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Pesquisa de inteligência artificial é premiada

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Estudo desenvolvido na área em que o computador incorpora e usa conhecimentos previamente adquiridos está entre os projetos agraciados pela programa de Bolsas de Pesquisa Google para a América Latina

A dupla de pesquisadores Anna Reali e Ruben Glatt, da Escola Politécnica da Universidade de São Paulo (Poli-USP), está entre os 12 premiados pelo programa de Bolsas de Pesquisa do Google para a América Latina. Lançado em junho de 2015, o concurso da multinacional norte-americana da área de tecnologia laureou trabalhos científicos de pós-graduação em setores avançados e afins aos serviços prestados pela empresa (ver boxe).

Orientada pela professora Anna, a pesquisa premiada na área de “Aprendizagem por reforço aprofundada” é a tese de doutoramento de Glatt. O trabalho, na linha de inteligência artificial, usa a chamada Deep Reinforcement Learning (DRL), para “ensinar” máquinas e robôs a tomar decisões como se fossem humanos, considerando, a cada novo desafio, os conhecimentos anteriormente adquiridos.

Aprendizagem

“O conceito é o de programar um sistema para que ele aprenda a aprender, do mesmo modo que faz o cérebro de uma criança. Por exemplo, para deixar de engatinhar e começar a andar, o bebê precisa desenvolver o equilíbrio e a coordenação motora, entre outras habilidades”, explica Anna. “O conhecimento prévio adquirido será usado mais tarde, para que aprenda a nadar, andar de bicicleta ou a cavalo, etc.”, complementa.

Com a máquina, a estratégia “pedagógica” adotada é parecida: esgotar, por meio de tentativa e erro, todas as possibilidades de resolução de um problema até encontrar a solução mais eficiente e indicada a cada necessidade. Na pesquisa da Poli-USP, jogos antigos de videogame são uma das ferramentas usadas no processo de aprendizagem dos algoritmos usados na computação.

O conhecimento adquirido no aprendizado da melhor solução de um problema será, então, usado para acelerar o aprendizado da solução de um novo problema, usando a técnica de transferência do conhecimento.

Baú de games

Uma das ferramentas usadas na pesquisa da Poli-USP é um software (emulador) que roda títulos do Atari 2600, console lançado em 1977, e um dos ancestrais dos atuais PlayStation, Xbox e Nintendo. Um deles é o Breakout, game de plataforma bidimensional com um único objetivo: rebater, com o cursor, uma bolinha para o alto, sem deixá-la cair, e destruir no topo da tela um conjunto de fileiras de tijolos.

“Como uma pessoa, a máquina é capaz de aprender com os erros cometidos em cada partida disputada – e os transformar em novas informações para a base de dados”, explica Glatt. Ele observa que a capacidade de processamento de informações da máquina é muito superior à do ser humano. Por isso, antes da tomada de decisão para a partida seguinte, ela analisa todas as opções testadas e consegue identificar no conjunto de informações a estratégia mais eficiente para resolver um problema.

Algoritmos

A experiência de Deep Reinforcement Learning com o jogo Breakout pode ser conferida on-line em um vídeo sobre artigo publicado no site da revista científica britânica Nature (ver serviço). Após 600 partidas disputadas, o conjunto de algoritmos sabe qual é a melhor opção, ou seja, mirar a bolinha de modo a abrir uma fenda em qualquer uma das duas pontas da linha de tijolos – e, nas rebatidas seguintes, direcioná-la para o buraco aberto e destruir as fileiras superiores.

O objetivo da pesquisa, explica Glatt, é fazer a máquina aprender a vencer qualquer jogo, considerando as habilidades exigidas para cumprir os objetivos propostos em cada título, além de tornar essa transferência de conhecimento mais eficaz, sem precisar reprogramar o conjunto de algoritmos após a inclusão de um novo título e aprender mais rapidamente a vencer no novo game.

O desafio atual, informa o pesquisador, cujo doutorado tem término previsto para o final de 2018, é aprofundar na pesquisa o chamado Deep Learning, a capacidade da máquina para extrair e absorver diversos níveis de representações diretamente dos dados.

Criatividade e dedicação recompensadas

Para avaliar os trabalhos, o Google constituiu comissão julgadora formada por 15 engenheiros com experiência em pós-graduação. Como critérios de julgamento foram considerados três quesitos: impacto, originalidade e qualidade.

