Os espiões de formigas

Gente Singular vista pelo Ardina na Web

Um português e um espanhol estão a desenvolver em parceria modelos computacionais de novo tipo que se inspiram na inteligência colectiva das sociedades daqueles pequenos insectos. É uma pequena revolução no software com múltiplas aplicações empresariais

© Jorge Nascimento Rodrigues «denuncia» os espiões, Novembro 2002

FICHA DOS ESPIÕES

O português: Vitorino Ramos, 35 anos, viajante radical no Himalaia e na Gronelândia
Email:vitorino.ramos@alfa.ist.utl.pt
Local de vigilância do crime: Centro de Geo-Sistemas do Instituto Superior Técnico, Lisboa
Local de «intelligence» na web: http://alfa.ist.utl.pt/~cvrm/staff/vramos

O espanhol: Juan J. Merelo, 37 años, escritor de ciencia-ficción y temas afines; loco por juegos de estrategia, uno de los mayores perdedores de tiempo que se hayan podido inventar
Email:jmerelo@geneura.ugr.es
Local de vigilância do crime: GeNeura, Depto. De Electrónica y Tecnología de Computadores de Universidad de Granada
Local de «intelligence» na web: http://kal-el.ugr.es/~jmerelo/

FICHA DO CRIME

Crime: Inteligência de enxames e algoritmos de formigas
Central de controlo do crime: Swarm Development Group (www.swarm.org)
Projecto concreto sobre Rochas Ornamentais - ELCOS - European Laboratory for Characterisation of Ornamental Stones (www.elcosnet.com)
Projecto de cenários de controlo de emergência - COSI (www.irit.fr/COSI/project/partners/grenada/intro.php)

OUTRA «INTELLIGENCE»

Outros espiões:
Carlos Silva, Siemens | João Sousa, IST

Vitorino Ramos é um dos 5 cérebros escolhidos pela revista Ideias & Negócios no seu 5º Aniversário de 2002 (Texto original - Versão completa)

Entrevista com consultor internacional de Swarm Intelligence - Christopher Meyer, da Cap Gemini

Entrevista em castelhano com Juan Merelo

Antes de pisar ou descarregar insecticida sobre um carreiro de formigas pense em como aqueles pequenos insectos, aparentemente estúpidos e inconvenientes, podem ser fonte de inspiração...para a área mais vanguardista da computação. «O estudo directo do comportamento destes insectos sociais permitiu desenvolver novos paradigmas para a resolução de problemas de elevada complexidade», diz-nos Vitorino Ramos, 35 anos, investigador no Centro de Geo-Sistemas do Instituto Superior Técnico, em Lisboa.

«Os algoritmos baseados no comportamento dos formigueiros são um modo alternativo de conceber sistemas inteligentes», acrescenta Juan Merelo, dois anos mais velho, e coordenador do GeNeura, um grupo da Universidade de Granada dedicado a "misturar" algoritmos genéticos com redes neuronais, que tem colaborado com Vitorino. Os dois conheceram-se via Web em 1994 e começaram a dar cartas internacionalmente.

Na literatura especializada começou a ser corrente ouvir falar de "inteligência de enxames" ("swarm intelligence" em inglês) e em "algoritmos de formigas" ("ant algorithms"), duas áreas de investigação académica e de aplicação empresarial que se enquadram no que se designa por vida artificial, uma disciplina que está a destronar o charme da inteligência artificial.

Os enxames já motivaram a criação de uma comunidade internacional e de uma linguagem que se agrupam no Swarm Development Group, nascido em Santa Fé no Novo México, nos Estados Unidos, uma das Novas Mecas da revolução tecnológica. E as formigas originam a realização de conferências anuais (as "Ants"), onde para além de Vitorino, já começaram a ir mais portugueses com artigos científicos, como Carlos Silva, da Siemens, e João Sousa, também do IST.

Desenrascanço computacional

A atracção pela inteligência colectiva das laboriosas formigas tem a sua razão de ser para os homens da computação. «Estes modelos têm uma vantagem - evitam-nos raciocinar em como o sistema deve pensar face a cada nova surpresa. Prefiro que o sistema por si só se vá 'desenrascando' e dele vá emergindo a solução», refere Vitorino Ramos., que se enamorou pelo que se chama de computação evolutiva num passeio a pé por Paris com o seu orientador de tese.

