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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)

Centro Paula Souza premia a inovação e cultura empreendedora

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Projetos científicos vencedores de concursos de Etecs e Fatecs reúnem condições para se transformar em negócios sustentáveis; foram avaliados 1,5 mil trabalhos

O Núcleo de Inovação Tecnológica do Centro Paula Souza divulgou os três projetos vencedores da segunda edição do concurso Desafio de Ideias e Negócios. O evento foi realizado no prédio de Administração Central do Centro Paula Souza, na capital, e celebrou o encerramento de uma disputa com quatro etapas classificatórias iniciadas em agosto de 2014.

Conhecido como Desafio, o concurso avaliou 1,5 mil projetos de alunos de 218 Escolas Técnicas (Etecs) e de 64 Faculdades de Tecnologia (Fatecs) paulistas. O projeto campeão Pele Humana para Transplantes e Testes Farmacológicos, da Etec Professor Carmelino Corrêa Júnior, de Franca, recebeu prêmio de R$ 8 mil. Em segundo lugar ficou Cadeira de Rodas Controlada por Voz, da Etec Lauro Gomes, de São Bernardo do Campo, que levou R$ 4 mil. A premiação de R$ 2 mil foi para o Virtual Band, da Fatec Baixada Santista, de Santos.

Aceitação

De acordo com o regulamento, os critérios considerados na avaliação dos trabalhos foram inovação, competitividade e viabilidade para transformar um projeto científico em um negócio sustentável. Cada projeto concorreu em um dos dez eixos tecnológicos da disputa: Produção Industrial; Produção Alimentícia; Controle e Processos Industriais; Gestão e Negócios; Turismo, Hospitalidade e Lazer; Infraestrutura; Recursos Naturais; Ambiente, Saúde e Segurança; Informação e Comunicação; Produção Cultural e Design.

O diretor da Agência Inova Paula Souza, Oswaldo Massambani, explica que o concurso anual é uma oportunidade para fortalecer a cultura empreendedora, desenvolver novos produtos e serviços e, ainda, beneficiar um ambiente favorável para investidores e incubadoras tecnológicas. “Os projetos são ideias bem estudadas do ponto de vista empresarial e todos têm boas chances de aceitação no mercado”, explicou.

Inovação

Moradora de Claraval, cidade mineira distante 17 quilômetros de Franca, Ângela de Oliveira, de 18 anos, segue estudando à noite para obter seu terceiro diploma técnico. Aluna de cafeicultura da Etec Professor Carmelino Corrêa Júnior formou-se pela instituição em dois cursos: curtimento e meio ambiente.

Da família de oito irmãos, Ângela se destaca nos estudos. Sua primeira aprovação no Vestibulinho foi no fim de 2012. Na Etec Agrícola de Franca, pode fazer aquilo de que mais gosta na vida: estudar e, de preferência, química, área para a qual vai prestar vestibular no fim do ano. Hoje, ela divide seu tempo entre o trabalho em uma empresa calçadista de Franca, as aulas noturnas na Etec e o curso de inglês aos sábados.

Pele artificial

Na Etec, a professora Joana D’Arc Felix de Souza foi responsável por sua iniciação científica. Apontou e segue indicando caminhos para Ângela avançar na área de pesquisa que escolheu para trilhar em sua carreira acadêmica: descobrir um jeito para atenuar o sofrimento de vítimas de queimaduras e de aumentar a autoestima dessas pessoas.

A opção pelo tema se deu a partir de duas situações vivenciadas pela estudante: na primeira, presenciou um acidente de trânsito e viu uma vítima com o corpo em chamas; na segunda, um trabalhador de um curtume de Franca teve 95% do corpo queimado com ácido sulfúrico. Na época, não havia pele suficiente para fazer enxerto e salvá-lo – o caso comoveu não apenas Ângela, mas todos na região do principal polo calçadista do Estado.

O Brasil possui apenas quatro bancos de pele para atender hospitais do País inteiro, localizados em São Paulo, Recife, Porto Alegre e Curitiba. Em todos, a escassez de matéria-prima é recorrente.

