pesquisa científica - diferentes Áreas, inúmeras descobertas
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Palestra ministrada pela Profa. Dra. Kalinka Castelo Branco (ICMC/SP) no II Seminário de Pesquisa em Computação do Univem de MaríliaTRANSCRIPT
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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.
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Agenda
O Processo de Pesquisa
Pesquisa e Desenvolvimento
Tipos de Pesquisa
Oportunidades – Áreas e Descobertas
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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
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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
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Onde estão os pesquisadores?
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Assim...
Universidade como formadora de pesquisadores...
Significa... Saber Organizar
Diferenciar
Obter
Produzir
Novos conhecimentos...
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Então... Pesquisa e Desenvolvimento são o que??
Pesquisa
Ferramenta para obtenção de Novos conhecimentos
Desenvolvimento
Aplicação destes conhecimentos para produção de artefatos
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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
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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...
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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!
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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?
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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
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Pesquisa Científica
Pesquisa ExplicativaPesquisa DescritivaPesquisa Exploratória
Estudo de CasoPesquisa OperacionalPesquisa Experimental
Pesquisa em CampoPesquisa em Laboratório
Pesquisa Básica Pesquisa Aplicada
Quanto à natureza
Quanto aos objetivos
Quanto aos procedimentos
e/ou
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Pesquisa Quanto à Natureza
Pesquisa Científica
Pesquisa Básica ou Fundamental
Pesquisa Aplicada
Quanto à natureza
Gera produtos, processos
+
Conhecimentos com finalidade imediata
Gera conhecimentos sem finalidades imediatas
Conhecimentos utilizados em pesquisa aplicada
Melhoria da Qualidade de Vida 15
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Principais Características
Pesquisa Básica
Visa entender ou descobrir novos fenômenos
Gera conhecimentos básicos
Não é reservada
Requer a divulgação dos conhecimentos
Produz artigos científicos
Pesquisa Tecnológica
Visa aplicar conhecimentos básicos
Pode ou não ser reservada
Produz produtos, processos e patentes
Gera novas tecnologias e conhecimentos
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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
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Pesquisa Tecnológica
Utiliza conhecimentos básicos, tecnológicos e tecnologias para gerar novos produtos
Conhecimentos envolvidos podem ser de outras áreas
Na computação: produção de software.
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Um exemplo...
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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...
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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.
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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
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Ainda sobre Pesquisas Explicativas
Explicam os porquês
Exigem aplicação de métodos de modelagem e simulação para reproduzir fenômenos
Utilizam amplamente estudos de caso
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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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Pesquisa Experimental
Viabiliza novas descobertas: materiais, componentes, métodos, técnicasUsada para obter novos conhecimentos e protótiposRequer manipulação e coleta de dados imparcialInovações geradas a partir de estudos de laboratório, os experimentosExperimentar significa: elaborar e formular novos elementos, testar materiais e componentes, simular eventos, inferir e introduzir variáveis, realizar modelagens.
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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
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Estudo de Caso
Possibilitam que se explique um sistema em seu ambiente.
Um caso pode ser...
Uma decisão,
Um programa
Um processo de implantação
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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!
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Oportunidades – Diferentes Áreas
Desenvolvimento de Software;
Engenharia de Software;
Redes de Computadores;
Segurança;
Inteligência Artificial;
Banco de Dados;
Processamento de Imagens;
Hardware, entre outras.
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Inúmeras Descobertas
O que posso fazer e pesquisar?
O que consigo pensar em descobrir?
Como posso fazer isso?
Quais são as descobertas a seremfeitas?
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Parts of Tiriba’s Feature Model
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Parts of Tiriba’s Feature Model
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Part of Tiriba’s Feature Model
Examples of constraints among features
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Tiriba’s Product Line Architecture
Propulsion SystemNavigation & Flight Sensors
Barometric UnitInertial Unit
Payload
Navigation
System
Flight Control
SystemActuators
Communication
System
GPS
Acceleration 3D
Angular Speed 3D
Magnetic Field 3D
Static Pressure
Temperature
Differential Pressure
Photo Camera
Video RGB
Camcorder
Video Thermal
Video Transmitter
Motor
Main Battery
Speed Controller
Sensors:Voltage, Current
RPM, Temperature
Charge Level
Optical Measument Unit
AirframeGround Control
Station
Launch/Recovery
Systems
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Tiriba Logic block and Corresponding Automatically Generated Code
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• Um dos principais focos de nossa pesquisaé o desenvolvimento de robôs de serviço usadosem tarefas de patrulhamento de ambientes internosatravés 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
(a)
Alert: Intrusion
(b) (c)
GT1 – Robôs Táticos (Indoor)
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IP addresses and the port numbers of the components.
