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dc.contributor.authorRodrigues, Lia Kim
dc.date.accessioned2022-04-25T18:31:28Z
dc.date.available2022-04-25T18:31:28Z
dc.date.issued2021-11-18
dc.identifier.citationRODRIGUES, Lia Kim. Implementação de rede neural na caracterização de IPMC´s com líquidos iônicos de alquilimidazólio incorporados: estudo de viabilidade de ferramenta auxiliar. 2021. Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação em Engenharia de Materiais) – Universidade Federal de São Carlos, São Carlos, 2021. Disponível em: https://repositorio.ufscar.br/handle/ufscar/15911.*
dc.identifier.urihttps://repositorio.ufscar.br/handle/ufscar/15911
dc.description.abstractThe present study aims to implement and evaluate the feasibility of an artificial neural network algorithm in Python to classify IPMC samples. For this work it was considered Nafion-based IPMC samples with platinum electrodes. One of the IPMC’s applications is its use as soft actuators and sensors due to its smooth movements similar to biological muscles. This bending mechanism occurs because of the cationic diffusion inside Náfion®’s ionomeric channels dragging solvent molecules causing a difference in the solvent concentration along the sample thickness [12, 13, 14]. Based on studies and electromechanical characterizations, it was observed that the hydration level and external conditions influence in the actuator performance [14]. The loss of water to the environment during the actuation cycles implies a drop in the IPMC effectiveness which is a challenge for commercial applications. The incorporation of the so-called ionic liquids, in this case was used the 1-butyl-3- ethylimidazole chloride (BMIM.Cl), may be one possible solution so the IPMC works with its higher capacity for longer periods. Besides the electromechanical characterizations in which the incorporation of BMIM.Cl proved to be very promising, dynamic mechanical oscillatory shear measurements with torsional rectangular geometry were also carried out in order to study the IPMC’s viscoelastic response. Therefore, the storage modulus (G’) as a function of frequency (w), previously obtained in torsion tests performed in ARES rheometer from TA Instruments, were used as input data in the neural network. The methodology used was the adaptation of the of the publicly available neural network code in the Machine Learning tutorial for Python programming [28]. The neural network has three layers, two hidden and one output layer, densely connected. Thus, after the training and validation of the artificial neural network, the algorithm gives us the accuracy. Firstly, using the relu and sigmoid activation functions, the accuracy measured was between 16% and 19%. After the study of the influence of the activation functions and its change in the hidden layers and in the output layer it was obtained a accuracy higher than 95%. Furthermore, random noisy data were generated in order to simulate different analysis of the same sample containing a variability. This simulated was used to evaluate the accuracy with the increase of the noise intensity. The algorithm showed that the accuracy in the capacity of rightly classify the IPMC samples drops with higher intensities noises. So, although the problem herein approached was very simple and the quantity of data available was relatively small, from preliminary results, the implementation ofthe neural network algorithm showed to be a viable tool with high accuracy level to assist in the characterization of IPMC samples as long as the noise range in relation to the experimental data is within a certain limit. It is of great relevance to emphasize the importance of a significant amount of data to get more conclusive results.eng
dc.description.sponsorshipNão recebi financiamentopor
dc.language.isoporpor
dc.publisherUniversidade Federal de São Carlospor
dc.rightsAttribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazil*
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/*
dc.subjectRedes neuraispor
dc.subjectIPMCpor
dc.subjectLíquido iônicopor
dc.subjectNeural networkeng
dc.subjectIPMCeng
dc.subjectIonic liquideng
dc.titleImplementação de rede neural na caracterização de IPMC´s com líquidos iônicos de alquilimidazólio incorporados: estudo de viabilidade de ferramenta auxiliarpor
dc.title.alternativeImplementation of neural network in the characterization of IPMC´s incorporated with alkylimidazolium ionic liquid: feasability study of auxiliary tooleng
dc.typeTCCpor
dc.contributor.advisor1Scuracchio, Carlos Henrique
dc.contributor.advisor1Latteshttp://lattes.cnpq.br/0896060959622431por
dc.description.resumoO presente trabalho de conclusão de curso teve por objetivo a implementação e o estudo da viabilidade de um algoritmo de rede neural em linguagem de programação Python para abordar um problema de classificação de amostras de IPMC. Para este trabalho foram considerados IPMC’s (Ionic Polymer-Metal Composites) de Nafion®-117 – polímero eletroativo do tipo iônico – com platina depositada – camada de material condutor. Uma das aplicações do IPMC é sua utilização como atuadores ou sensores, pois apresentam movimentos suaves similares aos músculos biológicos devido à migração de cátions solvatados dentro dos canais ionoméricos do Nafion quando uma tensão é aplicada [12, 13, 14]. A partir de estudos e caracterizações eletromecânicas, observou-se que a resposta do dispositivo varia com condições externas – como a temperatura e umidade relativa [14] – de forma que a perda de água para o ambiente durante os ciclos de atuação implica na redução da efetividade do atuador, sendo este um dos desafios para o uso dos IPMCs. Assim, uma possível solução encontrada para que os dispositivos atuem com maiores capacidades por tempos mais longos é a incorporação dos chamados líquidos iônicos, neste caso foi utilizado o 1-butil-3- metilimidazólio (BMIM.Cl). Além das caracterizações eletromecânicas em que o uso de BMIM.Cl se mostrou bastante promissor, também foram realizadas caracterizações viscoelásticas do dispositivo por meio de ensaios dinâmico-mecânicos por torção em geometrias retangulares. Dessa maneira, os dados utilizados na camada de entrada da rede neural para treinamento e teste foram os valores do módulo de armazenamento (G’) em função da frequência, previamente obtidos em ensaios de torção realizados em um reômetro ARES da TA Instruments. A metodologia empregada foi a adaptação do código de rede neural disponível publicamente no tutorial de Machine Learning para programação em Python [28]. A rede programada é formada por três camadas, duas ocultas e uma de saída, densamente conectadas. Após treinamento e teste da rede neural o programa fornece, então, a acurácia da rede em porcentagem. Inicialmente, fazendo-se uso das funções de ativação “relu” e “sigmoid”, a acurácia medida foi de 16-19%. Após o estudo da influência das funções de ativação no desempenho da rede e a alteração das mesmas nas camadas intermediárias e de saída foi obtida uma acurácia com valores superiores a 95%. Além disso, a partir do grupo de testes, o qual foi gerado de forma aleatória utilizando a função random disponível das bibliotecas importadas, foram adicionados deslocamentos nos eixos x e y criando dados com ruídos para simular análises de uma mesma amostra com variabilidade e, assim, avaliar a robustez da rede em classificar corretamente as amostras conforme o aumento da intensidade dos ruídos. Como era esperado, observou-se a queda no nível de acurácia ao passo que a intensidade de ruído associada cresce. Assim, embora o problema abordado seja simples e tenha uma pouca quantidade de dados, como resultado preliminar, a implementação do algoritmo de rede neural se mostrou uma ferramenta viável com alto nível de acurácia para auxiliar na caracterização de amostras de IPMCs e de Náfion® desde que a faixa de ruído em relação aos dados experimentais fique dentro de um determinado limite. É de grande relevância ressaltar a importância de uma quantidade de dados significativa para resultados mais conclusivos.por
dc.publisher.initialsUFSCarpor
dc.subject.cnpqENGENHARIAS::ENGENHARIA DE MATERIAIS E METALURGICA::MATERIAIS NAO METALICOSpor
dc.publisher.addressCâmpus São Carlospor
dc.contributor.authorlatteshttp://lattes.cnpq.br/3974115336861786por
dc.publisher.courseEngenharia de Materiais - EMapor


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