Provas de Doutoramento em Engenharia Informática (ProDEI): ”Time-To-Event Prediction”

Candidata
Maria José Gomes Pedroto

Data, Hora e Local
22 de julho, às 10:00, na Sala de Atos da FEUP

Presidente do Júri
Doutor Carlos Miguel Ferraz Baquero-Moreno, Professor Catedrático da Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto

Vogais
Doutora Myra Spiliopoulou, Full Professor of Business Information Systems da Faculty of Computer Science da Otto-von-Guericke-University Magdeburg, Alemanha;
Doutor Manuel Filipe Vieira Torres dos Santos, Professor Associado com Agregação do Departamento de Sistemas de Informação da Escola de Engenharia da Universidade do Minho;
Doutor Alípio Mário Guedes Jorge, Professor Catedrático do Departamento de Ciência de Computadores da Faculdade de Ciências da Universidade do Porto (Orientador);
Doutor Rui Carlos Camacho de Sousa Ferreira da Silva, Professor Associado do Departamento de Engenharia Informática da Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto.

A tese foi coorientada pelo Doutor João Pedro Carvalho Leal Mendes Moreira, Professor Associado do Departamento de Engenharia Informática da Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto.

Resumo

Este trabalho foca-se em modelar e prever episódios Time-to-Event (TTE), e tem dois propósitos. O primeiro propósito é explorar o potencial de recorrer a dados genealógicos para previsão time-to-event. Adicionalmente, visa melhorar o diagnóstico feito pelos profissionais que trabalham com pacientes portadores de Hereditary Transthyretin Amyloidosis (ATTRv amyloidosis). Esta é uma doença genética, hereditária, altamente debilitante, com um passado histórico que transporta para as aldeias piscatórias da Póvoa do Varzim, no norte de Portugal.

Para explorar o valor dos dados genealógicos para previsão time-to-event, este trabalho tem contribuições em feature engineering, nomeadamente na área de construção e seleção de features. Para este propósito, explora e compara uma abordagem de sumarização focada na extração manual de características significativas de árvores genealógicas, com uma abordagem mais automatizada que usa embeddings. Contribui para model construction criando uma abordagem multivariada, orientada a dados, para rastrear o risco de um paciente desenvolver o início de sintomas em diferentes idades. Ainda neste campo, explora o impacto da combinação de diferentes modelos focados em previsão de idades, usando janelas temporais próximas. Finalmente, contribui para model evaluation, abordando as questões de implementação de uma abordagem que indica o retorno expectável em alterar um conjunto de diretrizes clínicas, tomando

partido de capacidades de previsão. Ainda neste campo, apresenta esquemas de avaliação robustos que suportam a abordagem multivariada orientada a dados na seleção do melhor modelo. A aplicação é focada em pacientes com ATTRv Amyloidosis. Para caraterizar o trabalho realizado, esta tese está estruturada em quatro secções principais. Começa com uma introdução e uma apresentação de ATTRv Amyloidosis tendo por base uma perspetiva histórica. Em seguida, apresenta o contexto relevante, relacionando a ligação entre previsão time-to-event com feature engineering, model construction e model evaluation. Em seguida, ainda neste âmbito, apresenta conceitos-chave de estudos genealógicos. Em seguida, apresenta as principais contribuições, na forma das principais publicações que constituem este trabalho (um artigo por capítulo). Termina com um epílogo que resume o trabalho realizado, partilha as principais conclusões e, por fim, discute a tese numa perspetiva técnica e clínica.

Palavras-chave: Dados Time-to-Event; Modelação de Dados; Modelos de Regressão.

Provas de Doutoramento em Engenharia Informática: ”Symmetry, hierarchical structures and shallow neural networks: Advancing reinforcement learning for humanoids”

Candidato:
Miguel António Mourão de Abreu

Data, Hora e Local:
19 de julho, às 15:00, na Sala Professor Joaquim Sarmento (G129) do DEC, da Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto

Presidente do Júri:
Doutor Rui Filipe Lima Maranhão de Abreu, Professor Catedrático da Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto

Vogais:
Doutor Francisco António Chaves Saraiva de Melo, Professor Associado com Agregação do Departamento de Engenharia Informática do Instituto Superior Técnico da Universidade de Lisboa;
Doutor Carlos Fernando da Silva Ramos, Professor Coordenador Principal do Departamento de Engenharia Informática do Instituto Superior de Engenharia do Porto do Instituto Politécnico do Porto;
Doutor Abbas Abdolmaleki, Senior Scientist na Google DeepMind;
Doutor Luís Paulo Gonçalves dos Reis, Professor Associado com Agregação do Departamento de Engenharia Informática da Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto (Orientador);
Doutor Henrique Daniel de Avelar Lopes Cardoso, Professor Associado do Departamento de Engenharia Informática da Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto;
Doutor Armando Jorge Miranda de Sousa, Professor Associado do Departamento de Engenharia Eletrotécnica e de Computadores da Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto.

A tese foi coorientada pelo Doutor José Nuno Panelas Nunes Lau, Professor Associado do Departamento de Eletrónica, Telecomunicações e Informática da Universidade de Aveiro.

