Atendendo a algumas respostas apreciativas e inúmeras ignorativas, aqui está......

23 dezembro 2015

Complexidade e confiabilidade

Um avião comercial é um sistema inacreditavelmente complexo. É quase impossível para um engenheiro realmente acreditar que tantos componentes conectados de forma tão intrincada possam funcionar com perfeição. Seja como for, a indisponibilidade de um avião comercial é a grosso modo da ordem de 10^-6: a cada milhão de viagens, menos de uma é interrompida por problemas mecânicos.

Um automóvel é também um sistema complexo, embora bem mais simples que um avião. Podemos dizer que a taxa de falhas é da ordem 10^~3; um carro usado diariamente deixa o motorista na mão uma vez a cada 3 anos, ou algo assim.

Um elevador é um sistema bastante simples: uma botoeira ligada a chaves eletromecânicas, um motor de potência reduzida, e contrapesos ligados por cabos. Provavelmente você encontra o elevador do prédio parado alguns dias por ano, podemos estimar a indisponibilidade em 10^-2.

Um portão de garagem é um sistema muito simples: motor elétrico, e 2 chaves liga-desliga. A taxa de falhas tende a ser de até 10%: fica aberto dias inteiros a cada tantas semanas esperando manutenção.

Uma porteira de estacionamento é um sistema ridiculamente simples. A cancela do estacionamento do prédio de engenharia elétrica da USP está permanentemente quebrada, indisponibilidade 10^0. Tire suas próprias conclusões, e aproveite bem os feriados!

21 dezembro 2015

Propostas de projeto de formatura 2016

1 - A revolta da armada e os telegramas de Benham

A revolta da armada contra o governo republicano em 1892 opôs lideranças da Marinha contra a ditadura militar de Floriano Peixoto. As alianças de cada um dos lados não se dividem claramente entre lados ideologicamente distintos, mas a grosso modo monarquistas eram favoráveis aos revoltosos, que tinham força no Sul e no Nordeste; republicanos e jacobinos eram favoráveis ao governo, mais forte no Sudeste; as potências europeias eram simpáticas aos revoltosos; e os EUA, contrários ao bloqueio dos portos, aos republicanos. O episódio, apesar de não se encaixar bem nas historiografias ideológicas, tem aspectos até hoje interessantes. Durante a revolta a baía da Guanabara abrigou uma fração considerável das maiores marinhas de guerra da época, incluindo o encouraçado Aquidaban (o Riachuelo estava na Europara para reparos). Também participou do conflito a 2a fragata Nictheroy. A revolta terminou com a passagem do poder de um militar para um civil constitucionalmente eleito, pela 1a vez na história do Brasil e talvez da América Latina, embora o resultado das eleições não fosse realmente contestado.

Há motivos circunstanciais para supor que a diplomacia americana tenha tido papel importante na resolução, mas infelizmente nem o orgulhoso Marechal Floriano nem o lacônico Almirante Saldanha da Gama nos deixaram registros sobre os fatos, e as comunicações entre o Almirante Benham e Washington estão em código, até hoje não decifrado pelo que tenho conhecimento.

O objetivo desse projeto é decifrar as comunicações entre a armada americana e os superiores nos EUA, guardadas nos National Archives em Washington. Com os recursos computacionais disponíveis hoje, deve ser possível esclarecer esse interessante episódio da história nacional. Trabalho prévio: pesquisar se os códigos ainda não foram decifrados (acho que não). Leitura relevante: Steven C. Topik. Comércio e canhoneiras: Brasil e Estados Unidos na Era dos Impérios (1889-97), Companhia das Letras, 2009.


2 - Ambiente de qualidade profissional para simulação de método de controle adaptativo híbrido

Desenvolvemos recentemente um método de controle adaptativo direto utilizando o algoritmo do baricentro para otimização livre de derivadas. Tanto as análises matemáticas como as simulações indicam que o método funciona bem.

Não estou satisfeito com o workflow das simulações usando Matlab-Simulink, embora talvez possa ser adequado para prototipação rápida. É difícil explicar exatamente o que não agrada: a lentidão dos cálculos numéricos, a aparência pouco amigável dos gráficos, a falta de naturalidade da programação em relação aos objetos matemáticos sendo usados, a dificuldade de realizar alterações e sequências de simulações, ou talvez seja mera má vontade minha. Pelo que entendo os profissionais recomendam o uso do Python com extensões como Pylab e Numpy. Outros gostam do Mathematica mas não sei se é práticos simular um sistema híbrido, nem se o uso do pacote chamado SystemModeler é necessário, ou recomendado. Existe também um produto comercial chamado VisSim (http://www.vissim.com) que tinha um stand na CDC de 2015 e parece ser um produto eficaz e econômico, talvez seja uma alternativa,

O objetivo do projeto é montar um esquema de simulação para o controle adaptativo híbrido usando software adequado para uso profissional. Software aberto é um ponto positivo. Documentação em LaTeX apenas. Plataforma Unix (Mac, Linux, ou outra) desejável.


