é extinta, se você isolar a pessoa além do tempo ideal, a doença vai reaparecer.”Pelos cálculos de Stefan, seria necessário isolar todos os doentes em até nove dias, após a infecção, para que a doença fosse extinta. “Sem isolamento não se controla a epidemia e o tempo de identificação é essencial para o controle”.

O tempo de identificação de nove dias leva em conta que todo indivíduo infectado é isolado. No entanto, os cálculos mostram ainda que, se metade dos infectados for isolada, o tempo de identificação cairia para dois dias e meio.

“A pesquisa mostra o delicado balanço entre a identificação dos indivíduos infectados e o sucesso do controle. A partir desses números, seria possível promover políticas públicas para gerar a infraestrutura necessária e o treinamento de profissionais. Por isso, entender os tempos corretos de diagnóstico e isolamento é fundamental para a saúde da população”, conclui.

 

 

Sobre o CeMEAI

O Centro de Ciências Matemáticas Aplicadas à Indústria (CeMEAI), com sede no Instituto de Ciências Matemáticas e de Computação (ICMC) da USP, em São Carlos, é um dos Centros de Pesquisa, Inovação e Difusão (CEPIDs) financiados pela FAPESP.

O CeMEAI é estruturado para promover o uso de ciências matemáticas como um recurso industrial em quatro áreas básicas: Otimização Aplicada e Pesquisa Operacional, Mecânica de Fluidos Computacional, Modelagem de Risco, Inteligência Computacional e Engenharia de Software.

Além do ICMC-USP, CCET-UFSCar, IMECC-UNICAMP, IBILCE-UNESP, FCT-UNESP, IAE e IME-USP compõem o CeMEAI como instituições associadas.

 

Raquel Vieira - Comunicação CeMEAI

 

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Cálculos, números, equações. Pra muita gente, só falar essas palavras já dá arrepio. Mas, a partir de segunda-feira, vamos mostrar um novo olhar sobre essa disciplina. É a série especial "Onde está a matemática?".

 

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Pesquisadores do DCTA estudam superfícies hipersustentadoras de aeronaves

Estudos de flaps e slats são desenvolvidos no Instituto de Aeronáutica e Espaço 

 

As superfícies hipersustentadoras são dispositivos especiais ativados na hora do pouso e da decolagem dos aviões. Em São José dos Campos, pesquisadores do DCTA - Departamento de Ciência e Tecnologia Aeroespacial e do CEPID - CeMEAI estudam essas superfícies, que ajudam a estabilizar as aeronaves. Entenda: http://goo.gl/pvsvKc

Publicado por CEPID - CeMEAI em Quinta, 10 de março de 2016

 

A aerodinâmica dos aviões é especialmente adaptada para que a aeronave não seja prejudicada pela resistência do ar e pelas outras forças que influenciam no voo. Na decolagem e no pouso – momentos de baixa velocidade do avião – mecanismos especiais são ativados para ajudar a estabilizar a aeronave: as superfícies hipersustentadoras.

“As superfícies hipersustentadoras são colocadas nas asas do avião de modo a aumentar a sustentação que as asas dão. Elas são utilizadas principalmente em pousos e decolagens e existem basicamente dois tipos: os flaps e os slats”, comenta Ricardo Galdino, pesquisador do Instituto de Aeronáutica e Espaço (IAE), sediado no Departamento de Ciência e Tecnologia Aeroespacial (DCTA) em São José dos Campos.

Galdino trabalha na Divisão de Aerodinâmica (ALA) do IAE ao lado de João Luiz Azevedo, pesquisador do Centro de Ciências Matemáticas Aplicadas à Indústria (CeMEAI). Azevedo explica como os flaps e os slats funcionam: “Alguns dispositivos de sustentação são estendidos para a frente da asa – os slats – e alguns são estendidos para a parte de trás da asa – os flaps. Estendendo as superfícies hipersustentadoras, é possível aumentar a área e o arqueamento da asa. Assim, você aumenta o coeficiente de sustentação da asa”, esclarece.