Resumo:
No crescente campo da robótica, a aprendizagem por reforço (AR) tornou-se uma ferramenta crucial. No entanto, à medida que as tarefas se tornam mais complexas, os métodos tradicionais de AR enfrentam desafios em termos de eficiência, coordenação entre tarefas, estabilidade e qualidade da solução. Para resolver este problema, investigámos diferentes abordagens. Inicialmente, exploramos o enriquecimento o espaço de estados para complementar o treino de raiz de comportamentos usando AR, o que resultou em excelentes comportamentos individuais.
No entanto, a integração destes comportamentos revelou ser um desafio, uma vez que exploravam o vasto espaço de ações de forma não estruturada. Para resolver este problema, mudámos para uma abordagem estruturada, começando por abstrair o modelo de locomoção do robô com um controlador analítico e melhorando a eficiência da parte superior do corpo. Gradualmente, a componente de aprendizagem foi alargada a todo o robô, tornando o controlador analítico um ponto de partida no processo de aprendizagem, em vez de uma restrição. Estudámos perturbações externas realistas e formas de tirar partido da simetria do robô para acelerar a otimização. Isto levou a uma extensão da função objetivo do PPO chamada Proximal Symmetry Loss, com a qual criámos um andar omnidirecional com capacidades de recuperação de perdas de equilíbrio. Com base neste conhecimento, criámos uma nova estrutura de aprendizagem enriquecida com simetria baseada em Skill-Set-Primitives — uma nova estrutura hierárquica que capta pontos comuns entre diferentes comportamentos, facilitando as transições. Esta estrutura permitiu simplificar a rede neural, melhorando significativamente a eficiência e estabilidade. Aplicando esta estrutura, redesenhamos do zero a nossa equipa de futebol simulado, gerando comportamentos compatíveis entre si, de alta qualidade, que garantiram a vitória no Campeonato Mundial RoboCup em 2022 e 2023. A equipa incluiu novos algoritmos de localização, planeamento de rotas, gestão da formação, comunicação entre colegas, etc. Partilhámos o código da equipa em Python com a comunidade RoboCup, oferecendo uma base robusta para novas equipas. O nosso trabalho foi reconhecido em desafios científicos, ganhando prémios pela introdução da primeira habilidade de corrida da liga, sendo pioneiros num drible ágil de controlo próximo, e desenvolvendo o algoritmo de localização mais preciso da liga. As contribuições estendem-se para lá do futebol robótico, com a Aprendizagem Adaptativa de Simetria, um método que minimiza as redundâncias da simetria, mesmo em robôs que não são perfeitamente simétricos. Uma continuação lógica seria avaliar de que maneira esta abordagem pode beneficiar robôs humanoides reais, que, por natureza, apresentam imperfeições.

Palavras-Chave: Aprendizagem por reforço; Robôs Humanoides; Simetria; Locomoção; Skill-Set-Primitives; Estruturas Hierárquicas; Redes Neuronais Superficiais; RoboCup; Futebol Robótico.

Provas de Doutoramento em Engenharia Informática: “Source-to-source Programmable Performance Engineering For High-Performance Computing”

Candidato:
Pedro Miguel dos Santos Pinto

Data, Hora e Local:
15 de julho, às 9:30, na Sala de Atos do DEC (G129), da Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto

Presidente do Júri:
Doutor Rui Filipe Lima Maranhão de Abreu, Professor Catedrático da Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto

Vogais:

Doutora Diana Gohringer, Professora do Institute of Computer Engineering da Faculty of Computer Science da Technische Universitat Dresden, Alemanha;
Doutor Xavier Martorell Bofill, Professor do Department of Computer Architecture da Universitat Politècnica de Catalunya, Espanha;
Doutor João Alexandre Baptista Vieira Saraiva, Professor Associado com Agregação do Departamento de Informática da Universidade do Minho;
Doutor Pedro Nuno Ferreira da Rosa da Cruz Diniz, Professor Catedrático do Departamento de Engenharia Informática da Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto;
Doutor João Manuel Paiva Cardoso, Professor Catedrático do Departamento de Engenharia Informática da Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto (Orientador).

Resumo:

No desenvolvimento de software, desde a computação de alto desempenho (HPC) até sistemas de computação embebidos, o desempenho e o consumo de energia são requisitos não funcionais (NFRs) omnipresentes. Para atender a esses requisitos, que muitas vezes são adiados até ao pós desenvolvimento e deixados para programadores especializados, é necessário um conhecimento profundo do problema e da arquitetura alvo, bem como conhecimento sobre modelos de programação, ferramentas e transformações de código. Assim, há uma complexidade de desenvolvimento cada vez mais alta e uma necessidade de engenheiros de desempenho e metodologias de desempenho. Como uma parte substancial do trabalho dos engenheiros de desempenho é realizada manualmente, o que pode ser lento e sujeito a erros, esta tese permite-lhes programar estratégias personalizadas para a análise e transformação de aplicações, separando o código dessas estratégias e o código da aplicação. Estendemos um fluxo típico de engenharia de desempenho, composto por ciclos análise-otimização, para permitir a programação de estratégias de análise e transformação de código-fonte. Essas estratégias, contando com uma compilação robusta source-to-source e bibliotecas fornecidas, podem ser usadas para atender aos requisitos mencionados acima. O fluxo proposto é adequado para programadores de aplicações, que podem usar configurações padrão, e para engenheiros de desempenho, que podem ajustar e afinar a aplicação. Esta tese apresenta dois exemplos concretos desse fluxo. Em primeiro lugar, propomos uma framework para memoization, uma otimização bem conhecida, não presente em compiladores de produção e complementar a outras otimizações. Em segundo lugar, usamos análises de cenário personalizadas para desenvolver código altamente especializado para um sistema de navegação futurista, multicomponente e de larga escala. Como o fluxo de engenharia de desempenho é independente da linguagem de programação alvo, fornecemos uma implementação inicial de um sistema de compilação source-to-source independente de linguagem. A avaliação experimental do nosso sistema de compilação mostra que podemos escrever estratégias de análise e transformação de maneira independente da linguagem e, ao mesmo tempo, colher outros benefícios. As estratégias agnósticas são, em média, mais curtas e não dependem de código nativo explícito, o que as torna menos propensas a erros. Embora as nossas experiências indiquem que as aplicações geralmente têm potencial limitado para memoization, com o nosso fluxo baseado na análise do comportamento da aplicação, podemos avaliar o seu impacto e aplicar a melhor configuração. A avaliação experimental mostra melhorias de tempo de até 1, 55× com configurações mínimas. Ao focar numa parte do código de um sistema de navegação, observamos que o nosso fluxo proporciona benefícios em diferentes etapas do processo de desenvolvimento. Podemos satisfazer os NFRs e, ao mesmo tempo, economizar tempo de programação e ajuste, contribuindo assim para reduções no tempo de entrega de uma solução. Num dos componentes, utilizamos a nossa framework para propor uma versão especializada do código de um processo iterativo que, com base na similaridade dos dados de entrada, reutiliza o resultado da iteração anterior. Com perda mínima de precisão, este esquema atinge uma melhoria de tempo de 1, 32×.