«Estes modelos têm uma vantagem - evitam-nos raciocinar em como o sistema deve pensar face a cada nova surpresa. Prefiro que o sistema por si só se vá 'desenrascando' e dele vá emergindo a solução»

Os formigueiros têm uma característica de alto valor acrescentado - são sistemas auto-organizados, possuem a tal capacidade de improviso face a novas situações. «O padrão de comportamento emerge exclusivamente pela intersecção e sinergia dos comportamentos dos protagonistas, que dispõem de informação local sem qualquer tipo de conhecimento do padrão global final», explica o português amante de turismo radical, que já foi de moto ao Himalaia e andou a pé na Gronelândia.

Não se trata da «formiga duplicada»

Há, contudo, um pequeno segredo nos formigueiros que serve de farol de orientação - a feromona depositada, ou seja, diz Vitorino, «um meio de comunicação indirecta que se estabelece entre as partes de um sistema através de sinais indirectos». A esta propriedade chamou-lhe de "estigmergia", e com ela está a desenvolver modelos de formigueiros artificiais, como a "bola" que já apresentou na Bienal da Utopia em Cascais. Daí que ache que «a computação tem de evoluir dos números (como no passado) e das palavras (como começa a acontecer hoje) para os estímulos». Juan Merelo acha inclusive que há «uma clara janela de oportunidade para esta abordagem» num momento em que «a convergência na área das ciências e a integração de paradigmas distintos» está em alta.

Mas não se trata de "clonar" a inteligência colectiva dos formigueiros, como outrora se pensou em "duplicar" a inteligência humana. «Não se trata de imitar, pois pode-se perder um dos detalhes. Trata-se de usar a Natureza como fonte de inspiração. Os algoritmos que criamos são em parte imitação de sistemas vivos, mas também algo de totalmente diferente», sublinha Juan Merelo, que tem por "aficiones" os jogos de estratégia e ler ciência-ficção e "thrillers". Ele próprio escreve ficção - um dos relatos em hipertexto é sobre as guerras do futuro - e histórias policiais (como "O Filho da Noite") que coloca no seu sítio na Web ou em "fanzines".

O negócio emergente

Estas investigações não são brincadeiras académicas que provoquem riso aos ignorantes desconfiados, nem mera produção científica para progressão na carreira. As suas aplicações empresariais já surgiram há algum tempo e abriram uma nova área de oportunidade.

O truque é a criação de "mapas cognitivos" que permitem um novo tipo de classificação dos dados e a emergência de uma resposta inteligente às nossas perguntas ou pesquisas que não foi previamente programada pela mão do informático.

Uma das aplicações curiosas foi o lançamento de um laboratório europeu para a caracterização de rochas ornamentais que saiu de um projecto denominado COSS em que estiveram envolvidos Vitorino, Juan e uma equipa de Bolonha. «O sistema distingiu granitos portugueses de outros vendidos como tal, detectando diferenças que muitos peritos não conseguem», explica Vitorino Ramos. Juan Merelo já aplicou algoritmos genéticos a jogos, tendo escrito o primeiro do género para o Mastermind. Ele acha que a área do entretenimento é uma das áreas de grande aplicação a curto prazo.

O truque é a criação de "mapas cognitivos" que permitem um novo tipo de classificação dos dados e a emergência de uma resposta inteligente às nossas perguntas ou pesquisas que não foi previamente programada pela mão do informático.

Outras aplicações já em curso destinam-se a ambientes "caóticos", como a dinâmica de compra e venda de títulos em bolsa, a análise de perfis de clientes na banca e na distribuição, a gestão do "routing" nas chamadas telefónicas, todo o tipo de gestão de rotas e de engarrafamentos de trânsito ou de comportamentos caóticos de pessoas em espaços comerciais ou turísticos, à saída de jogos de futebol, ou no metropolitano. Tudo o que seja "datamining" ou procura de imagens e conteúdos está, também, sob a mira destas aplicações bio-inspiradas nas formigas. Inclusive modelos de previsão de poluição estão já a ser criados com base nesta inteligência.

