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Otimização e Pesquisa Operacional

Pesquisadores do CeMEAI estudam roteamento de navios para a Petrobras

O professor da UFSCar, Reinaldo Morabito, coordena o trabalho de doutorado

 

Um estudo na área de Pesquisa Operacional está em andamento no CeMEAI. É o projeto de doutorado da aluna Gabriela Furtado, sob orientação do professor da Engenharia de Produção Reinaldo Morabito. Ambos são da Universidade Federal de São Carlos (UFSCar).

Previsto para terminar nos primeiros meses de 2016, o trabalho é em parceria com a Petrobras, empresa estatal de economia mista. Um projeto anterior também orientado pelo professor Morabito já tinha sido concluído com e mesma estatal, a pedido da Agência Nacional do Petróleo. A pesquisa atual é um aprofundamento da anterior e estuda a tomada de decisões nas plataformas de petróleo do tipo offshore, as de produção no mar.

Levando em conta alguns critérios pré-estabelecidos, como o número de navios da frota, as especificações de cada um deles, a capacidade dos tanques e a premissa de que todas as demandas devem ser atendidas dentro do prazo, a aluna trabalha com a Pesquisa Operacional para traçar as melhores rotas para as embarcações no escoamento do óleo cru das plataformas até que o produto seja descarregado nos terminais. “Agora a gente busca desenvolver métodos mais sofisticados baseados em programação matemática para resolver o problema. Já temos alguns resultados preliminares com problemas pequenos”, explica Gabriela.

O problema estudado é real e se baseia em dados cedidos pela empresa. Morabito esclarece que a pesquisa pode ser aplicada em outros contextos em plataformas de petróleo do mesmo tipo, como algumas localizadas no Golfo do México e no Mar do Norte, entre outras.

 

Um projeto de pesquisadores da UFSCar - Universidade Federal de São Carlos e do CEPID - CeMEAI estuda o roteamento de navios para a Petrobras. Entenda: http://goo.gl/aKHOoQ

Publicado por CEPID - CeMEAI em Quinta, 24 de setembro de 2015

 

Sobre o CeMEAI

O Centro de Ciências Matemáticas Aplicadas à Indústria (CeMEAI), com sede no Instituto de Ciências Matemáticas e de Computação (ICMC) da USP, em São Carlos, é um dos Centros de Pesquisa, Inovação e Difusão (CEPIDs) financiados pela FAPESP. O CeMEAI é especialmente adaptado e estruturado para promover o uso de ciências matemáticas (em particular matemática aplicada, estatística e ciência da computação) como um recurso industrial.

As atividades do Centro são realizadas dentro de um ambiente interdisciplinar, enfatizando-se a transferência de tecnologia e a educação e difusão do conhecimento para as aplicações industriais e governamentais. As atividades são desenvolvidas nas áreas de Otimização Aplicada e Pesquisa Operacional, Mecânica de Fluidos Computacional, Modelagem de Risco, Inteligência Computacional e Engenharia de Software. 

Além do ICMC, o CEPID-CeMEAI conta com outras seis instituições associadas: o Centro de Ciências Exatas e Tecnologia da Universidade Federal de São Carlos (CCET-UFSCar); o Instituto de Matemática Estatística e Computação Científica da Universidade Estadual de Campinas (IMECC-UNICAMP); o Instituto de Biociências Letras e Ciências Exatas da Universidade Estadual Paulista (IBILCE-UNESP); a Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade Estadual Paulista (FCT-UNESP); o Instituto de Aeronáutica e Espaço (IAE); e o Instituto de Matemática e Estatística da Universidade de São Paulo (IME-USP).

Carla Monte Rey - Assessoria CEPID-CeMEAI

Mais informações

Assessoria de Comunicação do CeMEAI: (16) 3373-6609

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Projeto busca melhorar a criação de frangos em aviários

Parceria entre granja e universidades monitora fatores como temperatura e umidade para aperfeiçoar o processo de crescimento dos animais

 

Um sistema que conta com a participação do CEPID - CeMEAI está sendo usado para sofisticar a criação de aves em uma granja na região de Jundiaí, no interior de São Paulo. Saiba mais: http://goo.gl/izFjnJ

Publicado por CEPID - CeMEAI em Segunda, 10 de agosto de 2015

Um sistema que conta com a participação do Centro de Ciências Matemáticas Aplicadas à Indústria (CEPID-CeMEAI) está sendo usado para sofisticar a criação de aves em uma granja na região de Jundiaí, no interior de São Paulo.