Provas de Doutoramento em Media Digitais: ”Unlocking the Virtual World: A study on the influence of multisensory stimuli on users’ emotional responses and vividness of mental imagery in the context of virtual tourism”

Candidata:
Mariana de Oliveira Magalhães

Data, Hora e Local:
08 de julho, às 10h00, na Sala de Atos (I-105) do DEEC, FEUP

Presidente do Júri:
Doutor João Manuel Paiva Cardoso, Professor Catedrático do Departamento de Engenharia Informática da Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto.

Vogais:
Doutor Alfredo Manuel dos Santos Ferreira Júnior, Professor Associado do Departamento de Engenharia Informática do Instituto Superior Técnico da Universidade de Lisboa;
Doutora Maria Beatriz Alves de Sousa Santos, Professora Associada com Agregação do Departamento de Eletrónica, Telecomunicações e Informática da Universidade de Aveiro;
Doutor Mário Sérgio Carvalho Teixeira, Professor Auxiliar do Departamento de Economia, Sociologia e Gestão da Universidade de Trás-os-Montes e Alto Douro;
Doutor António Fernando Vasconcelos Cunha Castro Coelho, Professor Associado com Agregação do Departamento de Engenharia Informática da Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto (Orientador);
Doutor António Augusto de Sousa, Professor Associado do Departamento de Engenharia Informática da Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto.

A tese foi coorientada pelo Doutor Maximino Bessa, Professor Associado com Agregação da Universidade de Trás-os-Montes e Alto Douro.

Resumo
Esta tese visa explorar em que medida experiências multissensoriais em realidade virtual afetam as respostas emocionais e a capacidade de visualização mental dos utilizadores, tendo em atenção o impacto das variáveis demográficas género e idade.
Motivada pelo desenvolvimento acelerado e recente da realidade virtual no setor do turismo, caracterizado por experiências multissensoriais cada vez mais envolventes, esta tese aborda a lacuna no conhecimento sobre o modo como os estímulos multissensoriais influenciam as respostas emocionais dos utilizadores e a sua capacidade de visualização mental, focando-se no caso particular do turismo virtual.
Para o efeito, duas experiências virtuais imersivas turísticas foram criadas. Combinações multissensoriais de estímulos visuais, auditivos, hápticos, olfativos e gustativos foram estrategicamente integradas em momentos específicos das duas experiências, depois de previamente validados através de uma sessão de focus group. Uma dessas experiências virtuais incluía um cenário com vista a suscitar emoções positivas no utilizador, recorrendo para isso a uma seleção de estímulos multissensoriais agradáveis, tendo-se designado como “IVE positivo” (Immersive Virtual Environment positivo). O outro visava o oposto: induzir emoções negativas no utilizador, através de uma combinação de estímulos multissensoriais mais desagradáveis, tendo-se denominado “IVE negativo” (Immersive Virtual Environment negativo). Durante as experiências, a combinação básica de estímulos visuais e auditivos manteve-se presente. Estímulos adicionais – paladar, háptica e olfato – foram introduzidos um após o outro, sequencialmente. Por fim, todos estes estímulos foram combinados para uma experiência mais abrangente.
Foi desenvolvido um desenho experimental entre sujeitos para explorar e comparar as respostas emocionais e a nitidez da visualização mental dos utilizadores, após cada combinação de estímulos, tendo sido aplicados questionários respondidos em plena experiência virtual. Entre os resultados alcançados, inclui-se o impacto de diferentes combinações de estímulos multissensoriais positivos e negativos nas respostas emocionais dos utilizadores, bem como estas, por sua vez, influenciam a capacidade de visualização mental. Esta investigação indica também um resultado inversamente proporcional entre a intensidade das emoções do utilizador e a sua capacidade de visualização mental. Contudo, não se constatou que a idade ou o género influenciassem esta relação em nenhum dos cenários positivo ou negativo. Adicionalmente, este estudo desvenda algumas pistas sobre as emoções específicas que são desencadeadas pela combinação de estímulos multissensoriais usada, o que responde a uma necessidade previamente identificada por diversos investigadores da área.
Esta tese contribui para o esclarecimento do papel dos estímulos multissensoriais em realidade virtual, realçando o seu potencial de aplicação em diversas áreas. Fornece ainda algumas linhas de orientação para futuras investigações no desenvolvimento de aplicações turísticas de realidade virtual centradas no utilizador, e para a compreensão do impacto das diferenças individuais.

Palavras-chave: Realidade Virtual Multissensorial; Realidade Virtual; Respostas Emocionais; Nitidez da Visualização Mental; Turismo Virtual.

