Simulação numérica é uma ferramenta importante para a redução de custos nos processos de prensagem de pós e sinterização. A estimativa correta das propriedades do compacto verde podem ser úteis para o uso de ferramentas numéricas no projeto de moldes elastoméricos para prensagem isostática, prensagem multiaxial com elastômero e no controle de carregamento/descarregamento, evitando a ocorrência de trincas e falhas. O uso dessas propriedades em simulações numéricas requer modelos de materiais robustos capazes de representar o material em diversos níveis e tipos de carregamento. O processo de caracterização e validação desses modelos é complexo por necessitar de uma série de testes experimentais, além de que a manufatura de corpos de prova (CDP) em densidades relativamente baixas é uma tarefa custosa devido a sua fragilidade. Em baixas densidades, o CDP não possui resistência mecânica suficiente para resistir ao processo de lixamento das faces, resultando uma geometria com imperfeições que podem gerar carregamentos complexos (excentricidade de carga), não sendo detectado precisamente com instrumentação convencional (e.g extensômetros). Esse projeto de pesquisa no exterior visa a medição dos campos de deslocamento e deformação em amostras com geometria de sólido de revolução usando estéreo-correlação de imagens digitais (estéreo-CID). O processo de manufatura das amostras consiste na pré-forma em matriz fechada de dupla ação com carga axial máxima de aproximadamente 5 MPa. As peças serão submetidas à prensagem isostática para eliminar o gradiente de densidade da etapa anterior, resultando uma um CDP em forma de ampulheta devido à maior deformação volumétrica em regiões menos densas (região central) proveniente da etapa anterior. Dois tipos diferentes de testes serão analisados, são eles: prensagem uniaxial em uma matriz instrumentada com strain gauges na parede externa; e ensaios de compressão simples nos CDP em forma de ampulheta. Os resultados experimentais dos strain gauges no primeiro ensaio serão confrontados com os dados de estéreo-CID para validação do procedimento experimental (iluminação, posição da câmera e parâmetros de calibração) dos testes executados no Brasil. Após a validação inicial, será executada análises de estéreo-CID nos testes de compressão simples. É esperado que com os campos de deslocamento e deformação seja possível determinar (des)alinhamentos durante os testes e identificar possíveis efeitos de flexão indesejados.

A implementação de novas fontes de energia renováveis é um passo necessário para a mitigação das emissões de CO2 e o controle das mudanças climáticas. Entretanto, devido ao caráter intermitente dessas fontes, é necessário o uso de dispositivo de armazenamento de energia, como supercapacitores e baterias. A baixa disponibilidade de lítio no planeta terra faz com que as baterias de lítio, as mais utilizadas atualmente, não sejam suficiente para suprir a demanda futura por baterias. Sendo assim, nos últimos anos muitos esforços têm sido realizados para o desenvolvimento das baterias de sódio-íon. Dentre os principais fatores limitantes para estas baterias, podemos citar a formação da interface sólida do eletrólito (ISE) na superfície do ânodo, a qual se dá por reações indesejadas entre o eletrólito e a superfície do eletrodo. Uma alternativa para diminuir os impactos da formação da ISE, é o uso de eletrólitos baseados em líquidos iônicos (LIs), os quais resultam em uma ISE robusta, a qual contribui para o transporte dos íons Na+ da região de bulk para a superfície do eletrodo. Para aumentarmos o entendimento da ISE em LIs, é necessário uma investigação atomística, focando nas interações entre os íons e no transporte dos mesmos. Desta maneira, propomos neste projeto a realização de simulações de dinâmica molecular (DM) utilizando campos de força polarizáveis desenvolvidos especificamente para eletrólitos baseados em LIs. Além das simulações de DM, cálculos da teoria funcional de densidade podem ser realizados afim de se complementar as informações obtidas das simulações de DM e também para obter diferentes propriedades que influenciem na formação da ISE, como as estabilidade dos íons e os custos energéticos das interações. (AU)