Stereo Camera
Sensors
Laser Sensors
Color Camera
Wi-Fi Connection
Sonares
Thermal CameraFLIR PathFindIR:320x240 / 720x480256 levels (gray levels)
Laser SICK LMS 200Distance: Up to 80 meters 75 Hz / 180 degrees scan
Laser Hokuyo4 meters270 degrees
GT1 – Robôs Táticos (Indoor)
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IP addresses and the port numbers of the components.
Sensores
Robôs Móveis
(i) GPS Garmin
GT1 – Robôs Táticos (Indoor)
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IP addresses and the port numbers of the components.
INCT-SEC Tele-OperaçãoRobô móvel controlado remotamente e/ou controlado autônomamente na USP ICMC - São Carlos. Sistema de controle remoto executando na PUC-RS em Porto Alegre (1.300Km distante da USP)
Sensor Laser
GT1 – Robôs Táticos (Indoor)
![Page 41: Pesquisa Científica - Diferentes Áreas, Inúmeras Descobertas](https://reader034.vdocuments.mx/reader034/viewer/2022042700/55546758b4c905aa798b4efa/html5/thumbnails/41.jpg)
IP addresses and the port numbers of the components.
INCT-SEC Semi and Autonomous Robot ControlArchitecture
“Mobile robots design and implementation: from virtualsimulation to real robots”. Published in:Virtual, Interactive and Integrated Product Design and Manufacturing for Industrial InnovationVolume: 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.
GT1 – Robôs Táticos (Indoor)
![Page 42: Pesquisa Científica - Diferentes Áreas, Inúmeras Descobertas](https://reader034.vdocuments.mx/reader034/viewer/2022042700/55546758b4c905aa798b4efa/html5/thumbnails/42.jpg)
IP addresses and the port numbers of the components.
INCT-SEC Navegação e Monitoramento Interno (videos)
Publicações:
Visual Navigation System IEEE LARS 2010
Localization and Topological Navigation, Human Detection using Thermal CameraSubmitted to CBSEC 2011
GT1 – Robôs Táticos (Indoor)
![Page 43: Pesquisa Científica - Diferentes Áreas, Inúmeras Descobertas](https://reader034.vdocuments.mx/reader034/viewer/2022042700/55546758b4c905aa798b4efa/html5/thumbnails/43.jpg)
O problema ...GT2 – Veículos Autônomos
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GT2 – Veículos Autônomos
Motivações
• Acidentes motivados por imperícia e desatenção
• Custos materiais e humanos
• Condições de tráfego
• Qualidade de vida e aspectos sociais
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Motivação e Aplicações
IP addresses and the port numbers of the
components.Brazil: Local ProblemsBad conditions and conservation of “some” roads
They didn't tell me this hole could be so huge!!
![Page 46: Pesquisa Científica - Diferentes Áreas, Inúmeras Descobertas](https://reader034.vdocuments.mx/reader034/viewer/2022042700/55546758b4c905aa798b4efa/html5/thumbnails/46.jpg)
Motivação e Aplicações
IP addresses and the port numbers of the
components.Brazil: Local ProblemsTraffic education - Behavior of Pedestrians and Conductors
* Respect crosswalks* Use footbridge* Pedestrian * Conductors
![Page 47: Pesquisa Científica - Diferentes Áreas, Inúmeras Descobertas](https://reader034.vdocuments.mx/reader034/viewer/2022042700/55546758b4c905aa798b4efa/html5/thumbnails/47.jpg)
Motivação e Aplicações
IP addresses and the port numbers of the
components.Brazil: Local ProblemsTraffic education - Behavior of Pedestrians and Conductors
* Respect crosswalks* Use footbridges* Pedestrian behavior * Conductors behavior
Brazilian educational campaign:
USE CROSSWALKS!
![Page 48: Pesquisa Científica - Diferentes Áreas, Inúmeras Descobertas](https://reader034.vdocuments.mx/reader034/viewer/2022042700/55546758b4c905aa798b4efa/html5/thumbnails/48.jpg)
Motivação e Aplicações
IP addresses and the port numbers of the
components.Brazil: Local ProblemsRoad Signs: drive at night, speed bumps, visibility, …
Speed Bump: Does it helps?
![Page 49: Pesquisa Científica - Diferentes Áreas, Inúmeras Descobertas](https://reader034.vdocuments.mx/reader034/viewer/2022042700/55546758b4c905aa798b4efa/html5/thumbnails/49.jpg)
GT2 – Veículos Autônomos
IP addresses and the port numbers of the components.