Provas de Doutoramento em Media Digitais: ”Science Communication strategy inspired by transmedia: Involving scientists in a collaborative effort to communicate science through a video game”

Candidato
Diogo Fernandes Santos

Data, Hora e Local
25 de junho, 14:30, na Sala de Atos da FEUP

Presidente do Júri
Doutor António Fernando Vasconcelos Cunha Castro Coelho, Professor Associado com Agregação da Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto

Vogais
Doutora Lynn Rosalina Gama Alves, Professora Associada do Instituto de Humanidades, Artes e Ciências Professor Milton Santos da Universidade Federal da Bahia, Brasil;
Doutor António Maria Salvado Coxito Granado, Professor Associado do Departamento de Ciências da Comunicação da Faculdade de Ciências Sociais e Humanas da Universidade Nova de Lisboa;
Doutora Liliana Filipa Vale Costa, Professora Auxiliar do Departamento de Comunicação e Arte da Universidade de Aveiro;
Doutora Cátia Ferreira, Professora Auxiliar da Faculdade de Ciências Humanas da Universidade Católica Portuguesa;
Doutor João Carlos de Matos Paiva, Professor Associado com Agregação do Departamento de Química e Bioquímica da Faculdade de Ciências da Universidade do Porto;
Doutora Carla Susana Lopes Morais, Professora Auxiliar com Agregação do Departamento de Química e Bioquímica da Faculdade de Ciências da Universidade do Porto (Orientadora).

A tese foi coorientada pelo Professor Nelson Troca Zagalo, Professor Catedrático na Universidade de Aveiro.

Resumo
A adoção do multimédia trouxe desafios e oportunidades para todos os envolvidos em iniciativas de comunicação de ciência e aprendizagem das ciências. O público que passa a interagir com o conteúdo, com o produtor, ou mesmo a transformação do consumidor em produtor. A participação e o diálogo tornam-se fundamentais na comunicação de ciência, com os cientistas e as unidades de investigação a terem de abraçar este mundo que, não sendo novo, continua a ser desafiante. Nesta experiência, o transmedia serviu de guia para pensar a comunicação de ciência a partir de um centro de investigação, no espaço multimédia.
Neste trabalho pensado no interior do Centro de Investigação em Química da Universidade do Porto (CIQUP) e moldado por ideias como participação, colaboração, diálogo e interatividade, os cientistas foram convidados a cocriar um videojogo divertido e sério para comunicar a sua ciência (nanopartículas para transporte de fármacos). Para combinar uma representação séria da ciência com elementos divertidos e típicos dos jogos, os cientistas foram cruciais para definir o tema, os sistemas, a mecânica e a narrativa. Foi desenvolvido um protótipo (Nano Entregas) com o objetivo de comunicar sobre nanopartículas para entrega de fármacos. O protótipo foi jogado por 170 participantes do 7.º aos 11.º anos de escolaridade, numa experiência que teve como objetivo medir o potencial da ferramenta em dois domínios: como objeto de comunicação de ciência, capaz de transmitir conhecimentos sobre nanopartículas e outros conceitos científicos associados; e como um jogo. Para tal, foram recolhidos dados através da aplicação de um questionário e da aplicação de uma escala de avaliação de jogos sérios. O videojogo também foi jogado por investigadores e professores de química, de quem foram recolhidas observações. Antes das principais sessões de jogo, o protótipo foi testado pelo público-alvo (27 dos 170 estudantes), e por três participantes sem ligação prévia ao projeto (um professor, uma investigadora, e uma médica).
O protótipo mostrou potencial para ser utilizado em múltiplos cenários (formais e informais). A maioria dos jogadores (dos 170 estudantes) apreendeu as informações básicas. Uma foi a metáfora usada para introduzir o tamanho das nanopartículas na escala das coisas do mundo real, com 66,5% dos participantes a mostrarem capacidade de deduzir a informação a partir dos diálogos entre as personagens do jogo. A percentagem de respostas corretas também foi elevada nas três questões sobre conteúdo científico: 85,3%, 78,2%, e 58,2%, respetivamente. O protótipo foi bem recebido pelos participantes, com os 11 Fatores da escala a recolherem notas positivas. A experiência mostra que os cientistas estão motivados para colaborar em estratégias desafiadoras e inovadoras para comunicarem com o público, com a metáfora que deu forma ao protótipo em termos de tema, narrativa, sistemas e mecânicas, a emergir diretamente da sua contribuição. O protótipo mostra que a ciência pode ser retratada com seriedade num videojogo que aponta à diversão. O diálogo pode ser fundamental para encontrar rapidamente uma linguagem comum entre investigadores e comunicadores ou desenvolvedores, o que pode então resultar no desenvolvimento de ferramentas envolventes para comunicar sobre tópicos complexos. As gerações mais jovens entendem a linguagem dos videojogos. E, através dela, cientistas, comunicadores, professores e pais podem apresentar e partilhar conhecimentos científicos num exercício de aprendizagem divertido, descontraído e interativo.

Palavras-chave: comunicação de ciência; desenvolvimento de jogos; transmedia; unidades de investigação; química; nanopartículas.

Provas de Doutoramento em Media Digitais: ”Playing Differently: Designing asymmetry in games”

Candidato
Abel João Gavinho Vaz Tavares Neto

Data, Hora e Local
20 de junho, às 14:30, na Sala Professor Joaquim Sarmento (G129) do DEC da Faculdade de Engenharia

Presidente do Júri
Doutor António Fernando Vasconcelos Cunha Castro Coelho, Professor Associado com Agregação, Departamento de Engenharia Informática, Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto.