O nome dos 12 vencedores foi divulgado no dia 24 de setembro, no blog da empresa (ver serviço). O prêmio é uma bolsa anual, com parcelas mensais de US$ 1,2 mil para cada aluno de doutorado vencedor e de US$ 750 para o seu professor orientador.

Foram premiados dois centros de pesquisa do México, um do Chile e um da Colômbia. O Brasil teve oito projetos contemplados, dos quais cinco de instituições públicas de ensino superior mantidas pelo Estado de São Paulo: um da Universidade Estadual de Campinas (Unicamp) e quatro da Universidade de São Paulo (USP). Além do trabalho da dupla premiada da Poli, os outros três são do Instituto de Ciências Matemáticas e de Computação (ICMC), câmpus São Carlos.

“A inovação tecnológica está presente em todas as áreas do conhecimento. Os projetos vencedores mostram a importância da pesquisa para resolver problemas reais e cotidianos da sociedade”, observa Berthier Ribeiro-Neto, diretor de engenharia do Google América Latina.

Serviço

Laboratório de Técnicas Inteligentes da Poli/USP
Vídeo da Nature
Os 12 projetos selecionados pelo Google

Rogério Mascia Silveira
Imprensa Oficial – Conteúdo Editorial

Reportagem publicada originalmente na página II do Poder Executivo I e II do Diário Oficial do Estado de SP do dia 08/10/2015. (PDF)

Google premia projetos brasileiros de inovação tecnológica

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Programa de pesquisa da empresa norte-americana concedeu bolsas para 12 trabalhos acadêmicos; Brasil teve oito projetos contemplados, sendo quatro da USP e um da Unicamp

Lançado em 2015, o programa de Bolsas de Pesquisa do Google para a América Latina tem por proposta identificar e apoiar trabalhos acadêmicos em áreas de tecnologia ligadas aos serviços prestados pela multinacional norte-americana. A empresa divulgou, em seu blog (ver serviço), no dia 24, a lista com os 12 projetos premiados.

Dos oito projetos científicos brasileiros classificados no concurso, cinco são de instituições públicas de ensino superior mantidas pelo Estado de São Paulo. Um deles é da Universidade Estadual de Campinas (Unicamp); quatro da Universidade de São Paulo (USP), dos quais três do Instituto de Ciências Matemáticas e de Computação (ICMC), de São Carlos, e um da Escola Politécnica, da capital.

Julgamento

Para avaliar os trabalhos, o Google constituiu uma comissão julgadora formada por 15 engenheiros com experiência em pós-graduação. Como critérios de julgamento foram considerados três quesitos: impacto, originalidade e qualidade. Os 12 vencedores representaram menos de 5% do total de inscritos; e os premiados receberão, durante um ano, bolsa mensal de US$ 1,2 mil. Os professores-orientadores dos projetos também serão contemplados com bolsa anual de US$ 750.

“A inovação tecnológica está presente em todas as áreas do conhecimento. Os projetos vencedores mostram a importância da pesquisa para resolver problemas reais e cotidianos da sociedade”, observa Berthier Ribeiro-Neto, diretor de engenharia do Google América Latina.

Novos algoritmos

A área de aprendizado de máquina teve dois projetos vencedores com estudos de algoritmos, que se trata de uma sequência linear de etapas para realizar uma tarefa, que podem ser executadas por um computador, robô ou ser humano. Cada algoritmo apresenta instruções claras, com um tempo específico e um esforço predeterminado para a resolução de cada etapa.

O projeto Aprendizado de máquina sobre dados cifrados utilizando criptografia homomórfica, de autoria do pesquisador Diego Aranha, foi o vencedor da Unicamp. Esse trabalho acadêmico pretende aprimorar versões de dois algoritmos de amplo uso: a Análise de Componente Principal (Principal Component Analysis – PCA) e o KNearest Neighbors (K-NN).

O trabalho Melhorando a aprendizagem por reforço aprofundada por meio da transferência de conhecimento, da professora Anna Costa, da Escola Politécnica da USP, na zona oeste da capital, também foi premiado. A finalidade desse projeto é melhorar o desempenho de agentes em Aprendizagem por Reforço Aprofundada (Deep Reinforcement Learning – DRL) com o uso de abstrações, generalizações e Transferência de Conhecimento (Transfer Learning – TL).