A proposta é investigar o uso de uma combinação de métodos atomísticos reativos, quânticos e clássicos no estudo das propriedades mecânicas, eletrônicas e topológicas de novos materiais nanoestruturados. Nos últimos anos, junto com meus colaboradores, tenho empregado um grande esforço no desenvolvimento e aplicação de duas metodologias atomísticas reativas, o potencial ReaxFF (potencial reativo parametrizado) e a aproximação DFTB (Tight Binding Density Functional Theory). Tais estudos foram realizados em parte com o apoio da Fapesp (Processos: 2013/09536-0, 2014/15521-9 e 2018/03961-5) e de outros órgãos de fomento, como CNPq (Processos: 308298/2014-4, 310369/2017-7 e 437034/2018-6) e Fundunesp (Fundação para o desenvolvimento da Unesp). Métodos reativos permitem descrever e prever comportamentos relativamente complexos em materiais novos e têm sido usados frequentemente em colaborações com grupos experimentais. Nestas colaborações é comum usar os métodos reativos para compreender, de modo pontual, propriedades mecânicas e eletrônicas dos materiais que têm origem na escala molecular ou nanoscópica. Porém, seria interessante complementar esta descrição com outras que permitam o estudo de propriedades dinâmicas dos materiais, ampliando a abrangência das investigações realizadas com meus colaboradores. Uma maneira de obter tal efeito é combinar de modo efetivo estas descrições com modelagens mais sofisticadas, que abordem estados excitados e/ou fenômenos de transporte quando estes forem relevantes. Atualmente existem poucos grupos no país que tenham capacidade técnica para tornar efetiva a combinação de descrições de fenômenos variados como comentado acima. Este quadro dificulta o surgimento de mais grupos nacionais, com liderança na área, que contribuam na proposição de novos materiais, ou combinações de materiais que sejam de fato inovadores. A presente proposta tem como um de seus objetivos contribuir para a melhoria deste quadro. Isto será realizado estudando os sistemas propostos em uma abordagem que combina as técnicas já utilizadas nas colaborações atuais com descrições de estados excitados e de fenômenos de transporte na construção de modelos e análises realizadas em conjunto com o grupo do Prof. Niehaus (que é o pesquisador anfitrião do projeto). A proposta é aplicar esta abordagem de duas maneiras: a primeira será investigar propriedades estruturais, eletrônicas e de transporte em materiais bi-dimensionais porosos, como o grafenileno e estruturas semelhantes. A segunda maneira será propondo e investigando possíveis nanodispositivos construídos utilizando tais materiais. (AU)

Esse projeto visa investigar a atividade catalítica e a seletividade de materiais avançados baseados em carbono funcionalizados com óxidos metálicos tais como óxido de cério, de vanádio e de nióbio, e materiais híbridos como estruturas de óxido de titânio com nanopartículas de ouro, no que diz respeito à eletrogeração de peróxido de hidrogênio para degradação de poluentes emergentes. A reação de redução de oxigênio por um mecanismo de 2 elétrons é um processo desejado para a obtenção de espécies oxigenadas muito reativas, que são capazes de degradar uma vasta gama de compostos orgânicos, incluindo disruptores endócrinos. Estudos teóricos detalhados de catalisadores que promovem essa reação, incluindo alguns que já foram previamente sintetizados pelo nosso grupo com excelentes resultados, como CeO2, WO3@Au, V2O5 e Nb2O5 por exemplo, podem prover informações cruciais para guiar e otimizar futuras sínteses. Nesse sentido, simulações teóricas serão realizadas utilizando teoria do funcional da densidade e o modelo do eletrodo de hidrogênio computacional para avaliar a atividade catalítica dos materiais selecionados, assim como sua combinação com grafeno. Durante esse período de colaboração internacional, recursos intelectuais e computacionais, além da orientação da Prof. Dr. Samira Siahrostami na University of Calgary serão fundamentais para o desenvolvimento e progresso de nossa pesquisa. Com esse período de estágio, nosso objetivo é adquirir conhecimento e novas ferramentas que resultarão em uma maior qualidade no nosso trabalho e publicações de nossos resultados em revistas científicas de alto impacto e internacionalmente reconhecidas. (AU)

