Pesquisa da USP São Carlos inova na segurança de telecomunicações

De baixo custo, tecnologia usa laser para desordenar o sinal de luz transmitido através de fibra óptica, impedindo acesso indevido aos dados dos usuários de computador

Uma tecnologia de baixo custo desenvolvida na Escola de Engenharia de São Carlos (EESC) da Universidade de São Paulo (USP) abre novas possibilidades para aumentar a segurança em transmissões de telecomunicações. A descoberta integra a tese de doutorado do pesquisador Thiago Raddo, defendida em agosto de 2017 com orientação do professor Ben-Hur Viana Borges, do Departamento de Engenharia Elétrica. A abordagem inédita propõe usar raio laser funcionando sob uma força mecânica externa para desordenar o sinal de luz usado na transmissão de dados em rede de fibra óptica.

De acordo com Thiago, a técnica empregada dificulta acessos não autorizados ou indevidos, como os realizados por invasores e hackers, sem interferir na transmissão legítima do conteúdo. “Na prática, no modelo proposto, somente o destinatário consegue decodificar corretamente os dados transmitidos. O trabalho acadêmico conseguiu comprovar a eficiência do laser”, explica o pesquisador.

O projeto tem autoria dividida com os cientistas Martim Virte e Krassimir Panajotov, da Universidade Livre de Bruxelas (VUB), da Bélgica. Thiago desenvolveu um protótipo que não custou mais do que R$ 100, cujos principais componentes podem ser adquiridos em lojas online de eletrônica, destacando o fato de a replicação dessa solução ser simples. O laser usado no experimento é do tipo VCSEL, um dos mais baratos existentes no mercado atual (custa por volta de R$ 50). O resto do dinheiro foi empregado para adquirir um suporte de alumínio, composto por uma haste de metal e dois parafusos.

De acordo com Thiago, a fixação adequada dos parafusos, gera a força ideal para o laser provocar um sinal desordenado – e este dispensa qualquer tipo de realimentação. Já a fibra óptica é uma espécie de filamento de vidro ou plástico extrudido da espessura de um fio de cabelo, muito empregada no interior de cabos para transmitir sinais de televisão, telefone, internet, rádio etc.

Repercussão

O ineditismo da tese defendida na EESC-USP, intitulada Redes de acesso de próxima geração: sistemas OCDMA flexíveis e fontes VCSEL caóticas de baixo custo para comunicações seguras foi citada em livro editado em 2017 na Bélgica. A solução desenvolvida gerou também artigo científico a respeito na Scientific Reports, revista acadêmica pertencente ao grupo Nature (ver Serviço).

Segundo Thiago, os próximos passos do trabalho serão desenvolver uma aplicação mais robusta, capaz de gerar um sinal desordenado por meio de uma força externa já integrada ao laser. “A proposta é aprimorar ainda mais o protótipo e talvez, projetar uma viabilidade comercial para a solução desenvolvida, tendo empresas de telecomunicações de grande porte como público-alvo”, destaca.

De acordo com o relatório Norton Cyber Security Insights, de 2016, o Brasil é o quarto país do mundo com mais crimes de informática relatados. Nesse levantamento, há registros de que, em 2016, cerca de 42 milhões de brasileiros foram afetados, com prejuízos da ordem de R$ 32 bilhões.

O ataque mais comum é conhecido como ransomware. Trata-se de uma espécie de sequestro dos dados de um computador. Nessa modalidade de delito, o hacker invade a máquina, captura arquivos e bloqueia seu acesso, exigindo dinheiro para a liberação. “Nesse sentido, a simplicidade do sistema proposto abre caminho para diversas aplicações destinadas à segurança de sistemas de comunicações”, conclui Thiago.

Serviço

EESC-USP
Tese original
Artigo publicado na revista Scientific Reports
E-mail thimervcselchaos@gmail.com

Rogério Mascia Silveira
Imprensa Oficial – Conteúdo Editorial

Reportagem publicada originalmente na página IV do Poder Executivo I e II do Diário Oficial do Estado de SP do dia 15/02/2018. (PDF)

Programa da USP São Carlos vai levar projetos de alunos ao espaço

Missão Garatéa-E é aberta a escolas de todo o País dos níveis fundamental, médio e técnico; aceita experimentos em diversas áreas e a inscrição online termina dia 28

O Grupo Zenith, iniciativa multidisciplinar de pesquisas aeroespaciais da Escola de Engenharia de São Carlos (EESC) da Universidade de São Paulo (USP), recebe até o dia 28 inscrições de projetos científicos de alunos do Ensino Fundamental II, Médio e Técnico de escolas públicas e particulares de todo o País para participar da pré-seleção da Missão Garatéa-E. Podem concorrer equipes formadas por 3 a 15 estudantes, com proposta de experimento abordando diversas áreas do conhecimento, como física, química, biologia, bioquímica e astrobiologia, entre outros temas (ver Serviço).