3 - Aplicação prática de otimização livre de derivadas

Usar o algoritmo de otimização direta baseado no baricentro complexo para resolver problemas em engenharia química ou correlatas. Os métodos de minimização e maximização de funções usando derivadas e gradientes são bem conhecidos. Em muitas situações práticas temos apenas um oráculo que nos informa o valor da função em pontos determinados. Esse oráculo pode ser por exemplo um experimento ou simulação, cuja execução tem um certo custo ou demora um tempo de execução, e portanto o número de chamadas ao oráculo deve ser minimizado. Algoritmos para otimização direta, sem derivadas, embora menos estudados, são tão ou mais úteis na prática. O objetivo desse projeto é testar um tipo de algoritmo de otimização direta baseado no cálculo do baricentro de uma sequência de respostas fornecidas pelo oráculo.

O algoritmo é novo e está sendo desenvolvido aqui na USP. Há versões aplicáveis para problemas de otimização contínua e também de otimização mista, com variáveis discretas e contínuas. Tudo indica que funciona tão bem ou melhor que os métodos encontráveis na literatura. O entendimento do método é perfeitamente possível para alunos politécnicos.


4 - Cobrança por estacionamento e trânsito de passagem na Cidade Universitária

A prefeitura do campus tem um estudo com dados bem completos sobre trânsito de veículos na Cidade Universitária. Um problema da USP é que oferecemos passagem de graça e estacionamento de graça para todos. Não conheço nenhuma universidade no mundo que gaste tanto com subsídio aos automóveis - qualquer outra universidade cobraria pelo estacionamento e uso das vias, e empregaria os recursos em ensino e pesquisa. A ideia a ser explorada é fazer um estudo para cobrança de estacionamento e tráfego de passagem para ser apresentado à Universidade e à Reitoria, com modelo econômico-financeiro, estudos de engenharia, proposta para sistema de cobrança, embasamento jurídico e tudo mais que seja relevante.


5 - O problema de Lur'e. A questão aberta mais antiga e importante em controle é a seguinte: dados 2 sistemas dinâmicos estáveis, encontrar uma função de Lyapunov comum para ambos, ou mostrar que não existe.

A história do problema remonta aos anos 1940 com o conceitos de estabilidade absoluta e a conjectura de Aizerman, e ganhou maior importância com os estudos de sistemas chateados e controle híbrido, porém uma resolução do problema ainda não está disponível.

A proposta do projeto é estudar a estabilidade de uma equação diferencial cuja solução fornece a função de Lyapunov comum para 2 sistemas. A dificuldade consiste em que essa equação tem modos estáveis e instáveis, porém ele pode possuir órbitas homoclínicas conectando as variedades estáveis e instáveis. Nesse caso o sistema dinâmico resultante exibe caos, as variedades não são globalmente integráveis, e inexiste a função de Lyapunov buscada. Até esse ponto eu sei. O complicado é descobrir se existem órbitas homoclínicas e caos para um determinado sistema dinâmico. A forma de estudo inclui o uso da técnica de Melnikov e outras.


6 - Robôs fofos. Para quem quiser construir alguma coisa, recomendo robôs moles ou fofinhos. Não entendo nada do assunto, só sei que é a robótica do futuro.


Agradeço o interesse, quem quiser me contatar nas próximas semanas email é o melhor meio, ou skype felipe.pait.

17 dezembro 2015

Osaka 2

Uma das coisas divertidas de viajar no Japão é pegar transporte público com todo o mundo. Parece que em Osaka só 10% das viagens são de carro; o resto é a pé ou numa combinação de bicicleta, trem, metrô, e ônibus. Tem pouco carro andando nas ruas, exceto nas avenidas principais, e não vi nenhum engarrafamento. A escolha é facilitada pelo fato que a cidade é plana e extremamente densa - implacavelmente urbana, diria. As bicicletas andam nas ruas - as menores não tem calçada - sem vias especiais. Nem precisa, porque os raros carros são cuidadosos. Nas avenidas, usam a calçada.

Há uma combinação impressionante de linhas de trem e metrô, subterrâneas, elevadas, e de superfície, da cidade, nacionais, e privadas. A rede é incomparavelmente mais densa que em S Paulo. É usada o tempo todo, e fica cheia nos horários de pico, mas dá para usar sem desconforto. O desembarque é mais eficiente porque não tem japonês tentando entrar no trem antes dos outros japoneses saírem, nem guardando a porta de saída com várias estações de antecedência.

Li que o 1o metrô é dos anos 1930. Algumas linhas de trem devem ser anteriores, mas a maior parte do sistema foi obviamente construída depois da guerra, e claramente tudo foi reconstruído recentemente. Não dá para usar como desculpa que o sistema é mais antigo - não seria como um estudante do primário chegar atrasado com roupa rasgada dizendo que apanhou do bully do ginásio, é mais como dizer que papai não sai de casa porque apanhou do vovô. Não ter botado trem em toda a cidade de S Paulo em quase meio século de obras daria foi uma decisão deliberada da sociedade e dos políticos, da mesma forma como dificultar a movimentação de pedestres e especialmente de ciclistas foi uma decisão deliberada.

