Projetos de Pesquisa

 

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Alba Cristina Magalhães Alves de Melo

Ciências Exatas e da Terra

Ciência da Computação
  • biocloud – um framework para execução eficiente de aplicações de biotecnologia em múltiplas plataformas da nuvem aws
  • A Biotecnologia teve um impulso enorme a partir da década de 1950, com a descoberta da estrutura helicoidal do DNA e com o consequente desenvolvimento de técnicas de manipulação genética. Atualmente, a Biotecnologia moderna pode ser definida como uma área interdisciplinar que envolve o estudo de DNA, RNA, proteínas e moléculas mais complexas; culturas de células e tecidos; bioinformática e nanotecnologia, dentre outros. A Bioinformática é uma parte importante da Biotecnologia pois consiste da confecção de ferramentas e algoritmos para coletar, armazenar e analisar dados biológicos. Dentre as aplicações populares de Bioinformática, destaca-se a análise de sequências biológicas (DNA, RNA e proteínas), que auxilia os biólogos na determinação da estrutura/função dos componentes genéticos, tendo papel fundamental no desenvolvimento de medicamentos e estudo de doenças. Laboratórios de Biotecnologia de ponta localizam-se tradicionalmente nos países mais ricos pois requerem alto investimento financeiro. Esse cenário, no entanto, está mudando devido principalmente à tecnologia da computação em nuvem, que permite o acesso remoto a plataformas com grande poder computacional a um custo relativamente baixo. Computação em nuvem é bastante vantajosa para países emergentes por permitir que seus laboratórios desfrutem dos dados genômicos públicos e procedam análises e simulações complexas em tempo hábil. Considera-se que a tecnologia de nuvem é fundamental para o aumento da competitividade de tais laboratórios. O Amazon AWS é um provedor de nuvem que oferece recursos de diversos tipos, adequados a uma grande gama de aplicações, porém usando um número de modelos de precificação: on demand, que possui um custo fixo (USD/hora); spot, que possui um custo variável porém geralmente bem menor do que o modelo on demand; os preços são fixos por segundo para cada uma das várias formas (incluindo on demand e spot) de execução com contêineres, e; no caso de serverless computing, o custo é por cada cem milissegundos. Em 06/02/2020, a Amazon EC2 possuía 69 datacenters dispostos em 22 regiões e oferecia 275 tipos diferentes de instâncias computacionais, dentre elas CPUs, GPUs (Graphics Processing Units) e FPGAs (hardware reconfigurável). Apesar da execução de aplicações em nuvem exigir menos esforço em termos de configuração e manutenção de máquinas do que a execução em ambiente local, tal esforço não é nulo. Para se executar uma aplicação em nuvem, o usuário deve especificar a instância de máquina virtual que deseja utilizar bem como o datacenter no qual a instância se encontra e o modelo de precificação desejado. Além disso, pode ser necessária área de armazenamento (storage) e banda dedicada de rede para algumas aplicações. Sendo assim, a tarefa de definir qual plataforma utilizar é complexa e uma má escolha pode envolver um custo adicional considerável. Além disso, atividades como configuração do ambiente, monitoramento da execução e escolha de uma nova instância, caso a atual se torne indisponível ou cara demais, devem ser consideradas. Sendo assim, um framework para alocação e gerência de recursos eficiente é fundamental para o sucesso de aplicações na nuvem. Em particular, as aplicações de biotecnologia são aplicações complexas, compostas por diversas tarefas, podendo ser classificadas como aplicações HPC (High Performance Computing). Sua execução pode demorar horas e mesmo dias e, por isso, utilizam normalmente plataformas de execução mais poderosas, como clusters de CPUs, GPUs ou FPGAs. Portanto, acreditamos que a gerência de recursos em nuvem deve levar em consideração tanto características específicas das aplicações como do ambiente de nuvem. A originalidade do presente projeto de pesquisa reside justamente na união desses dois aspectos – requisitos das aplicações e características do ambiente de nuvem – para se obter uma ferramenta adequada à gerência de execução de aplicações de biotecnologia na nuvem Amazon. Considerando os provedores de recursos para aplicações HPC de biotecnologia que necessitam minimizar o tempo de execução, consumo de energia e maximizar a disponibilidade, sem violar acordos em nível de serviço (SLAs), existem atualmente diversos desafios relacionados ao gerenciamento dinâmico de recursos em nuvens. O gerenciamento dinâmico pode tirar proveito da autonomia deliberativa de agentes inteligentes em sistemas multiagentes (SMA) e técnicas de otimização combinatória, as quais viabilizam o uso eficiente de recursos na execução de aplicações HPC, liberando a necessidade de conhecimento especializado dos usuários em ferramentas de administração de nuvens. O presente projeto de pesquisa visa, portanto, resolver o problema de alocação e gerência de recursos na nuvem Amazon AWS para aplicações HPC de biotecnologia, minimizando o tempo de execução e maximizando a disponibilidade, sem violar SLAs, de modo a executar aplicações eficientemente e com custos financeiros menores para o usuário. Nesse sentido, serão consideradas tanto instâncias permanentes (on demand) como transientes (spot), bem como múltiplos tipos de recursos computacionais (CPU, GPU e FPGA), aumentando o leque de alternativas explorado. O uso coordenado destas múltiplas instâncias será gerenciado numa forma dinâmica e autônoma. Neste sentido, será investigado o uso de agentes inteligentes para auxiliar nas decisões de elasticidade. Em termos do modelo de computação em nuvens públicas, além do uso só de máquinas virtuais, será estudado a viabilidade do uso de containers dentro das instâncias em comparação com implementações utilizando os serviços de containers e de kubernetes já oferecidos pelo próprio AWS e o conceito de serverless computing com AWS Fargate e Lambda. Porém, as diferentes abordagens, tecnologias, e instâncias estarão "escondidas" do usuário final através de um gateway portal web com um gerenciador de workflows atrelando os recursos necessários da nuvem.
  • Universidade de Brasília - DF - Brasil
  • 31/08/2020-31/08/2022
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Albert Stevens Reyna Ocas