Desafio… Veículos Inteligentes comCondução AssistidaCondução Autônoma
No Brasil, poucas instituições tem desenvolvidotrabalhos nesta “direção” e o INCT-SEC vem atuandofortemente no desenvolvimento de soluçõesrobustas para esta área.
![Page 50: Pesquisa Científica - Diferentes Áreas, Inúmeras Descobertas](https://reader034.vdocuments.mx/reader034/viewer/2022042700/55546758b4c905aa798b4efa/html5/thumbnails/50.jpg)
IP addresses and the port numbers of the components.
Laser Range Finders
Camera
GPS, IMU, and compass
Sensores
DC Motor
Encoder
Motor Controller
Atuadores
Acceleration Control
Engine: electric 48vAutonomy: 8-10hsMax speed: 32km/hPayload: 363kg
Especificações
INCT-SEC
Veículo AutônomoElétrico
GT2 – Veículos Autônomos
![Page 51: Pesquisa Científica - Diferentes Áreas, Inúmeras Descobertas](https://reader034.vdocuments.mx/reader034/viewer/2022042700/55546758b4c905aa798b4efa/html5/thumbnails/51.jpg)
IP addresses and the port numbers of the components.
INCT-SEC Algoritmo de deteção de Vias
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
GT2 – Veículos Autônomos
![Page 52: Pesquisa Científica - Diferentes Áreas, Inúmeras Descobertas](https://reader034.vdocuments.mx/reader034/viewer/2022042700/55546758b4c905aa798b4efa/html5/thumbnails/52.jpg)
IP addresses and the port numbers of the components.
INCT-SEC Assisted Driving System
Vehicle Position
Expected trajectory
Obstacles
Laser information
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
GT2 – Veículos Autônomos
![Page 53: Pesquisa Científica - Diferentes Áreas, Inúmeras Descobertas](https://reader034.vdocuments.mx/reader034/viewer/2022042700/55546758b4c905aa798b4efa/html5/thumbnails/53.jpg)
IP addresses and the port numbers of the components.
INCT-SEC - Parceiros
Fiat Stylo / EESC –ICMCSENA ProjectAssisted Driving
CTI – CENPRAAutomated VehicleDrive-by-Wire and Sensors
GT2 – Veículos Autônomos
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IP addresses and the port numbers of the components.
Navegação Autônoma *
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
GT2 – Veículos Autônomos
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IP addresses and the port numbers of the components.
Autonomous Navigation *
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
GT2 – Veículos Autônomos
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O QUE SIGNIFICA
SEGURANÇA???
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QUANTA SEGURANÇA??
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Detector de Enchentes
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Localização dos experimentos
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Pesquisa corrente
Mapa do local de experimentos em São
Carlos e o primeiro nó para o projeto REDE
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GT 3 - Veículos Aéreos Autônomos
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Parts: (1) on-board system block diagram,
(2) the aircraft
(3) mission planner
(2)
(2)
(1)
(3)
Projeto Tiriba
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BASIC SPECIFICATIONS OF TIRIBA AIRCRAFT
Propulsion Electric, 1.2KW
Max Takeoff
weight
3 Kg
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
Projeto Tiriba Especificações Básicas
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Projeto TiribaComponentes de Hardware
Parts: (1) on-board system diagram details,
(2) Tiriba auto-pilot main board
(2) (1)
Quatro processadores
(microcontroladores PIC32 80 MHz )
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GT 3 - Veículos Aéreos Autônomos
Placa do Piloto
Automático do
Tiriba
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GT 3 - Veículos Aéreos Autônomos
Protótipo do Tiriba em Vôo –
Teste da Unidade Inercial e
Barométrica
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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.
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Aquisição de Imagens
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Tratamento de Imagens -Ortoretificação
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Tratamento de Imagens -Mosaicagem
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Class %
Culture 65,5
Invasive pests 1,2
Straw 7,8
Bare Soil 25,5
Aplicações - Agricutura
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Aplicações – Monitoramento Ambiental
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Imagens Sobrepostas – VANT e
Satélite
Aplicações – Monitoramento Ambiental
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Imagens obtidas com
o VANT
Aplicações – Monitoramento Ambiental
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•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
Projeto SarVant
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INCT-SEC e RIPSEC Web Sites
http://www.inct-sec.org
http://www.ripsec.org
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Laboratório de Sistemas Embarcados Críticoswww.lsec.icmc.usp.br
LSEC – Lab. de Sistemas Embarcados Críticos
Kalinka Castelo Branco [email protected]