Uma coisa meio confusa é que cada sistema exige passagem própria, comprada no valor exato, que depende da distância, em caixas automáticos nas estações. Depois de se habituar é fácil, mas não existem passes convenientes para o turistas que funcionam em todas as linhas. É bem diferente de S Paulo, onde tem bilhete de metrô, bilhete de metrô + ônibus, e bilhete de metrô + ônibus interurbano, vendidos em guichês diferentes, que existem em uma estação mas não na outra, idênticos mas não compatíveis. Pensando bem, é a mesma bagunça. Só que aqui dá a impressão que os sistemas diferentes existem por hábito e conservadorismo, e não só por desaforo.

Hoje saí cedo, peguei a linha circular da Japan Railways na direção oposta ao centro de conferências, fica só um pouquinho mais longe. Pensava em descer no centro, mas quando vi o castelo de Osaka desci num impulso. Atravessei os jardins, subi a montanha, cheguei na porta do castelo - visita só depois das 9 - fui para o outro lado, atravessei o fosso na outra direção, e confiando no milagre dos trens japoneses cheguei na hora para a plenária, que não está grande coisa.

Em resumo, os trens são baratos, extremamente eficientes, e inacreditavelmente silenciosos. Mas também o que se espera de um país onde até elevadores funcionam na hora?

Um problema é que a conferência é num convention center, que é o pior tipo lugar para fazer conferência, provavelmente porque foram planejados para conferências. Não tem lugar para sentar e conversar, nem espaço adequado para os coffee breaks. O melhor tipo de lugar são universidades, especialmente as residenciais americanas, durante as férias - como não foram projetadas para convenções, tudo funciona como devia. Intermediário são hotéis, não projetados para convenções, mas adaptados, o que atrapalha um pouco mas não compromete.

Voltando ao que interessa, a comida aqui, como já disse, é boa e barata. Mais fácil comer sozinho sem os gaijin. O pessoal do restaurante sabe que eu não falo japonês, falam japonês comigo do mesmo jeito, eu gesticulo qualquer coisa, e no final das contas o umbigo sai satisfeito. Os gaijin querem saber o que estão pedindo, como se fizesse diferença, não confiam nas fotografias da comida, não entendem nada e ficam melindrados. No dia livre, lembrar de não viajar com ninguém. Hoje ouvi meu 1o "hai, arimasen" da viagem, o curioso hábito japonês de dizer "sim, inexiste," evitando dizer não.

13 dezembro 2015

Osaka 1

Sábado. Cheguei no Japão. Inacreditável mas ainda tenho mais um voo depois de tanta viagem. Nesse último o sol ficou se pondo durante 12 horas mas só escureceu depois de descer. Mesmo assim, já é amanhã. Terminei de preparar as apresentações para a conferência. Em qual outro lugar janta-se bem no aeroporto com 5 dólares?

Trem do aeroporto para Osaka a cada 10 minutos, cheio sábado à noite, todos educados e prestativos, uma jovem me disse onde descer. Tem morador de rua no Japão. Encontrei o hotel, só 2 voltas a mais no quarteirão. Bizinesuhoteru, quarto de 2 tatamis, sem banheiro privativo. Trabalhadores estrangeiros. Com a pindaíba das agências de pesquisa me sinto bem economizando. Se contar quanto o generoso contribuinte paulista não vai acreditar, e quem viaja com $ público vai querer me matar, então fico calado. Em compensação precisa comprar toalha, não dão.

Fome e cansaço à noite, já entrei no fuso horário. Só que acordei confuso de madrugada. Liguei telefone para ver a hora, descobri que TIM funciona aqui. Quem quiser me mandar text pode. Chip local é complicado, prefiro nem usar, vou encarar navegação lendo mapa.

Domingo. Acordei às 7, hora local, Osaka vamos lá! Bem quentinho por aqui, uns 10C, dá para sair na rua de camiseta, mas acho que o japonês respeita o inverno, talvez melhor botar alguma coisa por cima para não chamar atenção. Osaka é urbana de não dar folga, mesmo pensando em S Paulo, NY, ou Tokyo. Tem vários templos mas sem os jardins de Tokyo ou Kyoto. E muita rua de shopping. Numa delas dei de cara com a moça que tinha me dito em que estação de trem descer ontem. Bom, ela me encontrou, eu não teria reconhecido. Mas quando eu precisava de ajuda me perdi. Consegui ver o museu da moradia e da cidade, foi interessante mas acho que mesmo se tivesse mais de meia hora e soubesse japonês ainda acharia mais fraquinho que outros museus do tipo. A cidade é toda muito recente, de concreto.

Voltei para o hotel e tomei furô. Deu sono cedo, melhor sair e comer alguma coisa para não perder a sincronia com o relógio daqui. Come-se bastante fritura por aqui. O cozinheiro atrás do balcão mandou experimentar benishoga, gengibre vermelho frito. Na volta vi um clube ou bar de Go, já fechando. O cozinheiro passou por mim e dissemos boa noite. Então já conheço 2 pessoas em Osaka.

2a. Hoje começa a conferência.