Vogais
Doutor Miguel Angel Sicart Vila, Full Professor do Digital Design Department da IT University of Copenhagen, Dinamarca;
Doutora Teresa Isabel Lopes Romão, Professora Associada do Departamento de Informática da Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade Nova de Lisboa;
Doutor Nelson Troca Zagalo, Professor Catedrático do Departamento de Comunicação e Arte da Universidade de Aveiro;
Doutor Pedro Jorge Couto Cardoso, Professor Auxiliar do Departamento de Comunicação e Arte da Universidade de Aveiro (Orientador);
Doutor Rui Pedro Amaral Rodrigues, Professor Associado do Departamento de Engenharia Informática da Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto.

Resumo
A assimetria está amplamente presente nos jogos contemporâneos, permitindo aos jogadores desfrutarem de diferentes experiências ao jogarem o mesmo jogo através de perspetivas diversas ou ao assumirem papéis de jogador alternativos. No entanto, tanto os académicos como os designers de jogos tendem a discutir apenas as expressões mais visíveis da assimetria e a ignorar as situações em que esta desempenha um papel mais subtil na diversificação das experiências de jogo. Nesta investigação, oferecemos uma abordagem holística da assimetria. Asymmetry Bricks é uma framework conceptual para a análise da assimetria nos jogos, no que diz respeito às formas como esta se pode manifestar e aos mecanismos através dos quais pode emergir durante o jogo. A framework funciona também como uma ferramenta de design para guiar designers no processo de conceção de mecânicas de jogo assimétricas.
As conclusões visam alargar as discussões sobre a assimetria, oferecendo uma lente através da qual os académicos a podem analisar. A terminologia proposta contribui para facilitar a comunicação entre os designers de jogos, jogadores e outros agentes, enquanto a ferramenta de design inspira todos a explorarem a assimetria de novas e interessantes formas.

Palavras-chave: Assimetria; Gameplay Assimétrico; Mecânicas de Jogo; Design de Jogos.

Provas de Doutoramento em Media Digitais: ”Mitigating Information Asymmetry in the 5G Era: unveiling practices that restrict users”

Candidato
Hermann Bergmann Garcia e Silva

Data, Hora e Local
18 de junho, às 10:30, na Sala de Atos da FEUP

Presidente do Júri
Doutor António Fernando Vasconcelos Cunha Castro Coelho, Professor Associado com Agregação, Departamento de Engenharia Informática, Faculdade de Engenharia, Universidade do Porto.

Vogais
Doutor Rodrigo Moreno Marques, Professor Adjunto do Departamento de Teoria e Gestão da Informação da Escola de Ciência da Informação da Universidade Federal de Minas Gerais, Brasil;
Doutor Paulo Alexandre Ferreira Simões, Professor Associado do Departamento de Engenharia Informática da Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade de Coimbra;
Doutor António Manuel Raminhos Cordeiro Grilo, Professor Associado do Departamento de Engenharia Eletrotécnica e de Computadores do Instituto Superior Técnico da Universidade de Lisboa;
Doutora Ana Cristina Costa Aguiar, Professora Associada com Agregação do Departamento de Engenharia Eletrotécnica e de Computadores da Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto;
Doutor Manuel Alberto Pereira Ricardo, Professor Catedrático do Departamento de Engenharia Eletrotécnica e de Computadores da Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto (Orientador).

Resumo
Desde a declaração de independência do ciberespaço realizada por John Barlow há mais de duas décadas, muitas transformações ocorreram no ecossistema digital. A visão utópica de espaço livre deu lugar a uma realidade em que os fluxos de informação são moldados pela arquitetura da Internet, pelos seus protocolos de comunicação e pela intervenção dos operadores de rede, que influenciam o comportamento e a autonomia dos utilizadores.
Atualmente, a quinta geração de sistemas de comunicações móveis (5G) materializa uma rede programável que proporciona a flexibilidade e escalabilidade necessárias para lidar com o crescimento exponencial do tráfego de dados e a heterogeneidade de casos de uso. Central à tecnologia 5G, o fatiamento de rede introduz novos paradigmas de diferenciação de tráfego que segmentam utilizadores, aplicações e serviços em domínios lógicos personalizados com recursos computacionais e rádio dedicados.
Essa funcionalidade do 5G entra em potencial conflito com o princípio da neutralidade de rede, que busca garantir que as comunicações na Internet sejam tratadas da mesma forma, sem discriminação. Nesse contexto, tornou-se uma questão de interesse público avaliar os mecanismos de diferenciação de tráfego implementados pelos fornecedores de serviços de Internet (ISPs) que possam interferir no fluxo de informação e na liberdade de escolha no locus virtual.
Assim, este estudo tem como objetivos caraterizar as práticas usadas pelos ISPs que discriminam o tráfego da Internet, examinar as regulações estabelecidas para disciplinar essas práticas, discutir o princípio da neutralidade da rede e analisar a natureza contraditória do fatiamento da rede e da neutralidade da rede. A primeira contribuição desta tese consiste na caracterização das práticas dos ISPs que restringem o acesso dos utilizadores da Internet a aplicações, serviços e conteúdo legal. A segunda contribuição apresenta uma análise comparativa das regulações implementadas para disciplinar essas práticas. A terceira contribuição apresenta uma aplicação inovadora da função normalizada de análise de dados de rede (NWDAF) concebida para permitir a avaliação das práticas de gestão do tráfego Internet (ITMPs) através da exposição controlada de informações às autoridades reguladoras. Por meio da NWDAF, os reguladores obtém acesso direto e automático a métricas de desempenho de redes 5G.
Como percurso metodológico, este estudo adotou uma abordagem interdisciplinar, combinando três dimensões de análise: informacional, técnica e jurídica. Os resultados obtidos evidenciam uma divergência na regulação da prática de zero-rating, sugerem que a neutralidade da rede pode ser avaliada a partir de uma perspectiva intra-slice em redes 5G, e demonstraram a capacidade da NWDAF para extrair indicadores-chave de desempenho (KPIs). A NWDAF pode se constituir num instrumento relevante para aprimorar a transparência da rede e respaldar a supervisão regulatória, que são elementos indispensáveis para garantir a coexistência do fatiamento da rede e da neutralidade da rede.