Alzheimer

O Instituto de Ciências Matemáticas e de Computação (ICMC) da USP São Carlos liderou a classificação acadêmica com mais projetos premiados. O primeiro deles é da pesquisadora do Núcleo Interinstitucional de Linguística Computacional (NILC), Sandra Aluísio, e tem o título de ANAA – Dementia: Aplicação de testes neuropsicológicos automatizados para acompanhamento de cidadãos brasileiros durante o percurso de uma vida.

A proposta é criar um avaliador neuropsicológico pessoal automatizado e acessível pela internet ou por dispositivos mó veis, para detectar demências, tais como o comprometimento cognitivo leve (CCL). Esse indicador é considerado o estágio pré-clínico do mal de Alzheimer, em que a doença ainda é reversível.

“Diagnosticar o Alzheimer é um desafio médico em todo o mundo”, comenta Sandra. A confirmação do quadro vem após vários exames, cujo objetivo é também identificar as áreas cerebrais afetadas pela doença, incluindo memória, orientação, linguagem e resolução de problemas.

“É comum o profissional da área da saúde contar uma história para o paciente e pedir para ele recontá-la duas vezes. A primeira, tão logo ele termina de ouvi-la e, a outra, após um período maior de tempo. A principal dificuldade, nesse caso, é que essa tarefa é aplicada manualmente e depende da avaliação subjetiva de quem relatou a história”, afirma a professora.

“Propus um método computacional para automatizar e uniformizar a avaliação”, explica. O projeto terá colaboração da Faculdade de Medicina da USP e pretende identificar os primeiros sinais de CCL sem, contudo, substituir o trabalho de psicólogos e fonoaudiólogos.

Dengue

A dupla André Maletzke (doutorando) e Gustavo Batista (pesquisador), do Laboratório de Inteligência Computacional, do ICMC, há quatro anos estuda meios para diminuir a proliferação do Aedes aegypti, causador da dengue. A meta é definir os locais onde se concentram focos do mosquito nas cidades e intensificar as ações de combate.

O trabalho originou um sensor capaz de identificar, com precisão de 96,1%, as espécies e o sexo dos insetos. O dispositivo facilita o controle da proliferação dos mosquitos, considerando que apenas as fêmeas transmitem a doença. “Nosso objetivo agora é transformar a criação em uma armadilha inteligente, cujo preço para o consumidor não ultrapasse R$ 200”, diz Batista.

Tradução

Outra dupla do ICMC, Edilson Corrêa Júnior (doutorando) e Diego Amâncio (professor), está aprimorando novo método para tradução e classificação automática de textos na internet. “Nossa proposta é reduzir a ambiguidade e atenuar o problema recorrente de uma palavra ter mais de um sentido ou significado, fator que prejudica a qualidade da resposta oferecida pelo sistema”.

A técnica utilizada atualmente considera todo o conjunto de palavras vizinhas no mesmo parágrafo. “Nossa proposta é criar um meio complementar, capaz de também considerar todos os significados de um termo em toda a estrutura de um texto. Assim, o objetivo é melhorar a eficiência dos tradutores on-line, como o oferecido pelo Google”, esclarece o professor Diego.

Serviço

Os 12 projetos selecionados pelo Google

Rogério Mascia Silveira
Imprensa Oficial – Conteúdo Editorial

Denise Casatti
Instituto de Ciências Matemáticas e de Computação da USP São Carlos

Reportagem publicada originalmente na página III do Poder Executivo I e II do Diário Oficial do Estado de SP do dia 01/10/2015. (PDF)

Documento indica crescimento no uso de energias limpas em SP

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Balanço Energético 2015 mapeia consumo e origem da energia utilizada no Estado em 2014; publicação da Secretaria de Energia é referência em estudos de planejamento e preservação ambiental

Com o maior parque industrial da América Latina e população superior a 44 milhões de habitantes, o Estado de São Paulo consumiu 25,3% de toda a energia gerada no Brasil em 2014. A rede paulista de usinas hidrelétricas faz do Estado uma das regiões do planeta com mais produção de energia limpa – ao lado de outras fontes, gera 53% da energia utilizada internamente, sendo que 93% dessa produção “doméstica” vêm de fontes renováveis e sustentáveis.

Esses dados constam do Balanço Energético do Estado de São Paulo 2015, publicação anual da Secretaria da Energia lançada no dia 15. O levantamento tem 267 páginas, com versões em português e inglês, e está disponível para cópia ou consulta on-line no site da pasta (ver serviço).