Os mais de 23 mil frangos do aviário são monitorados 24 horas por dia, sete dias por semana. Níveis de água, ração, ventilação e diversos outros fatores são fiscalizados o tempo todo por um programa desenvolvido pela Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFGRS). O software reúne os dados obtidos e, a cada cinco minutos, envia essas informações para pesquisadores do CeMEAI, que, por meio de um segundo software, utilizam a matemática para tomar as melhores decisões e otimizar o processo.

A ideia central de todo o sistema é utilizar os dados coletados para chegar ao melhor método possível de criar as aves, adaptando o processo às mudanças das variáveis como temperatura, umidade etc.

Por causa da alta no preço da carne bovina, o consumo de carne de frango deve subir de 43 para 45 quilos por pessoa no Brasil neste ano, segundo a Associação Brasileira de Proteína Animal (ABPA). Além disso, as exportações também devem subir de 2 a 3%.

As pesquisas do CeMEAI na granja ainda estão em andamento e podem, no futuro, evoluir ainda mais e ajudar outras granjas brasileiras.

Saiba mais sobre os sensores utilizados no projeto.

 

Sobre o CeMEAI

O Centro de Ciências Matemáticas Aplicadas à Indústria (CeMEAI), com sede no Instituto de Ciências Matemáticas e de Computação (ICMC) da USP, em São Carlos, é um dos Centros de Pesquisa, Inovação e Difusão (CEPIDs) financiados pela FAPESP. O CeMEAI é especialmente adaptado e estruturado para promover o uso de ciências matemáticas (em particular matemática aplicada, estatística e ciência da computação) como um recurso industrial. As atividades do Centro são realizadas dentro de um ambiente interdisciplinar, enfatizando-se a transferência de tecnologia e a educação e difusão do conhecimento para as aplicações industriais e governamentais. 

As atividades são desenvolvidas nas áreas de Otimização Aplicada e Pesquisa Operacional, Mecânica de Fluidos Computacional, Avaliação de Risco, Inteligência Computacional e Engenharia de Software. 

Além do ICMC, o CEPID-CeMEAI conta com outras seis instituições associadas: o Centro de Ciências Exatas e Tecnologia da Universidade Federal de São Carlos (CCET-UFSCar); o Instituto de Matemática Estatística e Computação Científica da Universidade Estadual de Campinas (IMECC-UNICAMP); o Instituto de Biociências Letras e Ciências Exatas da Universidade Estadual Paulista (IBILCE-UNESP); a Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade Estadual Paulista (FCT-UNESP); o Instituto de Aeronáutica e Espaço (IAE); e o Instituto de Matemática e Estatística da Universidade de São Paulo (IME-USP).

Leonardo Zacarin - Assessoria CEPID-CeMEAI

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Novo livro da série Mathematics for Industry deve ser publicado ainda este ano 

 O exemplar reúne trabalhos do fórum Math For Industry 2014, que contou com a participação de pesquisador do CeMEAI 

 

Está previsto para ser publicado no fim deste ano o livro (Proceedings of the Forum of Mathematics for Industry 2014 – Editora Springer) com artigos de pesquisadores do mundo todo apresentados no Math for Industry (Matemática para a Indústria). O fórum reúne pesquisadores anualmente no Japão e discute uma nova área de pesquisa relacionada à Matemática que possa servir de fundamento para o desenvolvimento de novas tecnologias. O pesquisador do CeMEAI, Ernesto Birgin, esteve no evento a convite do professor Masato Wakayama, do Instituto de Matemática para a Indústria da Universidade de Kyushu, que organizou o fórum. Birgin foi o único pesquisador do Brasil a dar uma palestra. Falou sobre trabalhos desenvolvidos por ele e pelo Prof. José Mario Martínez em conjunto com pesquisadores do Instituto de Matemática e Estatística da USP, em São Paulo, e do Instituto de Matemática, Estatística e Computação Científica da Unicamp, em Campinas.