Palavras-chave: Governança da Internet; Política de informação; Neutralidade de rede; 5G; Fatiamento de rede.

Provas de Doutoramento em Media Digitais: ”Images as data and metadata: management practices to promote Findability, Accessibility, Interoperability and Reusability of research data”

Candidata
Joana Patrícia de Sousa Rodrigues

Data, Hora e Local
17 de junho, às 14:00, na Sala de Atos da FEUP

Presidente do Júri
Doutor António Fernando Vasconcelos Cunha Castro Coelho, Professor Associado com Agregação da Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto.

 Vogais
Doutora Cláudia Maria Bauzer Medeiros, Professora Titular do Departamento de Sistemas de Informação do Instituto de Computação da Universidade Estadual de Campinas, Brasil;
Doutora Maria Manuel Lopes de Figueiredo Costa Marques Borges, Professora Associada com Agregação do Departamento de Filosofia, Comunicação e Informação da Faculdade de Letras da Universidade de Coimbra;
Doutor José Luís Brinquete Borbinha, Professor Catedrático do Departamento de Informática do Instituto Superior Técnico da Universidade de Lisboa;
Doutora Cândida Fernanda Antunes Ribeiro, Professora Catedrática do Departamento de Ciências da Comunicação e da Informação da Faculdade de Letras da Universidade do Porto;
Doutora Maria Cristina de Carvalho Alves Ribeiro, Professora Associada do Departamento de Engenharia Informática da Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto;
Doutora Carla Alexandra Teixeira Lopes, Professora Auxiliar do Departamento de Engenharia Informática da Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto (Orientadora).

Resumo
A evolução da utilização e produção de imagens é notória. O desenvolvimento tecnológico favorece o surgimento de imagens. Este cenário é também aplicável no domínio da investigação científica, onde cada vez mais são utilizados instrumentos que facilitam a captura de imagens.
Tendo este contexto como mote, e sabendo que as imagens têm características particulares, este trabalho explora a dinâmica das imagens na investigação segundo dois cenários: imagens como dados e imagens como metadados. Numa perspetiva de imagens como dados, o objetivo é perceber como podem representar suficientemente os dados obtidos, privilegiando a descrição. Na perspetiva das imagens como metadados, o objetivo é perceber como podem ser utilizadas como uma ferramenta capaz de descrever fielmente um conjunto de dados e promover a sua adequada contextualização e interpretação. Através de uma pesquisa exploratória, foram realizadas várias experiências com imagens como dados e como metadados, tendo por base as dinâmicas e os princípios da Gestão de Dados de Investigação (GDI). O trabalho inicia-se com uma visão geral da literatura sobre o tema, na qual
é explorada a gestão de dados de investigação e a sua relação com a utilização e produção de imagens, nomeadamente um estudo da evolução da imagem no contexto científico, passando pelos seus desafios e oportunidades, até à forma como é tratada pelos investigadores, sempre com a GDI como linha orientadora.
Posteriormente, passamos a uma visão do comportamento informacional de quem utiliza e produz imagens no contexto da investigação, nomeadamente na procura de identificação de padrões de comportamento em quatro estudos. O primeiro estudo parte da perspetiva de um projeto de investigação específico e os restantes três estudos adoptam uma perspetiva que inclui mais intervenientes de diferentes domínios de investigação. Assim, são explorados os cenários das imagens como dado e como metadado, através da apresentação de experiências que envolveram maioritariamente investigadores. Para o caso das imagens como dado, são apresentados quatro estudos, com contributos específicos, começando pela proposta de um novo modelo de metadados para descrição de dados em formato de imagem e respectivos vocabulários controlados. Os restantes três estudos incidem sobre o processamento automático de imagens, a publicação e partilha de dados e, finalmente, a definição de orientações para a utilização e produção de imagens no contexto da investigação. Para o caso das imagens como metadados, realizámos dois estudos, o primeiro expondo uma nova perspetiva sobre a descrição de dados, através da utilização de imagens como metadado. É esta nova perspetiva que nos desafia a uma nova abordagem, que culmina no segundo estudo, que se baseia numa experiência desenvolvida com investigadores e que pretende alertar e sensibilizar para a utilização de outro tipo de documentos no processo científico. Este trabalho tornou claro que as imagens nem sempre têm um papel formal e normalizado na gestão de dados de investigação. No entanto, os investigadores estão abertos a incluir as imagens de forma mais formal no processo científico. Além disso, é evidente que os investigadores podem identificar vantagens na utilização e produção de imagens. A tendência geral de crescimento exponencial da produção e utilização de imagens (motivada pelos desenvolvimentos tecnológicos e pelas novas ferramentas de partilha e disseminação) verifica-se também no contexto da investigação, como os vários participantes nos estudos realizados a identificaram isso como tal, o que aponta para uma necessidade iminente de tornar representativo o papel das imagens no contexto da recolha de dados de investigação.
As contribuições obtidas com este trabalho reflectem-se na resposta à necessidade de inclusão das imagens na GDI. Partindo de uma abordagem mais concetual, obteve-se um panorama consistente sobre os hábitos de quem usa e produz imagens através da análise efetuada na literatura, nomeadamente através da revisão sistemática realizada e que inclui diversas variáveis de análise, até aos estudos realizados através de questionários e inquéritos e que permitiram o contacto direto com os investigadores, permitindo assim relacionar o que a teoria nos diz com o que a prática faz. No contexto das imagens como dados, o modelo de metadados e os vocabulários controlados são contribuições significativas, na medida em que exploram novas possibilidades de descrição, muito mais direccionadas para o tipo de dados em questão (imagens). Além disso, o estudo das plataformas de partilha, bem como as possibilidades de descrição automática de imagens, permitiram gerar um ponto de partida e determinar o caminho a seguir. Ainda no contexto das imagens, é importante destacar as orientações para o uso e produção de imagens que surgem como um contributo para a comunidade científica, no sentido em que orientam práticas e necessidades específicas de imagem. No contexto das imagens como metadados, a grande contribuição reside, precisamente, na apresentação de uma abordagem inovadora à descrição de dados, onde são realçadas as características particulares que as imagens possuem e que as posicionam como aliadas dos investigadores no processo de descrição de dados e apresentam exemplos práticos de como esta descrição através de imagens poderia ocorrer.