Os avanços nas ferramentas computacionais associadas às técnicas do campo da inteligência artificial têm levado a novas e importantes possibilidades na forma como os computadores podem informar e interagir ativamente com o processo de projeto. Esta proposta de estágio no exterior tem como objetivo ampliar a pesquisa em simulação computacional com modelos paramétricos e sistemas generativos utilizando otimização multicritério no projeto de edifícios e quadras visando a construção de cidades mais sustentáveis. Objetivos específicos são estudar e incorporar sistemas performativos generativos na modelagem paramétrica, e aprofundar o conhecimento sobre códigos baseados em forma para cidades mais sustentáveis e a possibilidade de sua implementação com modelos paramétricos. É importante a participação de um especialista em sistemas paramétricos e generativos e otimização multicritério, assim, a Profa. Luisa Caldas, da Universidade da Califórnia, Berkeley, foi escolhida como orientadora deste estágio de pesquisa. Ao final do estágio de pesquisa, espera-se desenvolver um exercício de aplicação de otimização multicritério em quarteirões urbanos juntamente com um estudo preliminar de desenvolvimento de um código baseado em formulário implementando os parâmetros otimizados. Esta proposta de pesquisa está relacionada a um estudo em andamento no Brasil com o título de: "Modelos paramétricos e associativos para o projeto de quadras urbanas sustentáveis" (FAPESP 2020/10233-6). (AU)

A seguinte proposta de pesquisa busca combinar duas ferramentas robustas utilizadas para estudar sistemas complexos: Dinâmica Molecular (MD) e Teoria de Grafos. Simulações de dinâmica molecular conseguem obter uma visão detalhada da organização molecular no nível atômico de diversos sistemas, envolvendo dezenas de milhares de átomos e atingindo escalas de tempo longas. No entanto, essas simulações podem produzir quantidades muito grandes de informação que podem ser difíceis de serem analisadas e métodos tradicionais utilizados para analisar esses dados, como a distribuição radial de pares, componentes de energia e inspeções visuais podem não trazer interpretações exatas e precisas. Para resolver esse problema, pode-se usar Teoria de Grafos e as ferramentas envolvidas (análises de redes e fractais) para mapear a complexidade do arranjo molecular em função do tempo com menos graus de liberdade, melhorando a viabilidade computacional e trazendo informações relevantes. Dessa forma, o projeto visa estudar as interações entre diferentes arranjos de surfactantes e superfícies de ouro, utilizando dinâmica molecular para amostrar o espaço fase e, em seguida, analisando as trajetórias resultantes pela combinação de análises de redes e de fractais para então mapear os grafos que descrevem os padrões formados ao longo do tempo. Dado o grande conhecimento de teoria de grafos dos professores da University of Southern California e em UMich, esperamos que essa colaboração seja muito produtiva. (AU)

Modelos dinâmicos baseados em equações diferenciais ordinárias (EDOs) são ferramentas úteis para a investigação de vias de sinalização celular. Esses modelos nos permitem fazer previsões sobre o comportamento da via sob diferentes estímulos. Modelos baseados em EDOs são frequentemente calibrados usando dados experimentais obtidos mensurando, após uma dada estimulação de células, uma ou mais espécies químicas em vários pontos de tempo. Para este fim, são muito relevantes abordagens Bayesianas tal como a computação Bayesiana aproximada (ABC), uma vez que elas permitem a avaliação da incerteza na estimação e também são uma maneira natural de realizar seleção de modelos. Em geral, esses modelos são estimados supondo que os mesmos são sistemas relativamente isolados com entradas conhecidas; entretanto, em muitas situações práticas, nós não temos nenhuma garantia de que essa suposição seja verdadeira. Neste projeto propomos abordar o problema da falta de isolamento na modelagem de vias de sinalização através do desenvolvimento de uma nova abordagem baseada em ABC, que levaria em consideração que as entradas do modelo também precisam ser inferidas. Testes preliminares com a nova abordagem serão executados utilizando o arcabouço ABC-SysBio. Finalmente, discutiremos como devem ser realizados experimentos biológicos para gerar dados mais adequados para a aplicação da nova abordagem. Esperamos incorporar resultados obtidos neste projeto nos trabalhos em andamento no CeTICS, além de consolidar a colaboração com um renomado e internacional grupo de pesquisa em Biologia Sistêmica. (AU)

