Robôs com capacidade de reconhecer objetos, tomar decisões sozinhos e transmitir conhecimento. Parece coisa de cinema, mas não é. O grupo de Computação Bioinspirada (BioCom) do Instituto de Ciências Matemáticas e de Computação (ICMC) da Universidade de São Paulo (USP) estuda e realiza esse tipo de projeto. A chamada computação bioinspirada, que dá nome ao laboratório, propõe e aperfeiçoa técnicas computacionais com base em sistemas biológicos. "Nos inspiramos não só no ser humano e nos animais para fazer nossas pesquisas, como também em suas estruturas biológicas e sua organização social", conta o professor Rodrigo Mello, um dos membros do laboratório, que também atua em áreas como estudo do caos e dinâmica de redes de relacionamento.

Uma pesquisa de destaque do BioCom é sobre o aprendizado de máquinas. Com esse estudo, é possível criar robôs capazes de reconhecer objetos após entrarem em contato com eles pela primeira vez. "Por exemplo, construímos robôs com sensores em suas extremidades capazes de detectar os obstáculos em uma sala. Uma vez notada esses obstáculos, o robô mapeia o espaço, cria rotas e ainda é capaz de transmitir essas informações para outros robôs. O processo é similar ao das formigas", explica o professor Mello.

Ainda nessa linha, o laboratório está desenvolvendo uma cabeça robótica capaz de reconhecer frutas. "Apresentamos ao robô uma fruta, ele olha a forma, a textura e guarda a informação. Quanto mais informação ele tem, mais chances de reconhecer a fruta ele terá. É o mesmo processo de educação de uma criança", explica o professor.

Mundo pequeno

O laboratório ainda estuda as redes complexas que permitem modelar, por exemplo, a internet, os sistemas de telecomunicações, redes de energia elétrica, redes sociais, redes de tráfego (de qualquer natureza) e redes biológicas (como de proteínas). "Este tópico de pesquisa tem como objetivo analisar falhas em cascata e os métodos de proteção em redes como essas; e analisar seus congestionamentos de tráfego para resolvê-los e otimizá-los. Essa técnica pode ser aplicada tanto em redes de computadores como em fluxo de veículos, por exemplo".

"Há uma teoria que diz que podemos chegar a qualquer lugar em até seis passos. Por exemplo, nas relações humanas, podemos chegar a qualquer pessoa através de um conhecido que conhece um outro, que conhece mais um e assim por diante", explica o professor. "Essa lógica, que pode ser vista no [site de relacionamentos] Orkut, por exemplo, pode ser aplicada para pensarmos não só redes de relacionamento, mas em qualquer outra. Se entendermos essas redes, podemos resolver os problemas que nelas podem aparecer. A técnica poderia ser aplicada em um estudo do trânsito de São Paulo, que é uma rede de tráfego", explica Mello.

Para fazer isso é necessário agrupar todos os tipos de informação de acordo com suas similaridades. A partir desse agrupamento fica possível fazer a mineração de dados, que é encontrar as informações desejadas no meio de várias outras irrelevantes.

Já as redes neurais caóticas são fenômenos comuns em sistemas dinâmicos não lineares, aqueles em que não há previsão do que vai ocorrer, como as atividades do cérebro humano e animal. "Os estudos dessas redes têm como objetivo desenvolver modelos matemáticos que reconheçam padrões mesmo dentro de sistemas caóticos", explica Mello. "Para entender as redes neurais caóticas é preciso aplicar a teoria do caos e a partir dela modelar tais relações". O vírus da Aids, por exemplo, muda sua combinação genética de forma dinâmica e não linear, o que torna impossível sua eliminação pelo sistema imunológico. "Há pesquisadores no mundo tentando aplicar a teoria do caos para descobrir a lógica das mudanças genéticas do HIV, para tentar descobrir uma cura", comenta Mello.

O BioCom desenvolve ainda a computação autônoma, que consiste na aplicação de inteligência em sistemas. As pesquisas dessa área têm como objetivo desenvolver máquinas ou computadores que sejam capazes de se auto-protegerem, otimizarem, configurarem e imunizarem de problemas de origem externa a eles. "Na prática, esse conhecimento pode ainda ser aplicado em aviões, aquecimento de caldeiras e falhas em transações bancárias, por exemplo", explica o professor Mello.

Interligação

Todas as linhas de pesquisa do laboratório estão interligadas. O aprendizado de máquinas, por exemplo, não está somente relacionado a robôs. Pode ser aplicada a um computador programado para reconhecer materiais microbiológicos, como o DNA. Para isso, o computador agrupa dados biológicos e os classifica. Com isso, é possível, além de fazer o reconhecimento de paternidade, realizar a comparação entre espécies de animais. "Outra aplicação é na medicina. Se descobrirmos através do reconhecimento do DNA, o que causa determinadas doenças, poderemos saber quem tem tendência a ter quais tipos de problemas", conta o professor Mello.

De forma geral, todas as pesquisas trabalham com a compreensão de informações conhecidas no passado, interpretação lógica desses dados e criação de um modelo matemático capaz de expressá-las. "Nessa lógica, quanto mais informações o computador tem como referência, maior são suas chances de acertar", explica Mello.

O grupo de Computação Bioinspirada do ICMC é formado por docentes, pós-doutores e alunos de doutorado, mestrado e graduação, com projetos aprovados pelas principais agências de fomento do País. O grupo possui cooperações com empresas e grupos de pesquisa no Brasil e no Exterior (Alemanha, Austrália, Canadá, Estados Unidos, Inglaterra, Portugal e Nova Zelândia). Algumas pesquisas realizadas pelo grupo já foram premiadas em eventos nacionais e internacionais.

(Por Leonardo Leomil, especial para USP online, 04/08/2008)