Palavras-chave: Comportamento Informacional; Gestão de Dados de Investigação; Imagem; Imagem como Dado; Imagem como Metadado.

Provas de Doutoramento em Media Digitais: ”Narratives of Our Age: Intergenerational Digital Storytelling and Cultural Identity”

Candidata
Juliana Carolina Campos Monteiro

Data, Hora e Local
4 de junho, às 14h30, na Sala Professor Joaquim Sarmento (G129) do DEC da FEUP

Presidente do Júri
Doutor António Fernando Vasconcelos Cunha Castro Coelho, Professor Associado com Agregação da Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto.

Vogais
Doutor Paulo Nuno Gouveia Vicente, Professor Associado do Departamento de Ciências da Comunicação da Faculdade de Ciências Sociais e Humanas da Universidade Nova de Lisboa;
Doutor Daniel da Cruz Brandão, Professor Auxiliar do Departamento de Ciências da Comunicação do Instituto de Ciências Sociais da Universidade do Minho;
Doutora Teresa Margarida Loureiro Cardoso, Professora Auxiliar do Departamento de Educação e Ensino à Distância da Universidade Aberta;
Doutor Dinis Miguel de Almeida Cayolla Ribeiro, Professor Auxiliar do Departamento de Ciências da Arte e do Design da Faculdade de Belas Artes da Universidade do Porto;
Doutora Carla Susana Lopes Morais, Professora Auxiliar do Departamento de Química e Bioquímica da Faculdade de Ciências da Universidade do Porto (Orientadora).

Resumo
A propagação de ferramentas digitais e de media participativos originou oportunidades sem precedentes para a manutenção e partilha de memória social e de identidade cultural. Estas oportunidades surgem em paralelo com um contexto de uma sociedade cada vez mais envelhecida, em que os seniores são detentores privilegiados de conhecimento cultural da sua região, mas muitas vezes não têm a oportunidade de o transmitir às gerações mais jovens, tornando-o propenso ao desaparecimento a curto prazo. Esta dissertação aborda o storytelling digital durante dinâmicas intergeracionais como palco para uma contribuição participativa para a manutenção de identidade cultural. Procurámos determinar como as dinâmicas intergeracionais podem dar lugar a narrativas de identidade cultural, bem como como podem os media digitais suportar a manutenção de identidade cultural. Para o efeito, promovemos o projeto NOOA: Histórias do Nosso Tempo, com a premissa de reunir gerações na partilha de histórias sobre temas como Memórias, Saberes, Mitos e Tradições, para endossar a continuidade de identidade cultural da região do Vale do Sousa, com recurso ao potencial dos meios digitais neste processo. Com um desenho de investigação-ação e com uma abordagem etnográfica, este projeto reuniu três grupos intergeracionais, compostos por participantes com idades compreendidas entre os 16 e os 85 anos, num conjunto de atividades destinadas a fomentar dinâmicas intergeracionais, no período de 2018 a 2021. Procurou-se reunir perceções qualitativas sobre o fenómeno do storytelling na manutenção participativa da identidade cultural através de dinâmicas intergeracionais. Para tal, a nossa investigação baseou-se em dados recolhidos através de observações detalhadas e da aplicação de entrevistas semi-estruturadas, bem como de grupos de discussão. Desenvolvemos uma framework de storytelling intergeracional composto por cinco etapas para incentivar a troca de conhecimento de identidade cultural, nomeadamente o registo digital, disseminação e discussão, presencial e on-line. Esta framework foi submetida a uma avaliação cíclica e respetivos ajustes, de acordo com o método de investigação-ação, e foi implementada em três fases: a primeira fase correspondeu a uma componente de dinâmica de grupo, através de etapas de brainstorming e planeamento de histórias; a segunda fase, correspondeu à recolha e criação das histórias digitais; a terceira fase correspondeu à componente de divulgação, com a publicação e partilha de histórias nos espaços digitais do projeto. Estes passos foram realizados através de atividades de storytelling digital em que o conhecimento de identidade cultural foi partilhado e discutido em parcerias intergeracionais, resultando na criação participativa de 35 histórias digitais, que foram depois  partilhadas e discutidas também nos espaços digitais do Projeto. Os resultados das atividades, bem como o entusiasmo e as reflexões ocorridas durante o processo, evidenciam o investimento dos participantes na transmissão e manutenção de conhecimentos relacionados com as suas experiências e conhecimento adquirido ao longo da vida, em contexto familiar e comunitário. As observações durante as dinâmicas intergeracionais, bem como os resultados das entrevistas semi-estruturadas, sugeriram uma crescente curiosidade, envolvimento e compreensão geral e retenção das histórias de identidade cultural, tanto por seniores como por juniores, bem como uma crescente curiosidade dos participantes seniores relativamente à realidade digital pervasiva que lhes foi apresentada pelos juniores. Da mesma forma, observamos a importância de capacitar os grupos com espaços de partilha, tanto presenciais como online, para potenciar as trocas intergeracionais em torno do conhecimento da identidade cultural. Ao promover oportunidades de diálogo intergeracional e ao dotar os grupos com espaços de partilha presenciais e online, contribuímos com o desenvolvimento e aplicação de uma framework de storytelling e espaços digitais para salvaguardar, discutir e divulgar alguns os conhecimentos culturais específicos da região do Vale do Sousa em Portugal. Observamos o potencial do uso de dinâmicas de storytelling digital para derrubar barreiras de comunicação entre gerações e perpetuar e valorizar o conhecimento de identidade cultural adquirido ao longo da vida. Esta investigação vai além da simples documentação de conhecimento de identidade cultural, ao combinar criatividade durante os processos de storytelling digital com o desenvolvimento de laços entre os participantes a nível comunitário, estimulando o diálogo entre gerações e potenciando o impacto social do conhecimento de identidade cultural e o valor do autoconhecimento que as gerações são capazes de partilhar através das histórias.

