Ben Hur Viana Borges.

Este projeto tem como objetivo desenvolver tecnologias assistivas inovadoras voltadas para a reabilitação dos processos de audição e alimentação oral em idosos, visando promover a independência funcional e melhorar a qualidade de vida dessa população. O projeto será conduzido de forma interdisciplinar, integrando áreas como design, fonoaudiologia e engenharia, garantindo uma abordagem colaborativa ao longo das etapas do desenvolvimento, que incluem a fase de projeto informacional, projeto conceitual, projeto detalhado e prototipagem. Cada uma dessas etapas será executada com a participação de especialistas para assegurar que os dispositivos atendam às necessidades dos usuários. No campo da audição, o foco estará na criação de aparelhos de amplificação sonora e dispositivos auxiliares de escuta, que utilizam sensores avançados para o monitoramento auditivo e processos de reabilitação. Esses dispositivos serão projetados para otimizar a captação e processamento do som, incorporando tecnologias de redução de ruído e amplificação personalizada. Além disso, os aparelhos terão um design ergonômico especialmente desenvolvido para facilitar o uso pelos idosos, promovendo uma melhor comunicação e integração social. Na área de alimentação oral, o projeto busca desenvolver dispositivos vestíveis equipados com sensores capazes de monitorar as funções de mastigação e deglutição. Esses dispositivos usarão sinais acústicos, eletromiografia de superficie e acelerometria, possibilitando uma análise detalhada dos movimentos e da fisiologia envolvidos na alimentação. O objetivo é oferecer uma tecnologia assistiva que possa monitorar e reabilitar essas funções, garantindo uma alimentação mais segura e eficiente, prevenindo complicações como desnutrição, desidratação e isolamento social. Dessa forma, o projeto propõe soluções tecnológicas que abordam necessidades críticas para o envelhecimento saudável.

O contínuo aumento na complexidade dos dispositivos atuais, observados particularmente desde o adventodos metamateriais (e de sua versão bidimensional, denominada metasuperfície) se deve, em grande parte, aoavanço nos processos de fabricação (incluindo prototipagem rápida), e às modernas e cada vez maisabrangentes ferramentas de simulação numérica. Infelizmente, o Grupo de Metamateriais (GMeta, um dosmaiores, mais bem equipados e produtivos do Brasil) não dispõe atualmente de uma infraestruturacomputacional que atenda nossas necessidades em um horizonte de médio prazo e que, principalmente,continue a garantir a seus membros a possibilidade de produzir pesquisa em seu estado-da-arte. Portanto, apresente proposta tem por objetivo principal modernizar a infraestrutura de pesquisa do GMeta, algo que nãoé feito desde 2013. E para isso, esta proposta seguirá duas linhas principais: 1) quanto a infraestrutura depesquisa, aquisição de licenças do software de simulação eletromagnética baseado em elementos finitosCOMSOL Multiphysics, e aquisição de um gerador de sinais na faixa de micro-ondas; e 2) quanto a pesquisae desenvolvimento inovadores, esta proposta contempla novos dispositivos eletromagnéticos, em seu estado-da-arte, em diversas faixas de frequência. Os softwares comerciais pleiteados por este projeto permitirão uminestimável ganho de produtividade na análise de diversos problemas eletromagnéticos (além de serem umbenchmark valioso para a validação de diversas aplicações já em desenvolvimento no Grupo). Portanto,esperamos diversas contribuições originais para esta proposta (tanto teóricas quanto experimentais) nas faixasde frequências de micro-ondas, THz, e ópticas, com aplicações inovadoras voltadas para óptica difrativa(imageamento, óptica planar, holografia, manipulação de feixes), forças eletromagnéticas, sensoriamento,dentre outras. É importante ressaltar que estas aplicações já estão em andamento, e que esta proposta envolvetodos os professores, alunos, e pesquisadores do Grupo de Metamateriais