O documento é destinado aos setores público e privado e é obra de referência em estudos de planejamento energético, busca de novas tecnologias, aumento de eficiência energética e preservação ambiental. O conjunto de números, tabelas e gráficos toma por base informações energéticas e socioeconômicas do território paulista relativas ao ano passado e faz comparações de números obtidos desde 2005. O estudo também traz séries históricas relacionadas ao tema energia, com acompanhamento iniciado em 1980.

Biomassa

Responsável pela publicação e assistente executivo da secretaria, o físico Reinaldo Almança destaca uma tendência gradual e progressiva no Estado de usar mais fontes limpas em substituição às poluentes, que trazem prejuízos à qualidade de vida da população. Como exemplo, cita o reaproveitamento da biomassa na cogeração de energia pelos setores sucroalcooleiro e de papel e celulose.

Biomassa é toda matéria-prima de origem animal ou vegetal com potencial para produzir combustíveis. No Estado, as usinas produtoras de açúcar e etanol queimam em seu próprio parque industrial a palha e o bagaço de cana restantes da produção para obter vapor e eletricidade. Na época da safra da cana, de abril a novembro, o reaproveitamento desses insumos torna a usina autossuficiente em eletricidade em regime permanente, 24 horas por dia, sete dias por semana – e os excedentes podem ser distribuídos para a rede elétrica.

A cadeia produtiva de papel e celulose obtém 65% da energia que utiliza por meio de biomassa, com a queima de duas matérias-primas decorrentes de seu processo industrial. A primeira é o cavaco de madeira (sobras de troncos, galhos e raízes de eucalipto e de outros vegetais usados na sua produção).

A segunda biomassa utilizada é a lixívia, também conhecida como licor negro. A substância tem potencial contaminante para o solo e a água e, quando não reaproveitada, requer descarte ambiental adequado. Usada no cozimento da madeira para extração da celulose, sua composição inclui hidróxido de sódio, material orgânico, chumbo, enxofre, hipoclorito de cálcio, sulfeto de sódio e outros metais utilizados na fabricação de papel.

Vento e sol

Almança comenta que o potencial hídrico paulista foi aproveitado em quase sua totalidade na construção de barragens e hidrelétricas. Atualmente, o recurso só poderia ser explorado pelas chamadas Pequenas Centrais Hidrelétricas (PCHs), que possuem potência e tamanho relativamente reduzidos. Para o futuro, aposta na iniciativa privada para explorar outras fontes renováveis e “verdes”, como a energia eólica e a energia solar.

Ele explica que, na maioria dos locais, a cem metros de altura do solo, a velocidade do vento é capaz de impulsionar os aerogeradores eólicos para transformar a força mecânica em eletricidade. “A meta futura é apostar e investir em novas tecnologias e projetos relacionados”, prevê.

Com relação à energia solar, os desafios são outros. Embora a oferta seja abundante em diversas regiões do Estado e do País, a eficiência energética obtida ainda é baixa, de apenas 14%. Nas 24 horas do dia, em apenas seis há intensidade de luz suficiente para sua geração.

Essa fonte renovável é aproveitada de duas maneiras distintas. A térmica, que tem baixo custo e costuma ser adotada em casas e condomínios. Consiste em um coletor instalado no telhado, posicionado de modo a receber, como se fosse uma estufa, a maior incidência possível dos raios solares. Em seu interior, uma serpentina encapsulada aquece a água que, armazenada em pequenos tanques, abastece chuveiros e torneiras, com vantagens econômicas e ambientais.

Painel fotovoltaico

No segundo uso da energia solar há geração elétrica propriamente dita, por meio de painel fotovoltaico. O sistema consiste de uma placa com diversas células feitas de uma liga metálica composta de silício e boro em sua superfície. Ao entrar em contato com as células fotovoltaicas, a radiação emitida pelo sol (fótons) produz um pulso elétrico a partir do atrito e interação entre elas. A soma desses pulsos gera eletricidade.

O físico comenta que os painéis fotovoltaicos ainda têm custo elevado, em comparação com o de outras fontes de energia. Sublinha, entretanto, o potencial de evolução científica dessa tecnologia para aumentar a eficiência energética e baratear o preço dos componentes. “Tal raciocínio também vale para os aerogeradores e a turbina usada na energia eólica, pois há uma corrida mundial por alternativas renováveis e não poluentes”, observa.

Futuro

Lançado em 2013, o Plano Paulista de Energia é uma aposta do Estado para chegar ao ano de 2020 com uma matriz energética baseada em 69% de energia obtida por meio de processos limpos. O planejamento prevê também meios de preservar o crescimento econômico e reduzir impactos ambientais nas áreas de transportes e processos industriais.