O estudo desenvolvido no IAE é computacional. Os pesquisadores analisam quais mudanças podem ser feitas nos flaps e nos slats e simulam, no computador, o comportamento dos aviões com essas alterações nas asas. “A pesquisa é importante porque prevê quanto o escoamento – as consequências das forças que agem sobre a aeronave – vai prejudicar o voo. Se a simulação indicar que o escoamento vai separar uma parcela substantiva da asa da aeronave, é possível que hajam consequências muito sérias sobre a capacidade de voar naquelas condições. Se você tentar operar a aeronave naquelas condições, ela vai cair”, conta Azevedo.

A pesquisa analisa as superfícies hipersustentadoras porque, quando mais eficientes elas forem, mais o avião é beneficiado. "Quando você vem para pouso, você vem numa velocidade menor e tende a economizar freio e comprimento de pista, ou seja, você precisa de um comprimento menor para parar o avião. Na decolagem, você precisaria de um ângulo de ataque menor para decolar o avião”, finaliza Galdino.

Fachada do DCTA flap e slat

 

Sobre o CeMEAI

O Centro de Ciências Matemáticas Aplicadas à Indústria (CeMEAI), com sede no Instituto de Ciências Matemáticas e de Computação (ICMC) da USP, em São Carlos, é um dos Centros de Pesquisa, Inovação e Difusão (CEPIDs) financiados pela FAPESP. O CeMEAI é especialmente adaptado e estruturado para promover o uso de ciências matemáticas (em particular matemática aplicada, estatística e ciência da computação) como um recurso industrial.

As atividades do Centro são realizadas dentro de um ambiente interdisciplinar, enfatizando-se a transferência de tecnologia e a educação e difusão do conhecimento para as aplicações industriais e governamentais. As atividades são desenvolvidas nas áreas de Otimização Aplicada e Pesquisa Operacional, Mecânica de Fluidos Computacional, Modelagem de Risco, Inteligência Computacional e Engenharia de Software.

Além do ICMC, o CEPID-CeMEAI conta com outras seis instituições associadas: o Centro de Ciências Exatas e Tecnologia da Universidade Federal de São Carlos (CCET-UFSCar); o Instituto de Matemática Estatística e Computação Científica da Universidade Estadual de Campinas (IMECC-UNICAMP); o Instituto de Biociências Letras e Ciências Exatas da Universidade Estadual Paulista (IBILCE-UNESP); a Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade Estadual Paulista (FCT-UNESP); o Instituto de Aeronáutica e Espaço (IAE); e o Instituto de Matemática e Estatística da Universidade de São Paulo (IME-USP).

Leonardo Zacarin - Assessoria CEPID-CeMEAI

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Cinco trabalhos de professores e alunos do Instituto de de Ciências Matemáticas e de Computação (ICMC) da USP, em São Carlos, foram premiados durante a 28ª edição da SIBGRAPI 2015 - Conference on Graphics, Patterns and Images. A conferência, que é promovida anualmente pela Sociedade Brasileira de Computação (SBC), é a mais importante da área na América Latina e foi realizada em agosto, em Salvador.

 

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Pesquisa do DCTA busca reduzir ruídos de aeronaves e de veículos lançadores

Estudo é orientado por pesquisadores do CeMEAI

 

Uma pesquisa desenvolvida no Departamento de Ciência e Tecnologia Aeroespacial, em São José dos Campos, busca diminuir o ruído gerado nas turbinas dos aviões. O estudo conta com a participação de pesquisadores do CEPID - CeMEAI. Saiba mais: http://goo.gl/uowDR5

Publicado por CEPID - CeMEAI em Quarta, 13 de janeiro de 2016

Pesquisadores do Departamento de Ciência e Tecnologia Aeroespacial (DCTA), em São José dos Campos, estudam o ruído gerado pelas turbinas de aviões e de motores foguete para tentar diminuí-lo. A pesquisa é coordenada por João Luiz Azevedo, chefe da Divisão de Aerodinâmica (ALA) do Instituto de Aeronáutica e Espaço (IAE), e por William Wolf, professor da Faculdade de Engenharia Mecânica (FEM) da Unicamp. Os dois são pesquisadores do Centro de Ciências Matemáticas Aplicadas à Indústria (CeMEAI).