Analisámos as oportunidades e desafios potenciados pelos media digitais como plataforma e catalisador para a manutenção da identidade cultural, situando a problemática da literacia cultural num contexto contemporâneo. Providenciamos um olhar exaustivo sobre os stakeholders envolvidos na manutenção participativa de identidade cultural no contexto atual, associando uma observação das suas sinergias num contexto real. Isto permitiu-nos examinar a diversidade de resultados e a multiplicidade de variáveis que contribuem para os mesmos, bem como perceber o impacto que este novo paradigma de fluxo de informação pode ter na forma como abordamos atualmente a manutenção de identidade cultural.

Palavras-Chave: Narrativa Digital Intergeracional; Identidade Cultural; Literacia Cultural; Investigação-Ação Participativa.

Provas de Doutoramento em Media Digitais: ”Computing by going back in time: Composing video sequences through multimodal generative coordination”

Candidato:
Luís Henrique Pinto Arandas

Data, Hora e Local:
03 de junho, às 14:30, na Sala de Atos da FEUP

Presidente do Júri:
Doutor António Fernando Vasconcelos Cunha Castro Coelho, Professor Associado com Agregação da Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto.

Vogais:
Doutora Luísa Maria Lopes Ribas, Professora Auxiliar do Departamento de Design de Comunicação da Faculdade de Belas-Artes da Universidade de Lisboa;
Doutor David Fernandes Semedo, Professor Auxiliar do Departamento de Informática da Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade Nova de Lisboa;
Doutor André Sier, Professor Auxiliar Convidado do Departamento de Artes Visuais e Design da Universidade de Évora;
Doutor José Miguel Santos Araújo Carvalhais Fonseca, Professor Catedrático da Faculdade de Belas Artes da Universidade do Porto (Orientador);
Doutor Gilberto Bernardes de Almeida, Professor Auxiliar do Departamento de Engenharia Informática da Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto.

A tese foi coorientada pelo Professor Doutor Mick Grierson, Professor in Computing, and research leader at the Institute of Creative Computing at the University of the Arts, London.

Resumo
Este projeto propõe um conjunto de métodos, inspirados na experiência humana de visão e tempo, para desenvolver sequências de vídeo utilizando modelos generativos treinados. Os métodos destinam-se à produção de sequências de vídeo com padrões derivados de modelos treinados, encontrados na literatura sobre metacriação e nas artes. Este projeto define possíveis futuros onde os modelos generativos podem ser reutilizados como oráculos em simulações que se centram na experiência humana de vídeo e imagens mentais; modelos que, devido à forma como são treinados através de arquivos e registos que representam o humano e o mundo físico, podem capturar os próprios media e representar momentos específicos no tempo.

Os resultados da investigação são em filme e instalação audiovisual, propondo como a intervenção e prática pode beneficiar da autorreferência, utilizando modelos generativos como sintetizadores de vídeo, som e texto. Os métodos produzidos tomam partido da linguagem natural como guia e da modelação generativa em formas que podem ser entendidas como: amostragem, sequenciação e translação, a partir da literatura da computação e design de IA. Cada resultado pode ser entendido em domínios maiores, como: 1) curtas-metragens a partir de texto, no filme Irreplaceable Biography, 2) instalações discursivas a partir de datasets, na instalação Time as meaning; e 3) curtas-metragens a partir de vídeo, no filme Man lost in the convergence of time e na colaboração all YIN no YANG. Esta investigação expande a prática generativa seguindo uma construção da linguagem na mente humana, no comportamento e na experiência visual como inspiração para a experiência de vídeo. Estes projetos contribuem para uma compreensão da direccionalidade e a representação do passado, utilizando sistemas de memória em rede que aprendem, e que são produzidos de acordo com estrutura encontrada na natureza e experiência humana.

Palavras-chave: Composição de vídeo; Modelos generativos; Viagens no tempo; Experiência visual humana; Representações preditivas.