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Use este identificador para citar ou linkar para este item: http://www.bdtd.uerj.br/handle/1/16876
Tipo do documento: Dissertação
Título: Otimização de estrutura de dendrímeros
Título(s) alternativo(s): Optimization of dendrimer structure
Autor: Costa, Elan Gonçalves 
Primeiro orientador: Dias, Douglas Mota
Primeiro membro da banca: Amaral, Jorge Luís Machado do
Segundo membro da banca: Horta, Bruno Araujo Cauteiro
Terceiro membro da banca: Vellasco, Marley Maria Bernardes Rebuzzi
Resumo: Neste trabalho, o foco dos estudos está nos dendrímeros conhecidos como PA- MAM, cujas aplicações vão desde eluição de fármacos a encapsulação molecular e terapia gênica, e desde blocos de construção para nanoestruturas até micelas como agentes de descontaminação. Este trabalho desenvolve alguns métodos que substituem os utilizados originalmente no programa PyPolyBuilder, visando diminuir o tempo de execução e melhorar as moléculas geradas ao final do programa, tornando-as maiores e com um formato mais esférico. Para desenvolver os métodos, as simulações foram realizadas usando-se o PAMAM. Primeiramente, o método que gera a matriz-Z foi melhorado. Esse método era o gargalo computacional do programa e, por ser uma das primeiras etapas do mesmo, ocasionava grande dificuldade em se realizar testes nas etapas seguintes. Em sequência, foi desenvolvida uma nova função de aptidão para a otimização global. Ela possibilita um maior controle da forma do dendrímeros que é gerado nessa etapa do programa. E, finalmente, com a intenção de melhorar os indivíduos gerados pela otimização global, alguns dos principais algoritmos de computação evolutiva foram testados e ajustados na geração zero do PAMAM, quais sejam: GA (Genetic Algorithm), DE (Differential Evolution), PSO (Particle Swarm Optimization) e CMA-ES (Covariance Matrix Adaptation Evolution Strategy). Cada um dos algoritmos tem sua própria variedade de métodos e parâmetros a serem ajustados. Para evitar o problema conhecido como “a maldição da dimensionalidade”, uma metodologia aleatória foi utilizada nos ajustes, pois não demanda uma quantidade exageradamente grande de execuções e, ainda assim, garante a diversidade dos indivíduos no espaço de busca observado. Após os algoritmos terem seus parâmetros e métodos ajustados, os dez melhores são selecionados e simulados para as gerações um, dois, três, quatro, cinco, sete e dez do PAMAM, para então os melhores parâmetros e métodos serem definidos para cada algoritmo. Assim, os algoritmos são comparados entre si utilizando-se os melhores métodos e parâmetros escolhidos. Os algoritmos baseados no GA têm os piores resultados entre os observados. A CMA-ES apresenta os melhores resultados para as gerações menores, mas apresenta erro de memória na geração dez. Com a CMA-ES sendo excluída da análise, a DE apresenta os melhores resultados para as gerações menores e o PSO apresenta os melhores para as gerações maiores do PAMAM.
Abstract: In this work, the focus of the studies is on the dendrimers known as PAMAM, whose applications range from drug elution to molecular encapsulation and gene therapy, and from building blocks for nanostructures to micelles as decontamination agents. This work develops some methods that replace those originally used in the PyPolyBuilder pro- gram, aiming to decrease the execution time and improve the molecules generated at the end of the program, making them larger and with a more spherical shape. To develop the methods, the simulations were performed using PAMAM. First, the method that genera- tes the Z-matrix has been improved. This method was the computational bottleneck of the program and because it was one of the early stages of the program, it caused great difficulty in carrying out tests in the following stages. Following, a new fitness function was developed for global optimization. It allows greater control of the shape of the den- drimer that is generated at this stage of the program. And finally, with the intention of improving the individuals generated by global optimization, some of the main evolutio- nary computation algorithms were tested and adjusted in the PAMAM zero generation, namely: Genetic Algorithm (GA), Differential Evolution (DE), Particle Swarm Optimi- zation (PSO) and Covariance Matrix Adaptation Evolution Strategy (CMA-ES). Each of the algorithms has its own variety of methods and parameters to be adjusted. To avoid the problem known as “ the curse of dimensionality ”, a random methodology was used in the adjustments, as it does not demand an unreasonably large number of executions and, even so, it guarantees the diversity of individuals in the observed search space. After the algorithms have their parameters and methods adjusted, the top ten are selected and simulated for generations one, two, three, four, five, seven, and ten of PAMAM, so that the best parameters and methods are defined for each algorithm. Thus, the algorithms are compared with each other using the best methods and parameters chosen. GA-based algorithms have the worst results among those observed. The CMA-ES presents the best results for the smaller generations, but it presents memory error in the 10th generation. With the CMA-ES being excluded from the analysis, the DE presents the best results for the younger generations and the PSO presents the best results for the older generations of PAMAM.
Palavras-chave: Electronic engineering
Structural optimization
Nanotechnology
Algorithms
Evolutionary computing
Engenharia eletrônica
Otimização estrutural
Nanotecnologia
Algoritmos
Computação evolutiva
Dendrímeros
Dendrimers
Área(s) do CNPq: ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICA::ELETRONICA INDUSTRIAL, SISTEMAS E CONTROLES ELETRONICOS
Idioma: por
País: Brasil
Instituição: Universidade do Estado do Rio de Janeiro
Sigla da instituição: UERJ
Departamento: Centro de Tecnologia e Ciências::Faculdade de Engenharia
Programa: Programa de Pós-Graduação em Engenharia Eletrônica
Citação: COSTA, Elan Gonçalves. Otimização de estrutura de dendrímeros. 2021. 105 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Eletrônica) - Faculdade de Engenharia, Universidade do Estado do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, 2021.
Tipo de acesso: Acesso Aberto
URI: http://www.bdtd.uerj.br/handle/1/16876
Data de defesa: 11-Mai-2021
Aparece nas coleções:Mestrado em Engenharia Eletrônica

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