New electronic and optical systems are placing ever increasing demands on both active and passive components technology. Particularly stressing for passive components are demands on size, bandwidth, linearity, and cost. The design and development of materials with new electromagnetic (EM) responses and properties??electromagnetic metamaterials??constitutes one important step in addressing those needs. The objective of the present collaborative research proposal is to perform the design, analysis, fabrication, and characterization of two classes of new metamaterial-based devices for radio-frequency (RF)/microwave and optical applications, with unprecedented performance.
In the RF/microwave regime, a previous transient (time-domain) analysis of microwave pulse propagation in periodic media carried out by both USP and OSU groups will be extended to periodic media constituted of metamaterials exhibiting simultaneously negative refraction and anisotropy. The objective is to increase the degrees of freedom available in such dispersion-engineered metamaterials to harness new electromagnetic effects such as pulse compression, slow group velocity, and amplitude enhancement. This transient analysis will be complemented by the development of a new metamaterial homogenization procedure capable of correctly reproducing causal responses for any frequency of interest and enabling the system-level simulation of such metamaterial-based devices at the ?macroscale?. Moreover, other pertinent physical effects in these structures such as near-zero refractive indices, ?frozen? modes, and high-order dispersion effects will also be investigated. 
In the optical regime, this collaborative research effort will focus on plasmonic diffractive optics, particularly on the design of distributed nano-antennas forming the so-called metasurface structure for binary-phase holography. These structures are capable of modulating the phase and amplitude of light in a much more efficient way than regular diffractive optics elements do; however, they suffer from unwanted spurious diffraction orders that can be mitigated with an optimized design. Therefore, this work will also investigate strategies to mitigate truncation (finite-size) effects in the response of these elements, establish the ideal dimensions of the sub-masks, and optimize the geometry of the transition region from a +pi to a -pi sub-matrix to mitigate undesired diffractive effects. The full exploitation of such concepts will result in major innovations and engineering of microwave and optical devices.

This National Institute will create an environment for world-class basic research for all its constituent partners. It will establish new and augment existing successful collaborative research programs among these partners; and it will provide the platform from which research advances gained within this Institute will be translated into tangible benefits, both economic and educational, for Brazilian society. The Institute will advance basic research, promote technological innovation, and inform public education at all levels on a national scale. It will accomplish these goals by building on the Center for Research in Optics and Photonics (CePOF) established by FAPESP, the State of São Paulo funding agency for scientific research, at the University of São Paulo, Institute of Physics, São Carlos (USP/IFSC) in the year 2000.

Este Plano de Pesquisa tem por objetivo principal a aquisição de componentes a serem utilizados na caracterização experimental de estruturas baseadas em metamateriais para frequências de micro-ondas. É importante salientar que adquiri recentemente para o Laboratório de Micro-ondas do Depto. de Engenharia Elétrica (SEL-EESC-USP) um analisador vetorial de rede e um gerador de sinais de micro-ondas, ambos para frequências de até 40 GHz (recursos INFRA-USP no valor de R$557.843,19) sendo, portanto, uma importante contrapartida a esta solicitação. Estes equipamentos já se encontram devidamente instalados no referido Laboratório. No entanto, o Laboratório ainda não possui componentes cruciais comumente utilizados na caracterização experimental de estruturas eletromagnéticas, tais como antenas, guias de ondas, terminações, entre outras. Isso representa uma limitação substancial às pesquisas atualmente em andamento no Grupo. É importante lembrar que essa limitação não é compatível com a importância alcançada pelo Grupo de Telecomunicações. Sendo assim, este Projeto é o primeiro passo no sentido de dotar o Laboratório de Micro-ondas do Grupo de Telecomunicações de uma infraestrutura mínima de caracterização experimental que ofereça a seus membros e colaboradores condições adequadas de pesquisa competitiva em nível internacional. Adicionalmente, essa dotação contribuirá fortemente para a consolidação do binômio pesquisa e inovação tecnológica, além da formação de recursos humanos. A linha de pesquisa proposta nos moldes deste Projeto proporcionará a investigação de estruturas metamateriais na fronteira do conhecimento, particularmente em aplicações de refração negativa, refração zero, filtragem de comprimentos de onda, absorvedores, biossensoriamento, e antenas.

General Coordinator: Vanderlei Salvador Bagnato
Main Holding Institution: Instituto de Fisica de Sao Carlos ? IFSC/USP
Associated Institutions: Physics Institute of Sao Paulo ? USP; Medical School of Ribeirao Preto ?USP; Dental School of Araraquara ? UNESP; Chemistry Institute of Sao Carlos ?USP, Center for Instrumentation ? Embrapa; Chemistry Department ? UFSCar, Engineering School of Sao Carlos ? USP, Bioscience Institute - USP

Este projeto se refere ao Edital 2012-2013, INFRA-USP, ao qual submeti o projeto ?Propagação de pulsos de micro-ondas em estruturas metamateriais?. 
Com este projeto foi possível adquirir os seguintes equipamentos:
- Gerador de sinal Rohde&Schwarz, até 43 GHz
- Analisador Vetorial de Rede Rohde&Schwarz, até 40 GHz