Os pesquisadores envolvidos no trabalho são estudantes do Instituto Tecnológico de Aeronáutica (ITA). Sami Yamouni é pós-doutorando e Carlos Junqueira Júnior é estudante de doutorado. “Existem vários aeroportos no meio de cidades. O pessoal que mora na região se incomoda com o barulho, e esses aeroportos começaram a colocar algumas restrições de emissão de ruídos. As indústrias que produzem aviões tiveram que prestar mais atenção nisso e nosso trabalho se enquadra nessa área”, conta Júnior. O ruído originado nas turbinas e nos motores foguete é consequência do escoamento do jato que emana destes dispositivos. “A dinâmica do escoamento do fluido cria fontes acústicas como resultado de flutuações de pressão nesse escoamento”, explica.

A partir desse ruído que se origina nas turbinas ou nas tubeiras de motores foguete, dois campos de estudo se completam para analisar a propagação do ruído: a aerodinâmica, que estuda a fonte – no caso, as flutuações de pressão no escoamento nas turbinas e no jato dos motores foguete – e a aeroacústica, que busca prever o comportamento do som a distâncias grandes – como, por exemplo, a de um aeroporto até as casas próximas. “A aerodinâmica é uma disciplina muito antiga. A aeroacústica surgiu na década de 50 e, sem a aerodinâmica, a aeroacústica não existe”, analisa Yamouni.

A ferramenta computacional desenvolvida pelos pesquisadores ainda está sendo aprimorada. Ela é capaz de simular o comportamento do ruído nas turbinas de aeronaves simples, que já foram testadas em outros estudos. A ideia agora é torná-la capaz de simular veículos mais complexos. “Vamos implementar novos conceitos na pesquisa para tentar entender melhor a dinâmica e a física do jato e o ruído gerado por ele”, observa Yamouni. “Vamos entregar uma ferramenta que foi comparada com a literatura. Ela consegue fazer computação paralela, ou seja, conseguimos usar com eficiência todo recurso computacional disponível no cluster do CeMEAI. Ela poderá ser usada para estudar outras configurações de jatos e validar estudos”, assegura Júnior.

 

Sobre o CeMEAI

O Centro de Ciências Matemáticas Aplicadas à Indústria (CeMEAI), com sede no Instituto de Ciências Matemáticas e de Computação (ICMC) da USP, em São Carlos, é um dos Centros de Pesquisa, Inovação e Difusão (CEPIDs) financiados pela FAPESP. O CeMEAI é especialmente adaptado e estruturado para promover o uso de ciências matemáticas (em particular matemática aplicada, estatística e ciência da computação) como um recurso industrial.

As atividades do Centro são realizadas dentro de um ambiente interdisciplinar, enfatizando-se a transferência de tecnologia e a educação e difusão do conhecimento para as aplicações industriais e governamentais. As atividades são desenvolvidas nas áreas de Otimização Aplicada e Pesquisa Operacional, Mecânica de Fluidos Computacional, Modelagem de Risco, Inteligência Computacional e Engenharia de Software.

Além do ICMC, o CEPID-CeMEAI conta com outras seis instituições associadas: o Centro de Ciências Exatas e Tecnologia da Universidade Federal de São Carlos (CCET-UFSCar); o Instituto de Matemática Estatística e Computação Científica da Universidade Estadual de Campinas (IMECC-UNICAMP); o Instituto de Biociências Letras e Ciências Exatas da Universidade Estadual Paulista (IBILCE-UNESP); a Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade Estadual Paulista (FCT-UNESP); o Instituto de Aeronáutica e Espaço (IAE); e o Instituto de Matemática e Estatística da Universidade de São Paulo (IME-USP).

