Avanços da computação trazem descobertas em outras áreas da ciência e reconfiguram a vida em sociedade

Tema foi debatido em seminário on-line organizado pela Aciesp para apresentar o quinto capítulo do livro FAPESP 60 Anos: A Ciência no Desenvolvimento Nacional

Maria Fernanda Ziegler | Agência FAPESP – Dois prêmios Nobel concedidos este ano estão diretamente ligados a avanços nas pesquisas em computação. O de Física foi para três cientistas que desenvolveram estudos em mecânica quântica, favorecendo o desenvolvimento da computação quântica. E o Nobel de Medicina foi para o geneticista sueco Svante Pääbo, que criou formas de recuperar, sequenciar e analisar o material genético de hominídeos arcaicos. O feito levou a um novo entendimento sobre a evolução humana, indicando, por exemplo, que Neandertais, Homo sapiens e o homem de Denisova conviveram por milhares de anos e, inclusive, cruzaram entre si.

“Foi uma descoberta maravilhosa e também um exemplo de como a computação, a engenharia e a bioinformática podem desencadear novos conhecimentos. O rascunho do genoma humano foi publicado no ano 2000 e o do Neandertal em 2009. Com isso, foi possível comparar as sequências de letrinhas [correspondentes aos nucleotídeos que formam o DNA] com mais de 3,2 bilhões de bases nitrogenadas cada. Mas só se compara um volume assim tão grande de dados com a bioinformática, a engenharia e a computação”, explicou Helder Nakaya, pesquisador do Hospital Israelita Albert Einstein, da Plataforma Científica Pasteur-USP, do Instituto Todos pela Saúde e do Centro de Pesquisa em Doenças Inflamatórias (CRID) da Universidade de São Paulo (USP) – um Centro de Pesquisa, Inovação e Difusão (CEPID) financiado pela FAPESP.

A análise de Nakaya foi feita durante o seminário on-line “Computação: Ciência, Engenharia e Arte”, promovido pela Academia de Ciências do Estado de São Paulo (Aciesp) no dia 5 de outubro para apresentar e discutir o quinto capítulo do livro FAPESP 60 Anos: A Ciência no Desenvolvimento Nacional.

“O genoma humano levou 14 anos para ser sequenciado e teve um investimento de US$ 2,7 bilhões. Hoje é possível fazer o mesmo em cinco horas e por apenas US$ 1 mil. Além de menor custo e maior rapidez, essa evolução permitiu que chegássemos ao ponto em que estamos agora na engenharia molecular: identificar a coordenada espacial de cada uma das células que formam um tecido humano, extrair o RNA – que mede a atividade dos genes – e comparar o perfil de expressão de cada uma dessas células individualmente. Temos feito isso para investigar o câncer e correlacionar, por exemplo, com efeitos do sono”, afirmou o pesquisador

O feito que rendeu o Nobel de Medicina, segundo Nakaya, é apenas um dos exemplos do quanto a computação tem impactado a vida das pessoas, reconfigurando o comportamento social e cultural, bem como impulsionando novas descobertas em diferentes áreas da ciência.

É o caso de programas que permitiram visualizar geograficamente o avanço da pandemia de COVID-19 em todo o mundo, ou de projetos que visam desenvolver soluções com internet das coisas para a segurança pública por meio de identificação e notificação de situações de risco e ações criminosas, ou ainda do desenvolvimento de sensores inteligentes para a chamada agricultura de precisão.

Dados, algoritmos e hardware

O quinto capítulo do livro FAPESP 60 Anos: A Ciência no Desenvolvimento Nacional explora a interação entre dados, algoritmos e hardware, em um ciclo virtuoso que influencia e é influenciado pelas pessoas. Os autores explicam que a execução de algoritmos usando dados gera novos dados; a análise de dados induz à criação de modelos e de novos algoritmos; e dados e algoritmos são usados para criar especificações executáveis de hardware e este, por sua vez, é necessário para a execução dos algoritmos em um ciclo em constante evolução.

Outro ponto discutido no capítulo são os novos desafios envolvendo questões éticas do uso inadequado de dados e algoritmos – o que pode trazer consequências sociais e econômicas.

“A computação permeia e influencia as nossas vidas e todos os domínios do conhecimento. Mas, ao mesmo tempo que dispositivos, algoritmos e dados influenciam nossas vidas, nós também influenciamos o desenvolvimento e o futuro da computação. A cada nova descoberta essa interação virtuosa faz avançar o conhecimento que temos sobre nós mesmos e sobre o mundo que nos cerca”, disse Claudia Bauzer Medeiros, professora do Instituto de Computação da Universidade Estadual de Campinas (Unicamp) e membro da coordenação do Programa FAPESP de Pesquisa em eScience e Data Science (eScience).

“Computação é ciência e engenharia, mas também exige arte para o desenvolvimento de algoritmos, dados e hardware”, afirmou a pesquisadora, contextualizando o título do capítulo.

Os pesquisadores destacaram que, além das questões científicas e tecnológicas, os impactos dos avanços da computação são também humanos, sociais e econômicos. Tanto é assim que o mundo hoje está permeado por dados gerados pelos vários dispositivos que temos disponíveis ou pelas pessoas.

Não por acaso, muitos termos que antes eram restritos à computação, como big data, internet das coisas, inteligência artificial (IA) e aprendizado de máquina (uma subárea da IA), passaram a fazer parte do vocabulário de várias pessoas. O capítulo ressalta, no entanto, que o uso cotidiano desses termos tem, muitas vezes, levado a visões equivocadas de seus significados. Nesse sentido, um dos objetivos do texto foi o de desmistificar esses conceitos, esclarecendo definições e usos.