Este Plano de Pesquisa tem por objetivo o projeto e modelagem de estruturas nanoplasmônicas e metamateriais plasmônicos para aplicações em sensoriamento e telecomunicações. Visa, ainda, dotar o Grupo de Telecomunicações do Depto. de Engenharia Elétrica da USP-São Carlos de uma infra-estrutura computacional moderna, mais adequada aos problemas delineados nesta proposta. Esse projeto estará também aberto à colaboração com outros Grupos de Pesquisa no Brasil que necessitem de infra-estrutura de modelagem eletromagnética de dispositivos, sejam eles baseadas em plasmon-poláritons de superfície (SPP) ou metamateriais. As estruturas a serem investigadas neste projeto são classificadas da seguinte forma: 1) dispositivos baseados em SPP. Neste caso as estruturas baseadas em metais nobres (Au e Ag, principalmente) em combinação com um ou mais dielétricos apresentam dimensões em escala nonométrica, sendo projetadas para operação em comprimentos de onda no visível ou no infra-vermelho próximo. Os tipos de estruturas baseadas em SPP atualmente em investigação pela equipe são guias de ondas, filtros ópticos, lentes plasmônicas, estruturas assistidas por materiais ativos (ganho), e não-lineares; 2) dispositivos baseados em metamateriais plasmônicos. Isso permitirá estender as análises já realizadas pelo coordenador deste projeto, particularmente para a investigação de aplicações de invisibilidade eletromagnética (cloaking) e refração negativa.

Auxílio Pesquisador Visitante para o Prof. Frederico Dias Nunes, UFPE, Recife.
Este projeto estava vinculado ao INOF, e resultava do fato de tanto o Prof. Nunes quanto eu sermos membros do Grupo de Plasmônica criado no IFSC pelo Prof. Bagnato. Este Projeto teve por objetivo fortalecer a cooperação entre o Depto. de Engenharia Elétrica (SEL) da EESC/USP e o Instituto Nacional de Óptica e Fotônica ? INOF, sediado no Grupo de Óptica do Instituto de Física de São Carlos (IFSC). Além da pesquisa em dispositivos plasmônicos propriamente dita, este projeto teve como obtivo a elaboração de novos projetos de auxílio a pesquisa, fortalecimento de cooperações nacionais e internacionais, organização de eventos científicos, divulgação, etc. Por serem tarefas complexas, o auxílio aqui requerido destinava-se a oferecer o suporte financeiro para a estadia por um período de 12 meses do Prof. Dr. Nunes, do Depto. de Engenharia Elétrica e Sistemas da Universidade Federal de Pernambuco-UFPE junto ao SEL/EESC/USP. O Prof. Nunes tem uma vasta experiência no assunto desta colaboração e vem contribuindo com o INOF desde sua implantação (tendo sido um de seus idealizadores). A parceria SEL-INOF contou com a estreita colaboração do Prof. Nunes em todos os projetos de nano-plasmônica coordenados pelo Prof. Borges, tendo resultado em publicações em periódicos e conferências internacionais. Vale lembrar que o INOF é um centro de pesquisas que conta com maciço apoio financeiro da FAPESP e do CNPq.

Processo CNPq no.: 477539/2007-6
Este plano de trabalho aborda a modelagem computacional de diversos problemas eletromagnéticos atualmente sendo pesquisados pelo Grupo de Telecomunicações do Departamento de Engenharia Elétrica da Universidade de São Paulo, em São Carlos. Os projetos em questão são divididos da seguinte forma: 1) Modelagem de dispositivos não-lineares em guias de ondas ópticos retangulares e fibras (convencionais e microestruturadas). Esta pesquisa será focada na modelagem da geração de luz supercontínua em fibras ópticas microestruturadas; 2) Modelagem de estruturas baseadas em materiais complexos, onde se incluem os plasmônios de superfície e a modelagem de meios metamateriais; 3) Modelagem de redes ópticas de acesso codificadas (redes de acesso múltiplo por divisão de código-OCDMA). 
Total dos recursos: 
Em Reais: R$ 33.072,30