A «BOLA» DE VITORINO NO ATELIER DE LEONEL MOURA EM CASCAIS (PORTUGAL)

A "bola" de Vitorino Ramos é a materialização de um mapa cognitivo de um "formigueiro" artificial. É feita em fatias de vidro acrílico cortado em CAD/CAM. Pesa mais de 200 quilos e tem um diâmetro de 70 centímetros, parecendo um bloco de gelo. Apesar de ter sido apresentada pela primeira vez na Bienal da Utopia de Cascais, no ano passado, e de continuar no "atelier" de Leonel Moura, não é obra de artista humano. É o produto em computador de milhares de "formigas" artificiais que agem baseadas no comportamento colectivo inteligente de formigas reais. Os modelos em "formigueiro" são uma aplicação da "inteligência de enxames", uma das áreas de vanguarda de uma nova disciplina designada por vida artificial, e que sucedeu à inteligência artificial.



ENTREVISTA CON JUAN MERELO (en castellano)

Como llegou à la creación de GeNeura? Y porquéGranada?

Um, es una historia muy larga. Al principio, yo era un profesor no permanente y no doctor en la Universidad, y empecé a trabajar en simulación de sistemas vivientes; por la novedad del tema, hubo una serie de gente que, desinteresadamente, empezaron a trabajar conmigo; generalmente eran alumnos o amigos de alumnos. Como para la simulación usábamos algoritmos genéticos y redes neuronales, usamos el nombre de GeNeura; además, eso nos diferenciaba y daba identidad propia dentro del departamento. Granada era donde todos estudiábamos y/o trabajábamos. El principio era muy diferente a como estamos ahora: había mucho entusiasmo, muchas ideas, y poco trabajo real (trabajos publicados en congresos), hicimos MbitiWorld, pero poco más. Ahora ya estamos más integrados en la dinámica de la Universidad y del resto del departamento, publicamos más, y quizás tenemos menos ideas, pero mejor encaminadas.

Porque bautizou el centro de GeNeura?

No es un centro, es un grupo que me tiene a mí más o menos como coordinador. Lo he explicado antes Gen = Genéticos, Neura = neuronales; los algoritmos genéticos y las redes neuronales son lo que nos definan.

«La naturaleza y la inteligencia humana son una gran fuente de inspiración, pero la imitación no es siempre la mejor forma de seguir avanzando, porque se puede perder uno en los detalles»

Si hablamos de investigación, lo que es más importante y portador de futuro: el camiño de la inteligencia artificial o el de la vida artificial?

Ninguno de los dos, porque las dos combinaciones de palabras son contradictorias. Será simplemente un camino en el cual se usen algoritmos que son en parte imitación de sistemas vivientes, y en parte algo totalmente diferente, como la lógica fuzzy o la investigación basada en ontologías. La naturaleza y la inteligencia humana son una gran fuente de inspiración, pero la imitación no es siempre la mejor forma de seguir avanzando, porque se puede perder uno en los detalles.

Ainda sobre investigación: lo que es más importante, el desarrollo de espaldas de las diversas vias de investigación, o una "convergencia"? Lo que podrémos esperar de la nueva "convergencia" y integración de paradigmas en que está trabajando?

En las ciencias se da periódicamente periodos de convergencia y divergencia; ahora parece que toca convergencia, pero luego, según se vayan encontrando nuevos detalles en cada ciencia, se volverá a divergir. De la integración actual cabe esperar formas mejores de resolver ciertos problemas, sobre todo, formas mejores de entender información generada por los humanos por parte de las máquinas, formas mejores de simular el comportamiento de los seres vivos, y una mejor comprensión de las fuerzas de la Naturaleza, de lo más grande (el Universo) a lo más pequeño (las células).

Que aplicaciones comerciales y empresariales son más probables de la investigación que hay desarrollado?

La principal aplicación es a la industria del entretenimiento y a la generación de contenidos; la vida artificial ha tenido como principal aplicación la generación de personajes "life-like", y está siendo aplicada a prácticamente todos los juegos de ordenador; a partir de ahí, las aplicaciones en ingeniería son importantes, como por ejemplo, la mejora de los motores de automóvil de forma que minimicen simultáneamente las emisiones y maximicen la potencia. En cuanto al entendimiento entre máquinas y seres humanos, se tiende hacia "interfaces adaptativos", de forma que una máquina o programa pueda entender lo que dice otra, sin necesidad de haberse visto antes; este mismo tipo de técnicas se podrán usar para programas y sistemas operativos que sean capaces de evitar intrusiones, y sean capaces de arreglarse a sí mismos.