Nas últimas décadas, a nanotecnologia tem sido aplicada nas mais diversas áreas graças as novas e diversificadas aplicações dos nanomateriais. Devido ao seu tamanho nanométrico, suas propriedades particulares levam a novas possibilidades de aplicações. Em especial, os nanotubos têm se mostrado um material muito promissor, que pode ser utilizado em vários dispositivos eletrônicos, tais como foto-catalisadores, sensores químicos, células solares, diodos emissores de luz UV, diodos de laser e outros. Além disso, a funcionalização dos nanotubos pode aumentar e/ou alterar suas propriedades originais, o que pode tornar os nanotubos propensos a novas aplicações.Apesar dos diversos estudos experimentais sobre nanotubos, em particular, nanotubos multiwalled, ainda são escassos os estudos teóricos que visam a simulação e funcionalização de tais nanotubos. Atualmente, poucos trabalhos estão sendo direcionados à simulação de nanotubos multiwalled devido à dificuldade de gerar os modelos de nanotubos inorgânicos. Além disso, a maioria dos modelos teóricos obtidos para nanotubos multiwalled mostraram distorções estruturais, tais como distâncias e ângulos de ligações distorcidas, o que acarretar em uma grande tensão (efeito strain), principalmente, nas paredes externas, o que pode levar a interpretações equivocadas de suas propriedades.Portanto, o presente projeto tem como objetivo um estudo detalhado sobre a obtenção e funcionalização de nanotubos inorgânicos multiwalled, aplicando-se a Teoria do Funcional de Densidade, a fim de obter estruturas livres de distorções e do efeito strain, assim como tornar possível a comparação efetiva com os dados experimentais. Adicionalmente, os nanotubos serão funcionalizados, visando investigar a melhoria das propriedades dos nanotubos e/ou analisar algumas aplicações específicas. Ao final deste estudo, artigos serão elaborados com o objetivo de contribuir cientificamente para o progresso geral do conhecimento dessa classe de materiais.

Muitas pesquisas apontam que as temperaturas alcançam valores máximos no centro das áreas urbanas, em espaços com grandes áreas construídas, adensamento populacional e alta taxa de impermeabilização do solo. Isto, por sua vez contribui para o desconforto habitantes das cidades. Buscar o equacionamento dessas relações é objeto de muitas pesquisas. Neste sentido, o objetivo geral deste trabalho visa contribuir para entendimento do impacto das alterações climáticas sobre as cidades e avaliar o potencial de estratégias de mitigação para melhorias do ambiente térmico urbano. O projeto está vinculado ao Programa de Pós-Graduação em Sistemas de Infraestrutura Urbana e ao Instituto de Ambiente, Hábitat y Energía (INAHE - CONICET - Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas: Argentina). Essa proposta avança nas pesquisas produzidas em trabalhos conjuntos anteriores das duas Instituições, voltadas às questões do comportamento térmico urbano e as estratégias de mitigação dos efeitos das alterações climáticas urbanas em duas cidades da América Latina: Campina - Brasil, clima tropical de altitude, e Mendoza - Argentina, clima desértico. O projeto busca reforçar a integração entre os pesquisadores das duas instituições no âmbito internacional, promover o intercâmbio de conhecimentos e difundir os resultados de pesquisa através de publicações internacionais. Neste sentido, como resultados esperados busca tanto o avanço no conhecimento sobre o comportamento térmico dos espaços urbanos, quanto o aprimoramento metodológico de técnicas de simulação computacional e análise do ambiente térmico urbano. (AU)

A administração de drogas por infusão intratecal é uma opção muito atraente para contornar a barreira hematoencefálica no tratamento da dor e da espasticidade e tem mostrado mais eficácia no tratamento com menos efeitos colaterais e uma melhor relação custo-benefício. No entanto, não existem normas claras que possam orientar a melhor maneira de programar as bombas de infusão, a fim de alcançar os melhores resultados. Atualmente, os parâmetros da bomba de infusão e os modos de fluxo são escolhidos empiricamente e não há um método que avalie como a dispersão do fármaco no espaço subaracnóideo é alterada pelos diferentes modos de programação. O objetivo deste estágio de pesquisa é realizar experimentos in-vitro de dispersão de traçadores em um modelo de bancada anatomicamente semelhante a uma coluna e espaço subaracnóideo reais. Posteriormente, modelos computacionais serão produzidos e validados com os dados experimentais obtidos. O principal produto deste estágio será uma metodologia bem testada para desenvolver modelos numéricos do fluxo do líquido cefalorraquidiano e dispersão de fármacos no espaço subaracnóideo. Esta metodologia pode posteriormente ser utilizada para obter modelos capazes de predizer a distribuição de medicamentos em geometrias obtidas a partir de exames de imagem de pacientes reais com lesões do sistema nervoso central, permitindo a análise das variações das configurações de infusão. (AU)