Processo FAPESP no.: 2007/08384-1
Este projeto possui dois objetivos cruciais para a capacitação do Grupo de Telecomunicações do Departamento de Engenharia Elétrica da Universidade de São Paulo, em São Carlos, quanto à modelagem computacional de problemas eletromagnéticos complexos: 1) a constituição de um núcleo de computação eletromagnética de alto desempenho através da disponibilização a todos os membros do Grupo de uma vasta gama de ferramentas de software capazes de modelar os mais diversos problemas eletromagnéticos. Isso passa, necessariamente, pela aquisição de um pacote comercial baseado em elementos finitos - COMSOL Multiphysics, além dos softwares já desenvolvidos localmente, estes baseados na técnica das diferenças finitas (nos domínios do tempo e da freqüência). Este software permitirá um inestimável ganho de produtividade na análise de diversos problemas eletromagnéticos que não necessitem do desenvolvimento de um método numérico específico (além de ser um benchmark valioso para a validação dos métodos numéricos atualmente em desenvolvimento no Grupo sob minha orientação); 2) dar continuidade aos projeto que envolvem a modelagem de estruturas baseadas em materiais artificiais, onde se incluem os metamateriais, e materiais complexos, como metais (depositados sobre dielétricos para a produção de plasmons de superfície (SPP)). Ambos os casos requerem a utilização de metais na formação das estruturas, o que passa, necessariamente, pela incorporação de modelos materiais para a permissividade elétrica e permeabilidade magnética (tais como os modelos materiais de Drude e/ou Lorentz). No caso de meios metamateriais o objetivo é, particularmente, a investigação de aplicações de transparência eletromagnética (cloaking). No caso de SPP, o que se pretende é a investigação de nanoestruturas para aplicações em sensoriamento e comunicações ópticas.
Total dos recursos: 
Em Reais: R$ 96816,30
Em Dólares: US$ 34530,00

Auxílio Individual, Processo FAPESP no.: 03/12666-1.
Estes recursos foram solicitados à Pró-Reitoria de Pesquisa por ocasião da aprovação do seguinte projeto junto à FAPESP: ?Modelagem da Propagação de Ondas Eletromagnéticas em Estruturas Complexas?. Recursos utilizados na manutenção de equipamentos do Laboratório e materiais de consumo.
Total dos recursos: 
Em Reais: R$ 3.000,00.

Este projeto tinha como objetivo a capacitação do Grupo de Telecomunicações do Departamento de Engenharia Elétrica quanto à modelagem computacional de problemas eletromagnéticos complexos. Visava ainda: 1) a constituição de um núcleo de computação eletromagnética de alto desempenho por meio da disponibilização a todos os membros do Grupo, e à comunidade acadêmica em geral, de uma vasta gama de ferramentas de software capazes de modelar os mais diversos problemas eletromagnéticos. Para isso, foi também adquirido um pacote comercial baseado em elementos finitos - COMSOL Multiphysics (além dos softwares já desenvolvidos localmente, estes baseados na técnica das diferenças finitas), e 2) continuidade aos projetos que envolvem a modelagem de estruturas baseadas em materiais artificiais, onde se incluem os metamateriais, e materiais complexos, como metais (depositados sobre dielétricos para a produção de plasmons de superfície (SPP)). Este software (COMSOL) permitiu um inestimável ganho de produtividade na análise de diversos problemas eletromagnéticos que não necessitam do desenvolvimento de um método numérico específico (além de ser um benchmark valioso para a validação dos métodos numéricos atualmente em desenvolvimento no Grupo sob minha orientação); 2) dar continuidade aos projetos que envolvem a modelagem de estruturas baseadas em materiais artificiais, onde se incluem os metamateriais, e materiais complexos, como metais (depositados sobre dielétricos para a produção de plasmons de superfície (SPP)). Ambos os casos requerem a utilização de metais na formação das estruturas, o que passa, necessariamente, pela incorporação de modelos materiais para a permissividade elétrica e permeabilidade magnética (tais como os modelos materiais de Drude e/ou Lorentz). No caso de meios metamateriais o objetivo é, particularmente, a investigação de aplicações de transparência eletromagnética (cloaking). No caso de SPP, o foco continua sendo a investigação de nanoestruturas para aplicações em sensoriamento e comunicações ópticas. Até o momento, este projeto tem sido um sucesso absoluto, tendo resultado em diversas publicações em periódicos internacionais, conferências, dissertações e teses.

Neste trabalho procurei abordar a modelagem computacional de diversos problemas eletromagnéticos tais como: 1) a modelagem de dispositivos não-lineares em guias de ondas ópticos retangulares e fibras (convencionais e microestruturadas), 2) estruturas baseadas em materiais complexos, e 3) redes ópticas codificadas de múltiplo acesso (OCDMA). Este projeto permitiu a compra de 10 microcomputadores e passagens para conferências no exterior. Vale salientar que esses computadores foram fundamentais para o grande salto de eficiência das simulações em todos os projetos que se seguiram.