A palestra foi baseada no artigo Applications of nonlinear programming to packing problems e abordou avanços recentes na aplicação de técnicas de otimização em problemas de empacotamento. “Esse tipo de problema é muito antigo e problemas de empacotamento de esferas remontam ao século XVII, em que Keppler (Johannes Kepler, matemático e astrônomo alemão) formulou a sua hipótese. Sir Walter Raleigh era um escritor, poeta, soldado, político e explorador (dentre outras cosias) que, interessado no transporte de balas de canhão, fez uma pergunta simples ao seu assistente e matemático Thomas Harriot: como calcular a quantidade de unidades numa montanha de balas de canhão? Tendo resolvido a questão facilmente, Thomas Harriot formulou uma pergunta mais geral: como dispor as balas de forma a ocupar a menor quantidade possível de espaço? E escreveu sobre isto para seu colega Johannes Kepler. Em 1611, Kepler presumiu que a melhor forma é igual à que você vê hoje, quando vai comprar laranjas no supermercado. "Aproximadamente quatrocentos anos depois foi provado que essa é uma forma ótima de preencher o espaço com esferas, mas variantes da prova são ainda objeto de pesquisa intensa”, explica Ernesto. 

O trabalho apresentado no Japão resume os trabalhos relacionados a problemas de empacotamento desenvolvidos nos últimos 10 anos pelos pesquisadores do grupo. “O nosso grupo desenvolve modelos matemáticos para diferentes tipos de problemas de empacotamento. São modelos de otimização contínua com certas propriedades e que podem ser resolvidos com técnicas de programação não linear. "Nosso grupo é especialista no desenvolvimento de métodos de otimização e tanto os modelos como os métodos podem ser aplicados a problemas do dia a dia”, diz ele.  

Uma das principais aplicações do grupo, em conjunto com o Prof. Leandro Martínez do Instituto de Química da Unicamp, resultou no desenvolvimento de um software livre, que já tem mais de 10 mil downloads de todas as partes do mundo – o que é um número surpreendente para a área segundo o pesquisador. “É o Packmol, cujo nome vem de empacotamento de moléculas. O software serve para determinar configurações iniciais para simulações de dinâmica molecular. Este tipo de simulações é utilizado por químicos para, por exemplo, determinar propriedades de medicamentos”, completa o pesquisador. 

Em breve, o livro será disponibilizado também em versão online.

Acesse o artigo completo do pesquisador!

Visite o site do Packmol e baixe o software!

 

Sobre o CeMEAI

O Centro de Ciências Matemáticas Aplicadas à Indústria (CeMEAI), com sede no Instituto de Ciências Matemáticas e de Computação (ICMC) da USP, em São Carlos, é um dos Centros de Pesquisa, Inovação e Difusão (CEPIDs) financiados pela FAPESP. O CeMEAI é especialmente adaptado e estruturado para promover o uso de ciências matemáticas (em particular matemática aplicada, estatística e ciência da computação) como um recurso industrial.

As atividades do Centro são realizadas dentro de um ambiente interdisciplinar, enfatizando-se a transferência de tecnologia e a educação e difusão do conhecimento para as aplicações industriais e governamentais. As atividades são desenvolvidas nas áreas de Otimização Aplicada e Pesquisa Operacional, Mecânica de Fluidos Computacional, Avaliação de Risco, Inteligência Computacional e Engenharia de Software. 

Além do ICMC, o CEPID-CeMEAI conta com outras cinco instituições associadas: o Centro de Ciências Exatas e Tecnologia da Universidade Federal de São Carlos (CCET-UFSCar); o Instituto de Matemática Estatística e Computação Científica da Universidade Estadual de Campinas (IMECC-UNICAMP); o Instituto de Biociências Letras e Ciências Exatas da Universidade Estadual Paulista (IBILCE-UNESP); a Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade Estadual Paulista (FCT-UNESP); o Instituto de Aeronáutica e Espaço (IAE); e o Instituto de Matemática e Estatística da Universidade de São Paulo (IME-USP).