Leonardo Zacarin - Assessoria CEPID-CeMEAI

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Pesquisadores do CeMEAI utilizam tinta especial em simulações de aeronaves

Ensaios são realizados no Instituto de Aeronáutica e Espaço, em São José dos Campos

 

Pesquisadores do CEPID - CeMEAI e do Instituto de Aeronáutica e Espaço utilizam uma tinta especial para simular a ação do vento em diferentes veículos. Entenda: http://goo.gl/L1nYC4

Publicado por CEPID - CeMEAI em Segunda, 23 de novembro de 2015

O Instituto de Aeronáutica e Espaço (IAE), sediado no Departamento de Ciência e Tecnologia Aeroespacial (DCTA) em São José dos Campos (SP), conta com três túneis de vento para diferentes simulações. Situados na Divisão de Aerodinâmica (ALA), cada um dos túneis é capaz de realizar diferentes ensaios em modelos de objetos que são expostos a diferentes intensidades de vento.

Uma das instalações é o Túnel Transônico Piloto (TTP), que simula a ação do vento em veículos que chegam a ultrapassar a velocidade do som. “Ele simula veículos a velocidades entre 80% da velocidade do som e 20% acima dela. As aeronaves comerciais, em voo de cruzeiro, viajam exatamente nesse regime – cerca de 890 km/h”, explica Marcos Souza, pesquisador do IAE.

Os modelos utilizados nos ensaios feitos no TTP são pintados com uma tinta especial, conhecida como PSP, sigla em inglês de Tinta Sensível à Pressão. A PSP tem moléculas conhecidas como luminóforos, que, em contato com o oxigênio e excitadas em uma frequência adequada, mudam de cor. Com uma câmera, os pesquisadores gravam a simulação, e o resultado dela no computador permite que seja feita uma análise mais completa da ação do vento no modelo.

“A PSP me dá uma medida global. Eu consigo uma resolução espacial e, se eu tiver conhecimento da física do problema, é possível entender rapidamente o que está acontecendo”, conta Ana Cristina Avelar, pesquisadora do IAE e do Centro de Ciências Matemáticas Aplicadas à Indústria (CeMEAI).

Utilizar a tinta especial nas simulações possibilita que o ensaio seja feito de forma não intrusiva, ou seja, sem interferências externas. Além disso, a pressão pode ser medida em todas as partes do modelo. “Com a PSP, basta pintar o modelo. Se eu tenho acesso óptico, eu posso medir a pressão. Então, a identificação dos fenômenos físicos é muito mais fácil com a PSP”, completa Ana Cristina.

Os pesquisadores do IAE estão abertos a convênios com outras instituições e empresas que se interessem em usar os túneis de vento para simulações. “Nosso objetivo aqui é fazer parcerias com empresas, instituições educacionais, universidades. A gente procura diversificar bastante as nossas parcerias e é muito importante que a gente aprenda com elas”, ressalta Souza.

Sobre o CeMEAI

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Projeto do CeMEAI analisa comportamento de táxis em Manhattan

Estudo é feito em parceria com pesquisador da Universidade de Nova Iorque

 

Pesquisadores do CEPID - CeMEAI e da New York University têm parceria para analisar o comportamento dos táxis em Manhattan. Saiba mais: http://goo.gl/2VUQYs

Publicado por CEPID - CeMEAI em Quinta, 19 de novembro de 2015

Os táxis são indispensáveis na cidade de Nova Iorque, nos Estados Unidos. Cerca de 12.800 amarelinhos circulam diariamente na cidade. Na ilha de Manhattan, na parte sul da metrópole, uma parceria entre pesquisadores do Centro de Ciências Matemáticas Aplicadas à Indústria (CeMEAI) e do Centro de Estudos Urbanos da New York University permite a análise da dinâmica de passageiros que pegam táxis na ilha.