De acordo com o professor Daniel Varela Magalhães, docente do Departamento de Engenharia Mecânica e também coordenador do grupo Zenith, os experimentos aprovados têm previsão de lançamento para agosto – e subirão até a estratosfera por meio de um balão especial, inflado com gás hélio, a uma altitude entre 30 e 35 quilômetros acima do nível do mar. “A proposta da Missão é aguçar a curiosidade dos alunos e despertar neles o gosto pela ciência, estimulando-os a desenvolver projetos criativos coletivamente”, observou.

Sem limites

“Não há restrições de assuntos, a escolha é livre. É possível projetar aplicações eletrônicas, eletromecânicas, biológicas e químicas. As únicas limitações dizem respeito à originalidade da autoria do projeto e ao volume e à massa dos experimentos, de modo a não ultrapassarem as dimensões da sonda a ser lançada rumo ao espaço”, destaca Magalhães.

Segundo ele, há inúmeras possibilidades de descobertas e de inovações passíveis de serem contempladas. A lista delas inclui, por exemplo, fotografar astros e corpos celestes, medir a umidade da estratosfera, detectar diferentes tipos de radiação ou, ainda, estudar como são as condições de vida nesses ambientes extremos, parecidas com a do planeta Marte, entre outras opções.

Inscrição

A inscrição deve ser feita online, no site da Garatéa-E, pelo responsável pela equipe. Esse orientador precisa ter idade mínima de 21 anos e, de preferência, ser professor. O link da página da Missão na internet (ver Serviço) traz também o edital e o cronograma completo do processo seletivo. Os projetos serão avaliados em primeiro lugar pela originalidade e criatividade.

Serão considerados também os objetivos e impactos posteriores ao lançamento da aplicação em órbita, assim como a metodologia científica empregada e a formulação teórica, associadas à organização, clareza e objetividade do relatório apresentado, cujo prazo de envio terminará no dia 20 de abril.

De modo global, serão observados também o trabalho coletivo de cada equipe e os recursos sociais e humanos abarcados no projeto, assim como os impactos do experimento na escola e nos participantes. A partir do dia 11 de maio os responsáveis pelos projetos classificados para a etapa seguinte serão contatados pela comissão avaliadora do Grupo Zenith.

Apoio

Formado em 2013 por docentes e alunos da EESC-USP, o grupo Zenith tem por missão desenvolver e difundir tecnologias aplicadas ao setor aeroespacial e estimular e ampliar a visibilidade dessa área no Brasil. Integrante desde 2016, João Victor Prado, estudante do quinto semestre de Engenharia Aeronáutica, informa a disposição de toda a equipe acadêmica em oferecer suporte técnico e científico às equipes participantes da Garatéa-E para desenvolverem seus experimentos.

“Na maioria das vezes, tiramos dúvidas dos professores orientadores das equipes por videoconferência e também os atendemos nos canais de comunicação da Missão (ver Serviço)”, informa Prado, também coordenador de projetos educacionais do Grupo Zenith. Na sua avaliação, a Garatéa-E é uma grande oportunidade para os estudantes colocarem em prática diversos ensinamentos teóricos recebidos em sala de aula, além do fato de o concurso ser uma grande vitrine nacional para o setor aeroespacial, “uma fonte de tecnologia, conhecimentos e muitos recursos para o País”, conclui.

Serviço

Garatéa-E (inscrição e edital)
Grupo Zenith
Facebook
E-mail educacional@garatea.space

Rogério Mascia Silveira
Imprensa Oficial – Conteúdo Editorial

Reportagem publicada originalmente na página III do Poder Executivo I e II do Diário Oficial do Estado de SP do dia 08/02/2018. (PDF)

Técnica de restaurar imagens reduz exposição de paciente à radiação

Criado na USP São Carlos, sistema retira das imagens de mamografias granulações e ruídos prejudiciais ao diagnóstico; testes clínicos com a tecnologia começarão em 2018

Uma inovação do Laboratório de Visão Computacional (Lavi) da Escola de Engenharia de São Carlos da Universidade de São Paulo (EESC-USP) pretende diminuir em até 30% a exposição das pacientes à radiação decorrente de exames periódicos de mamografia. Orientado pelo professor Marcelo Andrade da Costa Vieira, do Departamento de Engenharia Elétrica e de Computação, esse trabalho acadêmico é a tese de doutorado do pesquisador Lucas Rodrigues Borges.