Ciências Exatas e da Terra

Física
  • óptica linear e não linear de nanoestruturas e metamateriais plasmônicos: fundamentos, fabricação, caracterização e aplicações na manipulação de luz por luz.
  • O presente projeto propõe o estudo da resposta óptica linear e não linear de nanoestruturas e metamateriais plasmônicos cujas propriedades vêm revolucionando, nos últimos anos, diversas áreas da ciência fundamental e aplicada ao redor do mundo. Neste sentido, o projeto visa contribuir e aprimorar os conhecimentos científicos sobre a interação plasmônica da luz-matéria a partir da engenharia de novos protótipos de arranjos estruturados de nanopartículas metálicas com diferentes morfologias, estruturas e tamanhos. Para atingir tais objetivos pretende-se como ponto inicial o desenvolvimento de modelagens numéricas que permitam a identificação das condições e geometrias ideais para a fabricação de novos metamateriais plasmônicos com respostas ópticas intensas e exóticas, tais como metamateriais com índice de refração próximo de zero (epsilon near-zero) ou negativo (left-hand metamaterials). Subsequentemente, estudos serão direcionados na fabricação e caracterizações morfológicas, estruturais e elementares dos metamateriais plasmônicos, previamente projetados, bem como a análise das propriedades ópticas lineares e não lineares. O entendimento da Física fundamental por trás do comportamento óptico destes novos sistemas, frente a campos eletromagnéticos, conduzirá ao desenvolvimento de várias experiências envolvendo o controle das respostas ópticas destes materiais, permitindo assim a observação de novos fenômenos físicos que acontecem devido à forte interação luz-matéria. Do ponto de vista tecnológico, o projeto permite a geração de uma plataforma ideal para futuros desenvolvimentos de dispositivos de sensoriamento, baseados nos efeitos plasmônicos, bem como dispositivos ópticos ultrarrápidos que permitam a manipulação de luz por luz gerando assim impactos importantes em óptica, fotônica e telecomunicações. Por meio da presente proposta solicitam-se recursos junto ao CNPq para o desenvolvimento de uma linha de pesquisa que permita explorar as propriedades ópticas lineares e não lineares de metamateriais plasmônicos; uma área que nos últimos anos vem trazendo importantes contribuições na Física fundamental e aplicada, porém ainda pouco explorada na região norte e nordeste de nosso país. É importante mencionar que o presente projeto corresponde ao início das atividades de pesquisa do coordenador responsável, na Unidade Acadêmica do Cabo de Santo Agostinho, Campus das Engenharias (UACSA-UFRPE), na qual foi recentemente contratado como professor adjunto A. Portanto, além de consolidar as atividades de pesquisa de uma instituição emergente, o projeto se insere no contexto de montagem das atividades do grupo de pesquisa na área de óptica física visando a inserção de uma nova linha de pesquisa e a formação de novos profissionais capacitados na fabricação, caracterização, simulação, análise e aplicações das propriedades ópticas lineares e não lineares de diversos tipos de nanoestruturas plasmônicas. Vale ressaltar que o caráter multidisciplinar e inovador do projeto, tanto em investigação científica fundamental como aplicada, torna a proposta atrativa para diversos perfis de pesquisadores como físicos, químicos e engenheiros, tal como refletido pelos membros da equipe deste projeto.
  • Universidade Federal Rural de Pernambuco - PE - Brasil
  • 18/02/2019-28/02/2022
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Albertina Pimentel Lima