O estudo funciona assim: cada cruzamento de ruas se torna um ponto em um mapa com informações de quantos passageiros pegaram táxis perto dali em intervalos de 15 minutos. Em parceria com o professor Claudio Silva, da New York University, o protótipo computacional desenvolvido pela doutoranda Paola Valdivia, sob supervisão do professor Luis Gustavo Nonato, do Instituto de Ciências Matemáticas e de Computação (ICMC) da USP em São Carlos e pesquisador do CeMEAI, transforma esses dados em representações gráficas que permitem visualizar o comportamento dos passageiros em locais e momentos específicos, como dias da semana e períodos como manhã, tarde ou noite.

A análise dessas informações permite a identificação de padrões de comportamento em períodos de tempo específicos, viabilizando a identificação de anormalidades. É de se esperar, por exemplo, que muitas pessoas peguem táxis em horários de pico e em esquinas movimentadas, então a identificação visual deste comportamento não seria alarmante. Mas e se os gráficos apontarem que muitos passageiros estão pegando táxis em horários e locais inesperados?

Isso aconteceu durante o estudo. Foi detectada, em uma área da parte centro-sul da ilha, uma movimentação muito acima da esperada em um local pouco movimentado e tarde da noite. Os pesquisadores descobriram que muitas pessoas pegavam táxis naquela região nas madrugadas de sextas e sábados, indicando a possível existência de uma casa noturna naquela localidade.

Nonato conta que esse tipo de estudo utiliza uma teoria relativamente antiga: a de Wavelets. “O que a gente está fazendo nesse trabalho, basicamente, é empregando esta teoria no contexto de grafos. Essa adaptação é bastante recente e, até onde eu tenho conhecimento, somos pioneiros em uma aplicação real dessa teoria com dados de grande porte”, conta.

A pesquisa também poderia  ser utilizada em outros campos, como as redes sociais. “Poderia se analisar a relação entre pessoas, ou seja, como uma pessoa se relaciona com outra e como essa relação se desenvolve com o decorrer do tempo. Poderíamos detectar, por exemplo, instantes em que o tipo de relação mudou ou se ocorreu algum tipo de variação na maneira como essas pessoas interagem”, finaliza Nonato.

O trabalho também contou com a colaboração do professor Fabiano Petronetto, da Universidade Federal do Espírito Santo, e do pós-doutorando Fabio Dias, do ICMC.

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Pesquisador do CeMEAI desenvolve software inovador na área de edição de imagens

Wallace Casaca ganhou dois prêmios com o trabalho

Um aluno do Instituto de Ciências Matemáticas e de Computação (ICMC) da USP em São Carlos recebeu duas premiações por seu trabalho. Wallace Casaca desenvolveu, sob orientação do professor Luis Gustavo Nonato, associado ao CeMEAI, um software que possibilita alterar uma imagem a partir da seleção de alguns elementos existentes nela. O recorte é feito com alta precisão e com ajuste nas bordas.

A pesquisa de Casaca, denominada “Estudo do Laplaciano do grafo para o problema de clusterização espectral e segmentação interativa de imagens”, foi premiada com o primeiro lugar no 1º Concurso Latino-Americano de Teses de Doutorado, evento associado à XLI Conferência Latino-Americana de Informática (CLEI 2015).

Além disso, o trabalho também ganhou uma menção honrosa no Prêmio Capes de Teses 2015, que terá sua cerimônia realizada no dia 10 de dezembro em Brasília.

Os artigos e a tese de Casaca podem ser acessados aqui.

Entenda como o programa funciona:

 

Um software desenvolvido por pesquisadores do CEPID - CeMEAI consegue editar e reconstruir imagens com mais velocidade e precisão. Conheça o programa:

Publicado por CEPID - CeMEAI em Sexta, 2 de outubro de 2015

Leia também: Pesquisadores do ICMC recebem menções honrosas da CAPES e da SIBGRAPI 2015

 

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