Como recuerda su pasaje por Santa Fe? Qual fué la contribución de Swarm.org?

Estuve dos veces, en el verano de 1995 y en febrero de 1997; en ambas ocasiones estuve trabajando sobre parte de Swarm que trataba de simular los algoritmos genéticos y las redes neuronales; esas librerías forman parte ahora de la distribución principal, y hay otras personas que trabajan con ellas. Ahí estuve trabajando con los principales desarrolladores de Swarm, especialmente Chris Langton. Lo recuerdo como una época muy fructífera, donde la interacción con todo el mundo, procedente de diferentes campos, era muy abierta; en la "Swarm room", la habitación donde trabajábamos, venía gente muy diferente casi todas las semanas: escritores, arquitectos, filósofos, militares... aprendí muchísimo de todos ellos, y es algo que deja huella, como ser boy scout.

«Seguiremos trabajando en la aplicación de algoritmos de hormigas a problemas de agrupamiento y clasificación de datos, especialmente datos en la Internet, y también otro tipo de aplicaciones de los algoritmos evolutivos»

Como esta desarrollando su colaboración con Portugal? Y que nuevas etapas podrá desarrollar en el futuro?

Vitorino Ramos y yo seguiremos trabajando en la aplicación de algoritmos de hormigas a problemas de agrupamiento y clasificación de datos, especialmente datos en la Internet, y también otro tipo de aplicaciones de los algoritmos evolutivos. Y espero colaborar en que termine su tesis doctoral.

Puede explicar las investigaciones en la inteligencia de las colmenas y de los hormigueros? Que aplicaciones podremos tener desta "swarm intelligence"?

Es un modo de aplicar a problemas de diferente tipo: programación de grupos de robots, simulación de colectivos (por ejemplo, el tráfico en la ciudad o el tráfico de personas en el metro) y problemas de agrupamiento y clasificación usando algoritmos inspirados en el funcionamiento de los hormigueros; para ello, se usan una serie de "agentes", que convencionalmente se llaman hormigas, que realizan tareas basándose en su estado interno y lo que tienen inmediatamente delante. No hay interacción entre las hormigas, sino sólo a través del entorno, en lo que se ha llamado "stigmergia". A base de eso, las hormigas realizan diferentes tareas, como defensa, agrupamiento de crías, pulgones y cadáveres, y construcciones, que se tratan de estudiar para su aprovechamiento para resolución de diferentes problemas. En todo caso, Vitorino es mucho más experto en el tema que yo.

«Se pasará de la actual web basada en textos a una web "sintáctica", basada en servicios, donde los ordenadores se podrán entender unos con otros, hasta llegar a una web "semántica", en la que los ordenadores comprenderán además lo que se están diciendo, serán capaces de razonar, y situar lo que hagan en un contexto»

Como comenta el proyecto de Tim Berners-lee para una Web semántica?

Me parece que, simplemente, es el futuro de la Web; se pasará de la actual web basada en textos a una web "sintáctica", basada en servicios, donde los ordenadores se podrán entender unos con otros, hasta llegar a una web "semántica", en la que los ordenadores comprenderán además lo que se están diciendo, serán capaces de razonar, y situar lo que hagan en un contexto. Todavía está unos 5-10 años lejos, pero se está invirtiendo mucho dinero por parte de la comisión europea, los EEUU y los diferentes gobiernos nacionales. A nivel de usuario, este tipo de cosas serán transparentes, simplemente se darán cuenta que es más fácil hacer todo tipo de cosas en Internet; encontrar, por ejemplo, viajes, y, además, se integrará la internet de forma más fácil dentro de las aplicaciones de oficina normales, como las hojas de cálculo y los procesadores de textos; una persona, sentada en su ordenador, usará un simple procesador de textos, pero este procesador de textos tendrá el poder de toda la internet completa tras de él.

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