O Plano Paulista de Energia congrega grupos temáticos com mais de 70 entidades, incluindo setor privado e órgãos governamentais, como universidades, institutos de pesquisa, secretarias estaduais e empresas mistas. É uma continuidade de diversas ações estatais de caráter “verde” contidas em decretos estaduais publicados desde 2011. Assim como o Balanço Energético, seu conteúdo completo também está disponível no site da secretaria (ver serviço).

As estratégias do plano incluem iniciativas dos três níveis governamentais (municipal, estadual e federal). Pretendem diminuir o uso de combustíveis fósseis (petróleo, especialmente) e articular projetos em consonância com a Política Estadual de Mudanças Climáticas (PEMC) – Decreto nº 55.947, de 24-6-2010. A meta é reduzir 20% das emissões de gás carbônico no território paulista até o fim da segunda década do século 21.

Propostas do Plano Paulista de Energia 2020

  • Uso de combustíveis renováveis (etanol, biodiesel e eletricidade) nas frotas de ônibus da capital e regiões metropolitanas paulistas
  • Fortalecer e ampliar o uso de modais hidroviário, ferroviário e dutoviário
  • Ampliar estudos de planejamento da logística do transporte, de modo a evitar viagens sem carga
  • Favorecer o desenvolvimento do etanol de segunda geração
  • Simplificar licenciamentos ambientais
  • Ampliar a cogeração e climatização baseada em gás natural na indústria, comércio e serviços
  • Criar linhas públicas de crédito para projetos de eficiência energética
  • Estimular investimentos das concessionárias de ferrovias no Estado

Legislação para as energias limpas

  • Decreto nº 56.850, de 18-3-2011 – Reduz para 12% da carga tributária incidente na saída de biodiesel (B-100) resultante da industrialização de grãos, sebo bovino, sementes ou palma.
  • Decreto nº 56.873, de 23-3-2011 – Define benefícios relativos à aquisição de bens para a fabricação de células fotovoltaicas (módulos ou painéis), por meio da suspensão do imposto de importação de bens sem similar nacional.
  • Decreto nº 56.874, de 23-3-2011 – Estabelece o diferimento do ICMS destinado a fabricante de células fotovoltaicas e redução para 7% da carga tributária incidente sobre a produção resultante.
  • Decreto nº 57.042, de 6-6-2011 – Desonera aquisições de bens destinados à produção de energia elétrica a partir da biomassa e de resíduos de cana-de-açúcar.
  • Decreto nº 57.145, de 18-7-2011 – Estabelece o diferimento para matérias-primas utilizadas na fabricação de aerogeradores para fins de bombeamento de água, moagem de grãos e geração de energia eólica.
  • Decreto nº 57.142, de 18-7-2011 – Estabelece a suspensão do ICMS incidente na importação de mercadorias indicadas no Decreto nº 57.145/2011, quando a importação for efetuada diretamente pelo fabricante.
  • Decreto nº 58.977, de 18-3-2013 – Dá incentivo tributário para o transporte de etanol hidratado e etanol anidro na operacionalização de transporte dutoviário.
  • Decreto nº 59.039, de 3-4-2013 – Garante incentivo tributário do rotor para geradores de energia elétrica, utilizados na fabricação de aquecedores solares de água e no tratamento e disposição de resíduos não perigosos.
  • Decreto nº 60.001, de 20-12-2013 – Reduz a base de cálculo do imposto incidente no biogás e biometano para 12%.
  • Decreto nº 60.297, de 27-3-2014 – Suspende o imposto incidente na importação de bens sem similar nacional para a geração de energia elétrica ou térmica a partir de biomassa resultante de resíduos da cana-de-açúcar.
  • Decreto nº 60.298, de 27-3-2014 – Suspende o imposto incidente na importação de bens sem similar nacional e creditamento integral do mesmo, para geração de energia elétrica ou térmica a partir de gás (inclusive biogás ou biometano), fonte solar fotovoltaica e resíduos sólidos urbanos.
     

Serviço

Secretaria de Energia
Balanço Energético do Estado de São Paulo 2015
Plano Paulista de Energia 2020

Rogério Mascia Silveira
Imprensa Oficial – Conteúdo Editorial

Reportagem publicada originalmente nas páginas II e III do Poder Executivo I e II do Diário Oficial do Estado de SP do dia 29/09/2015. (PDF)