Ciências Biológicas

Ecologia
  • peld do oeste do pará (popa)- monitoramento da biodiversidade em longo prazo para avaliar os efeitos de mudanças ambientais e climáticas na diversidade de espécies de plantas e animais
  • Aqui se propõe a criação de um PELD na região no oeste do Pará, nos municípios de Santarém e Belterra. A área de estudo compreende um gradiente único de áreas de savanas amazônicas e fragmentos florestais com mais de 300 anos isolados por savanas, e mais ao sul encontra-se a Floresta Nacional do Tapajós (FLONA Tapajós) com dois principais tipos de florestas ombrófilas de fisionomias muito distintas: uma sob solo de areias quartzosas distróficas em terras baixas e escarpas, que conferem à floresta um dossel de aspecto mais aberto, e a outra em latossolos amarelos distróficos, num altiplano de cota altitudinal em torno de 200 m, onde o dossel da floresta é mais homogêneo. Existem trabalhos que já predizem que os efeitos das mudanças climáticas sobre os ecossistemas amazônicos podem gerar um gradiente de florestas úmidas com expressiva biomassa a florestas estacionais e formações de savana arbórea, e esse processo de “savanização” pode ser acelerado por ações humanas como queimadas induzidas e extração seletiva de madeira. Portanto, esse gradiente de paisagens no Oeste do Pará apresenta diferentes variações micro climáticas de temperatura e umidade, o que é ideal para criar modelos preditivos dos efeitos de mudanças climáticas no futuro. Além disso, nas áreas de terra baixas das margens do rio Tapajós, existem comunidades tradicionais que procuram uma fonte de renda sustentável usando a floresta para obter recursos. Para tanto, esse projeto usará o sistema PPBio/Rapeld com as seguintes finalidades: 1) avaliar os impactos sobre os sistemas seminaturais causados pelo fogo (médio prazo) e pelas mudanças climáticas (longo prazo) utilizando o gradiente de paisagens; 2) monitorar espécies da flora e fauna na Flona do Tapajós em áreas sem levantamentos para relacionar com os fatores ambientais que podem afetar a estrutura e dinâmica das espécies e no futuro avaliar os efeitos das mudanças climáticas; 3) usar a infraestrutura de trilhas para a inclusão de comunidades nos estudos sobre a biodiversidade e promover a renda local através do Ecoturismo.
  • Instituto Nacional de Pesquisas da Amazônia - AM - Brasil
  • 02/01/2017-31/01/2021
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Alberto de Barros Aguirre

Ciências Sociais Aplicadas

Administração
  • carne orgânica: uma análise da cadeia de suprimento, seus custos e comercialização por valor justo
  • A busca para melhorar os meios de produção e agregar valor a um produto tem se tornado um importante diferencial e é meta organizacional de muitos produtores. Neste contexto está inserida a carne orgânica, a qual tenta sair do status de uma commodity e aspira um nicho de mercado com um poder aquisitivo maior do que a carne convencional. Este fenômeno, que o presente projeto almeja estudar, está dividido em quatro partes. A primeira envolve a análise da cadeia de suprimento para a carne orgânica, tratando esta parte como um estudo documental tendo como base a construção teórica de autores anteriores. Junto com esta, a segunda parte envolve em descrever os custos da cadeia de suprimentos deste produto final, tratando assim de um estudo de caso com natureza descritiva e exploratória do tipo qualitativa e quantitativa, envolvendo entrevista aberta com os agentes envolvidos nesta cadeia de produção. A terceira parte diz respeito a uma análise dos custos produtivos (a qual, será estudada a partir da etapa anterior). E a quarta e última etapa, a qual, envolverá as etapas anteriores e buscará procurar o valor justo de comercialização desse produto, o qual, este trabalho almeja estudar. Assim, este trabalho agregará contribuições efetivas para os produtores que trabalham na produção de carne, seja esta orgânica ou convencional, visando assim um melhor desempenho destes agentes envolvidos. Os futuros frutos deste trabalho implicarão em uma incrementação dos produtores brasileiros no cenário mundial de carne.
  • Universidade Federal de Mato Grosso do Sul - MS - Brasil
  • 18/02/2019-28/02/2022