Carla Monte Rey - Assessoria CEPID-CeMEAI

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A matemática para ajudar a indústria a gastar menos tecido

Metodologia usada pelo ICMC via CeMEAI pode ajudar as fábricas a otimizar a produção

O projeto está em andamento e já tem demonstrado resultados satisfatórios. Os professores e alunos envolvidos buscam otimizar a produção das fábricas. E se você é leigo no assunto, vamos tornar a compreensão mais fácil. Otimizar, como a palavra sugere, é tornar alguma coisa ótima, ou chegar bem perto do considerado ideal para o objetivo que se busca.

No caso, os alunos pesquisam soluções para “problemas de corte”. Quando você é empresário do ramo têxtil, tem que se preocupar por exemplo em achar meios de gastar menos tecido para a fabricação das peças da sua fábrica. E por meio de cálculos matemáticos, esse pessoal está disposto a ajudar!

Eles imaginaram trabalhar com aventais. Então escolheram um modelo simples e riscaram num papel os três tamanhos: P, M e G (pequeno, médio e grande). Também calcularam três tamanhos de bolsos, um para cada tipo de avental. O desafio era descobrir uma maneira de dispor aventais e bolsos de modo que o pedaço de tecido ocupado por eles – no caso da cor preta, com 1,60 m de largura e 2,00 m de comprimento - fosse o menor possível.

Claro que havia regras para isso: cada peça dos aventais e bolsos não poderia estar sobreposta à outra, nem poderiam existir sobras da peça para fora do pano onde seriam cortadas. O grupo combinou dia e horário para tentar encontrar na prática a melhor solução para o problema. Esta solução seria depois confrontada com a solução que o modelo matemático por eles desenvolvido apontaria como a melhor, ou como se diz na área de otimização, solução ótima. Todos se reuniram em uma sala e cortaram os moldes. Esticaram o tecido comprado e dividiram a turma em grupos. A missão de cada grupo foi cronometrada, para saber em quanto tempo eles achariam uma solução para o problema. Também foi preciso levar em conta outro detalhe: as fibras do tecido escolhido. Porque dependendo da maneira como se corta o pano, a qualidade da roupa pode ficar comprometida. O caimento pode ainda não ser o desejado.

Toda a atividade prática do projeto naquele dia foi supervisionada pela professora do ICMC (Instituto de Ciências Matemáticas e de Computação) e uma das coordenadoras do grupo, Franklina Toledo. O projeto é um dos desenvolvidos no CeMEAI – Centro de Ciências Matemáticas Aplicadas à Indústria, um dos Centros de Pesquisa, Inovação e Difusão (CEPID) da FAPESP (Fundação de Amparo à Pesquisa do estado de São Paulo).

Para entender melhor:

Veja vídeo sobre o assunto, onde acompanhamos 2 dos 3 grupos. A primeira turma terminou a tarefa em 1 minuto e 50 segundos, e conseguiu usar 124,5 cm de comprimento do tecido. O segundo grupo foi mais rápido: levou apenas 27 segundos para concluir a tarefa. Em compensação, ocupou 131 cm de pano.

Os dados obtidos pelos alunos foram comparados aos do mesmo problema resolvido pelo computador. Usando as medidas escolhidas para o avental e para os bolsos como dados para um modelo matemático que foi resolvido em um software conhecido da  área, o computador demorou menos de um segundo para achar a melhor solução possível. Mas apesar do tempo bem inferior ao dos trabalhos feitos manualmente, o computador chegou quase ao mesmo resultado no comprimento do tecido. O grupo 1 encontrou 124,5 cm como solução. E a máquina uma solução um pouco mais de um centímetro melhor: 123 cm de comprimento.

Pessoas envolvidas no projeto de cortes:

Alunos: Alfredo Jorge, Aline Leão, Everton Silva, Felipe Aureliano, Jeinny Polo, Larissa Oliveira, Leandro Mundim, Luiz Henrique Cherri e Marcos Rodrigues.