Apresentado no mês de junho na EESC-USP, o estudo consiste de um sistema de informática projetado exclusivamente para fazer simulações em imagens digitais de mamografias. A tecnologia abre caminho para solucionar um problema antigo da físico-medicina.

“Quanto mais radiação é utilizada na mamografia, melhor é a qualidade das imagens obtidas e, consequentemente, mais preciso se torna o diagnóstico. Porém, quanto mais exposição da mulher à radiação nos exames, maior o risco de ela desenvolver, no futuro, câncer de mama”, esclarece o pesquisador Borges, que é também engenheiro eletricista.

Impacto

Para o pesquisador, o filtro desenvolvido possibilita usar dosagens menores de radiação, pois sua característica principal é restaurar as imagens, isto é, retirar delas imperfeições como granulações e ruídos prejudiciais ao diagnóstico. “O software calcula a quantidade necessária de ‘ruído’ em cada imagem para simular a exposição da paciente à baixa radiação”, explica.

Na avaliação do professor Vieira, essa redução na concentração das doses de radiação tem relevância para a saúde feminina, quando considerada sua aplicação futura em larga escala: “Para preservar a saúde, os médicos recomendam às mulheres fazerem mamografias periódicas após os 40 anos. Sob essa perspectiva, metade da população mundial tem essa necessidade, assim, a redução na exposição à radiação nas pacientes será bastante significativa”, conclui.

Parcerias

Aluno da EESC-USP desde a graduação, Borges conta ter iniciado em 2011 a parceria com o professor Vieira, especialista com diversos trabalhos em andamento na área de diagnóstico por imagem. Nessa época, o docente o orientou em projeto voluntário de iniciação científica, cuja proposta foi criar um filtro analógico para analisar imagens de mamografias digitalizadas, já com o intuito de otimizar o trabalho de médicos radiologistas.

O projeto inicial evoluiu, foi tema do mestrado de Borges e originou o sistema com o filtro restaurador de imagens. Ao longo da última e mais recente etapa, o estudo acadêmico teve apoio da Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado (Fapesp) e da Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (Capes).

Pioneiro no País na área de mamografias tridimensionais, o trabalho teve colaboração de dois físicos-médicos com pesquisas na área de câncer de mama: Andrew Maidment e Predrag Bakic, da Universidade da Pensilvânia, nos Estados Unidos, e do cientista da Universidade de Tecnologia de Tampere (Finlândia), Alessandro Foi, especializado em matemática e restauração de imagens.

Metodologia

A estrutura principal do sistema é um banco de dados construído por Borges, contendo 1,8 mil imagens, volume de amostras suficiente para permitir ao software simular a realização de novos exames das pacientes usando quantidades menores de radiação. Essas imagens (mamografias realizadas em 72 pacientes voluntárias) integram protocolo de pesquisa do Hospital da Universidade da Pensilvânia, entidade parceira no estudo.

A parceria da EESC-USP com o hospital foi firmada em 2012. No sistema desenvolvido em São Carlos, as 72 imagens originais são simuladas em cinco diferentes doses de radiação, somando 360 exposições. No projeto, cada uma delas foi avaliada individualmente por cinco pesquisadores físicos-médicos, totalizando 1,8 mil leituras diferentes. “Nas mamografias, esses cinco especialistas não conseguiram identificar em quais delas o software simulou a dose reduzida de radiação, prova da eficiência do sistema desenvolvido”, afirma Borges.

Futuro

Segundo ele, existem disponíveis outras opções de exames não invasivos para detectar alguns tipos de tumores, como, por exemplo, a ressonância magnética, porém, o custo ainda é alto em comparação com raio X, método mais barato, rápido e amplamente disseminado na maioria dos centros de saúde.

Os próximos passos são os testes clínicos, previstos para o ano que vem, com a nova tecnologia, e incluindo a participação de radiologistas. Nessa etapa experimental, os médicos irão considerar nos diagnósticos as imagens restauradas pelo software antes de fazerem novos exames com as pacientes. Participam dessa etapa quatro instituições de saúde: Hospital do Câncer de Barretos, Clínica Eco e Mama de São Carlos, Instituto de Radiologia (InRad) do Hospital das Clínicas da USP e Hospital da Universidade da Pensilvânia.

Serviço

Laboratório de Visão Computacional (Lavi – EESC-USP)
E-mail mvieira@sc.usp.br
Telefone (16) 3373-9362

Rogério Mascia Silveira
Imprensa Oficial – Conteúdo Editorial

Reportagem publicada originalmente na página IV do Poder Executivo I e II do Diário Oficial do Estado de SP do dia 05/10/2017. (PDF)