Processo FAPESP no.: 03/12666-1
A evolução da tecnologia de fabricação de componentes e sistemas de comunicações ópticos tem proporcionado aos pesquisadores de todo o mundo a possibilidade de investigar novas e revolucionárias estruturas utilizando para isso a combinação de materiais com propriedades ópticas diversas bem como geometrias mais complexas. Esse aumento de complexidade, por sua vez, muitas vezes exige novas ferramentas de modelagem no domínio do tempo (FDTD, TD-BPM) ou da freqüência (FD-BPM, FD-SOR, etc.) baseadas em formalismos escalares, semivetoriais, ou vetoriais. Neste contexto, torna-se crucial minimizar o esforço computacional através de técnicas de processamento que permitam um maior número de usuários e também de processos serem atendidos simultaneamente, em uma configuração denominada processamento distribuído (ou em cluster). Assim, este plano de trabalho propõe a criação de um laboratório de processamento de alto desempenho com o objetivo de atender à crescente demanda computacional do Grupo de Telecomunicações. A opção por esta configuração pode ser enumerada como segue: 1) Maior facilidade de manutenção. Se uma ou mais CPUs necessitarem de manutenção, ainda assim o sistema pode continuar operando com as CPUs restantes; 2) Custo de implantação menor; 3) Capacidade de upgrade infinita sem a necessidade de trocar todo o servidor, ao contrário dos servidores convencionais. Para isso, basta adicionar mais nós de processamento.
Total dos benefícios concedidos: R$ 226.038,22

Processo FAPESP no.: 99/10912-8
O objetivo deste trabalho é a utilização de polímeros como guia de ondas ópticos em estruturas semicondutoras para aplicações em sensores ópticos. Especificamente, pretende-se projetar e desenvolver um sensor de concentração de açúcar no sangue baseado na utilização de guias poliméricos. Além disso, pretende-se desenvolver um sistema de acoplamento de luz, via guia polimérico, a um fotodetetor visando a integração com o sensor. O desenvolvimento dessa tecnologia permitiria a construção de sensores ópticos monolíticos.

O objetivo deste trabalho era desenvolver uma plataforma para utilização em sensores ópticos integrados, onde a deteção se daria via fotodetetores MSM. Este projeto permitiu a compra de suprimentos voltados para a fabricação dos guias de ondas e fotodetetores projetados em nossos laboratórios, fabricados no CCS UNICAMP por meio de cooperação com o Prof. Dr. Jacobus Swart, e posteriormente caracterizados em nossos laboratórios de óptica. A etapa de fabricação foi delegada à Dra. Maria Beny Zakya, sob coordenação do Prof. Dr. Jacobus W. Swart. Envolveu dois alunos de mestrado, Juliano Alves de Lima (meu ex-aluno) em São Carlos e Keops Roger Michelotto Koto (ex-aluno do Prof. Swart) no CCS da UNICAMP, e um de iniciação científica, Jean Louis Shinohara, meu ex-aluno de IC aqui em São Carlos. Embora o objetivo final não tenha sido totalmente alcançado, qual seja a fabricação propriamente dita da plataforma de sensores, ele permitiu um extraordinário ganho em termos de formação de pessoal com experiência tanto na fabricação de guias de ondas poliméricos quanto na caracterização dos mesmos. Em se tratando de uma proposta de plataforma para sensores, foram também investigadas possíveis aplicações para esta estrutura, como por exemplo: refratômetro integrado, sensor de glicose, sensor de adulteração de combustível, etc. Os guias de ondas poliméricos projetados no decorrer deste projeto foram de fato fabricados no Centro de Componentes Semicondutores (CCS), na UNICAMP. Gostaria de salientar que este foi o primeiro projeto de cunho experimental envolvendo sensores ópticos integrados realizados no Departamento. Além disso, foi desenvolvido um sistema de acoplamento de luz, via guia polimérico, a um fotodetetor visando a integração com o sensor. Esse trabalho também possibilitou uma maior colaboração com o Prof. Jacobus W. Swart, da UNICAMP, pois permitiu a aquisição de diversos materiais utilizados na fabricação e caracterização dos dispositivos.

Processo FAPESP no.: 97/12996-9
Este plano de trabalho aborda as atividades de pesquisa a serem empreendidas junto ao Departamento de Engenharia Elétrica da EESC/USP, São Carlos. Os trabalhos nele descritos envolvem o modelamento matemático e a possível caracterização experimental de dispositivos optoeletrônicos integrados em substrato de silício.
Total dos recursos: 
Em Reais: R$ 16818,00
Em Dólares: US$ 13490.40