Coordenadoras do Projeto: professoras Marina Andretta e Franklina Toledo

Professores colaboradores: José Fernando Oliveira e Maria Antónia Carravilla, da Universidade do Porto (Portugal).

Laboratórios de Pesquisa

Os pesquisadores brasileiros trabalham no Laboratório de Otimização do ICMC/USP e os portugueses no Centro de Engenharia e Gestão Industrial do INESC TEC, na Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto, em Portugal.

Para saber detalhes deste projeto e outros que estão sendo desenvolvidos pela equipe de Otimização do ICMC/USP, acesse nossos artigos:

Aplicando o algoritmo genético de chaves aleatórias viciadas em um problema de corte com itens irregulares

Problema de corte de itens irregulares na fabricação de luvas de couro

Modelos matemáticos para o problema de corte de peças irregulares

 

Sobre o CeMEAI

O Centro de Ciências Matemáticas Aplicadas à Indústria (CeMEAI), com sede no Instituto de Ciências Matemáticas e de Computação (ICMC) da USP, em São Carlos, é um dos Centros de Pesquisa, Inovação e Difusão (CEPIDs) financiados pela FAPESP. O CeMEAI é especialmente adaptado e estruturado para promover o uso de ciências matemáticas (em particular matemática aplicada, estatística e ciência da computação) como um recurso industrial.

As atividades do Centro são realizadas dentro de um ambiente interdisciplinar, enfatizando-se a transferência de tecnologia e a educação e difusão do conhecimento para as aplicações industriais e governamentais. As atividades são desenvolvidas nas áreas de Otimização Aplicada e Pesquisa Operacional, Mecânica de Fluidos Computacional, Modelagem de Risco, Inteligência Computacional e Engenharia de Software. 

Além do ICMC, o CEPID-CeMEAI conta com outras cinco instituições associadas: o Centro de Ciências Exatas e Tecnologia da Universidade Federal de São Carlos (CCET-UFSCar); o Instituto de Matemática Estatística e Computação Científica da Universidade Estadual de Campinas (IMECC-UNICAMP); o Instituto de Biociências Letras e Ciências Exatas da Universidade Estadual Paulista (IBILCE-UNESP); a Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade Estadual Paulista (FCT-UNESP); o Instituto de Aeronáutica e Espaço (IAE); e o Instituto de Matemática e Estatística da Universidade de São Paulo (IME-USP).

Texto: Carla Monte Rey - Assessoria CEPID-CeMEAI

Vídeo: Leonardo Zacarin – Assessoria CEPID-CeMEAI

 

Mais informações

Assessoria de Comunicação do CeMEAI: (16) 3373-6609

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Projeto do CeMEAI busca auxiliar o SAAE na redução de gastos sem comprometer o abastecimento

Uma reunião foi feita na sexta-feira (29/05) para acertar detalhes da parceria 

Um grupo do CEPID-CeMEAI vai auxiliar o SAAE – Serviço Autônomo de Água e Esgoto de São Carlos a reduzir gastos com energia elétrica e a otimizar o uso dos recursos para captação e distribuição de água. Modelos matemáticos e algoritmos serão utilizados para fazer o planejamento do sistema de captação e bombeamento sem prejuízo ao abastecimento da população. A coordenadora é a pesquisadora da USP, Maristela Oliveira dos Santos. “A base do projeto é o racionamento de energia elétrica para o acionamento das bombas. A gente pretende determinar uma política ótima de utilização das bombas na captação e transmissão de água. É uma forma de usar melhor os recursos”. Os primeiros contatos com o SAAE começaram em 2006 e foram intensificados em 2011. Com o tempo, os integrantes do grupo mudaram. Hoje, além de Maristela, são Marcos Furlan (um aluno de doutorado do ICMC - Instituto de Ciências Matemáticas e de Computação), Marcos Nereu Arenales (professor aposentado do ICMC) e Edilaine Martins Soler (professora do Departamento de Matemática da UNESP de Bauru).