“Ao mesmo tempo que a pesquisa em computação acelera e permite estudos em outras áreas, novas descobertas em outros domínios também contribuem para o avanço da pesquisa e o desenvolvimento da computação. Cria-se um ciclo virtuoso. A FAPESP sempre reconheceu isso, desde o início, financiando os primeiros computadores do Brasil, até hoje, com os Centros de Pesquisa em Engenharia e o Programa e-Science ”, afirmou Medeiros.

No livro, os pesquisadores indicam que muitos dos produtos e serviços que utilizam modelos gerados por algoritmos de aprendizado de máquina têm como objetivo principal a melhoria da qualidade de vida das pessoas, além da melhor preservação, recuperação e redução de riscos à fauna e à flora, dando origem a ambientes inteligentes e sustentáveis.

“Muito do que tem sido feito atualmente tem uma sobreposição muito forte com ciência de dados e big data. Exemplos dessa sobreposição são a inteligência artificial e o aprendizado de máquina. Enquanto a inteligência artificial pode ser vista como a ciência e a engenharia de fazer máquinas inteligentes, o aprendizado de máquina investiga como os computadores podem aprender a resolver problemas por meio de experiências passadas”, disse André de Carvalho, professor do Instituto de Ciências Matemáticas e de Computação da Universidade de São Paulo (ICMC-USP).

Carvalho apresentou o projeto do Centro de Pesquisa Aplicada em Inteligência Artificial Recriando Ambientes (CPA-Iara), coordenado por ele, um dos seis Centros de Inteligência Artificial selecionados em chamada lançada em conjunto pelo Ministério da Ciência, Tecnologia e Inovações (MCTI), o Comitê Gestor da Internet (CGI.br) e a FAPESP (leia mais em: agencia.fapesp.br/35787).

“O objetivo do Iara é estimular a criação de cidades inclusivas e sustentáveis, funcionando como uma rede formada por pesquisadores de todas as regiões do Brasil”, disse.

Carvalho contou que o projeto visa implementar soluções nas áreas de saúde, meio ambiente, educação e mobilidade, começando pela cidade paraense de Canaã dos Carajás. “É uma cidade que cresceu muito rapidamente nos últimos dez anos e, com isso, sofre com todos os problemas relacionados à necessidade de prover rapidamente a infraestrutura e os serviços necessários. Pensando no seu futuro, a cidade resolveu investir parte dos royalties da mineração no desenvolvimento sustentável”, explicou.

Guarapuava, no Paraná, é outra cidade que participa do projeto. Lá está sendo criado o Vale do Genoma. A equipe do Iara participa do planejamento e da implantação de soluções em medicina de precisão, tornando a cidade um laboratório de pesquisas na área da saúde. “Para isso, vamos monitorar por 15 anos 5 mil pessoas da cidade, com a meta de criar modelos para predizer o surgimento de doenças raras e complexas”, contou. Carvalho também discutiu os aspectos éticos da inteligência artificial responsável, um assunto cada vez mais importante devido aos avanços da inteligência artificial.

“O papel da computação na saúde e na agricultura deve ser enfatizado, pois permite avanços no atendimento às pessoas e pode aumentar a qualidade e a quantidade da produção de alimentos”, ressaltou João Marcos Travassos Romano, pró-reitor de Pesquisa da Unicamp e coordenador do Brazilian Institute of Data Science (BIOS), um dos Centros de Pesquisa em Engenharia da FAPESP apoiado por meio do convênio com o MCTI.

Romano também destacou o papel da computação no apoio à tomada de decisão e os avanços nas pesquisas em processamento de sinais, essenciais ao funcionamento de hardware e algoritmos, bem como ao armazenamento de dados.

A evolução no desenvolvimento e os novos tipos de hardware foram apresentados por Marcelo Knorich Zuffo, professor da Escola Politécnica da USP e coordenador do Centro Interdisciplinar em Tecnologias Interativas (Citi). “A computação vem evoluindo em ciclos interativos cada vez mais velozes entre dados, algoritmos e hardware, em que a lei de Moore continua valendo desde 1965”, explicou. “Esta lei é uma constatação empírica de que a complexidade da eletrônica e, portanto, do hardware dobra a cada 18 meses”, afirmou.

Zuffo enfatizou como a proliferação de novos dispositivos está levando a avanços antes não imaginados, permitindo o processamento de grandes volumes de dados por meio dos novos algoritmos, fechando assim o ciclo virtuoso dados-algoritmos-hardware. Ele mostrou, ainda, como suas pesquisas sobre hardware e dispositivos estão contribuindo para o Projeto Tamar e a preservação de tartarugas marinhas.

O quinto capítulo do capítulo do livro FAPESP 60 Anos: A Ciência no Desenvolvimento Nacional foi organizado por Medeiros e escrito em parceria com Nakaya, Virgilio Almeida (Universidade Federal de Minas Gerais), Zuffo, Carvalho e Romano.

Também participaram do seminário on-line Ronaldo Pilli, vice-presidente do Conselho Superior da FAPESP; Vanderlan Bolzani, presidente da Aciesp; e Adriano Andricopulo, diretor-executivo da Aciesp.

A íntegra do evento pode ser conferida em: www.youtube.com/watch?v=c-FF9afZ2vY.