Na última sexta-feira, uma reunião foi feita na sede do SAAE para definir melhor os detalhes da parceria, que deve ser oficializada em breve. De acordo com a professora Edilaine, “essa reunião foi com o pessoal do SAAE que trabalha com a parte operacional, pra passar alguns dados do sistema de abastecimento da cidade de São Carlos. E a gente vai usá-los na simulação com o nosso modelo matemático”, ressaltou.

Quem também participou da reunião foi o Professor da Engenheira Elétrica da USP, José Carlos M. Vieira Jr. “Eu vou auxiliar o pessoal a determinar o custo de operação de cada bomba para entrar no processo de otimização, nos algoritmos e modelos matemáticos. Então vou calcular a potência elétrica, a energia envolvida e o custo atribuído a cada uma das bombas”, explicou José Carlos. 

De acordo com o chefe do controle de abastecimento do SAAE, Maurício Hermann dos Santos, a ideia é manter essa parceria por um longo tempo. “Primeiramente é interessante porque ajuda a otimizar o nosso trabalho de sistema de automação. Nós temos um sistema que monitora e controla toda a distribuição de água do município e, com o auxílio dos professores da USP, teremos ferramentas para melhorar o abastecimento e para reduzir o consumo de energia elétrica”, reforçou Maurício.

“A gente transforma esse problema do SAAE em um problema matemático, colocando essas relações entre bombas, poços, e captação em dados matemáticos. Para decidir em cada período de tempo, as operações de liga/desliga das bombas, respeitando os níveis mínimo e máximo dos reservatórios. Por meio da otimização podemos saber quando e quantas bombas você vai acionar para captar e fazer transferência de água entre reservatórios e também a política de atendimento da demanda de água de modo a minimizar os custos envolvidos, completa Maristela, a coordenadora do grupo.

Além das reuniões com o SAAE, há a intenção de desenvolver um sistema de apoio à decisão que auxilie os funcionários da autarquia. Quanto ao percentual de economia que isso pode gerar, Maristela explica: “ainda não sabemos, porque a gente não fez o estudo com os dados reais. O ideal seria fazer a simulação e acompanhar um período de trabalho do SAAE para comparar os resultados da simulação com o planejamento realizado pelo SAAE. Essa interação é um pouco demorada. Você transformar todas essas informações para que a gente possa utilizar é um pouco mais lento. Mas o processo pode auxiliar bastante na economia de energia envolvida no funcionamento do sistema.”

A crise hídrica e o aumento das tarifas de energia 

Basta abrir os jornais ou a internet pra ter pelo menos uma reportagem diária sobre o nível do Sistema Cantareira, que abastece parte da Grande São Paulo e sofre com a crise hídrica. Até concurso de curta foi lançado pela cineasta Laís Bodanski em alusão ao drama dos paulistas. Os boatos sobre o racionamento do nosso bem mais precioso tiveram impacto também nas contas de energia. Pra forçar a população a economizar, em março a Agência Nacional de Energia Elétrica, ANEEL, autorizou reajuste médio de 23,4% nas contas. Ou seja: é proibido desperdiçar.

 

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As atividades do Centro são realizadas dentro de um ambiente interdisciplinar, enfatizando-se a transferência de tecnologia e a educação e difusão do conhecimento para as aplicações industriais e governamentais. As atividades são desenvolvidas nas áreas de Otimização Aplicada e Pesquisa Operacional, Mecânica de Fluidos Computacional, Modelagem de Risco, Inteligência Computacional e Engenharia de Software. 

Além do ICMC, o CEPID-CeMEAI conta com outras cinco instituições associadas: o Centro de Ciências Exatas e Tecnologia da Universidade Federal de São Carlos (CCET-UFSCar); o Instituto de Matemática Estatística e Computação Científica da Universidade Estadual de Campinas (IMECC-UNICAMP); o Instituto de Biociências Letras e Ciências Exatas da Universidade Estadual Paulista (IBILCE-UNESP); a Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade Estadual Paulista (FCT-UNESP); o Instituto de Aeronáutica e Espaço (IAE); e o Instituto de Matemática e Estatística da Universidade de São Paulo (IME-USP).

Texto: Carla Monte Rey - Assessoria CEPID-CeMEAI

Fotos: Vanessa Gurian – Assessoria do SAAE

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