No processo tradicional de obtenção, o tecido humano é extraído de cadáveres e passa por tratamentos específicos para, depois, ser usado como ‘curativo biológico’ em pacientes com queimaduras. Entretanto, a pele transplantada tem ação limitada. Depois de um tempo, o enxerto tende a ser rejeitado pelo organismo do receptor, prejudicando a recuperação de pacientes com grande parte do corpo queimado.

A ideia de Ângela foi desenvolver um tipo de pele artificial reaproveitando o colágeno presente na pele suína, que é 78% similar à humana. A matéria-prima são retalhos do couro suíno wet blue, exigindo como desafio inicial a extração do colágeno presente em sua composição e, depois, com muita pesquisa e dedicação, a proposta de torná-lo um biomaterial 100% biocompatível com a pele humana.

A pele artificial desenvolvida em Franca tende a ser alternativa futura à pele sintética usada atualmente em muitas cirurgias e transplantes. Um metro e meio de pele tem custo médio de R$ 85, enquanto a mesma medida de pele produzida em laboratório e comprada pelos hospitais pode chegar a custar R$ 5 mil. O material ainda não foi testado em humanos, mas rendeu o primeiro lugar no Desafio de Ideias e Negócios do Centro Paula Souza e tem encaminhado pedidos de patentes nacional e internacional, de validade em 32 países.

Recebeu, também, três láureas adicionais: o Prêmio 2014 do Conselho Regional de Química; o Prêmio Jovem Inventor, concedido pelo programa de televisão Caldeirão do Huck; e o Prêmio de Ideias Empreendedoras, outorgado pelo Colégio Técnico da Unicamp, o Cotuca.

Tons de pele

“O trabalho não se restringe à área médica. Tem grande valor também para o meio ambiente”, explica a professora Joana. Além do colágeno, o couro wet blue contém cromo em sua composição. De acordo com a lei ambiental vigente, esse resíduo tóxico do processo produtivo dos curtumes exige tratamento antes do descarte industrial.

Ângela e Joana, a dupla afinada da Etec de Franca, explicam que o próximo passo da pesquisa com o couro de porco é sintetizar a melanina, pigmento que define a cor da pele, do cabelo e dos olhos das pessoas. Atualmente, a pele extraída de cadáveres e direcionada aos bancos de tecidos é de pessoas brancas. A proposta é estudar opções para outros tons de pele, como a dos negros e asiáticos.

Um protótipo de cadeira de rodas elétrica, controlada de modo instantâneo por comandos básicos de voz, rendeu ao grupo liderado por Daniel Braite Labriola, 23 anos, aluno de mecatrônica da Etec Lauro Gomes, de São Bernardo do Campo, o segundo lugar no concurso. Com viabilidade comprovada, a invenção foi indicada pela escola técnica para o evento e tem pedido de patente encaminhado.

Funcionando com cinco comandos (frente, pare, ré, esquerda e direita), o dispositivo usa dois motores de vidro elétrico automotivo como forma de propulsão. Esse foi o tema do Trabalho de Conclusão de Curso (TCC) apresentado em junho de 2014 pelo grupo de Daniel e poderá se transformar em meio de locomoção para idoso ou pessoa com deficiência física (cadeirante).

Comando de voz

O sistema de controle da cadeira de rodas foi adaptado de um projeto anterior de automação residencial desenvolvido por Daniel, cuja formação inclui também diploma técnico em informática. Com conceitos de inteligência artificial e um sistema embarcado de controle, o dispositivo de acessibilidade recebe as instruções através de um módulo controlado por voz. Para decodificar os comandos e executar os movimentos, o sistema compara as ordens com informações gravadas na memória do aparelho.

Filho de metalúrgico com perfil também inventor, Daniel é autodidata e, na oficina do pai, desenvolve projetos completos de software (programação) e hardware (placas e circuitos). Quando tem dificuldade em alguma etapa, busca respostas em vídeos veiculados na internet. Assim que finalizou o protótipo da cadeira de rodas, publicou vídeo no YouTube demonstrando seu funcionamento e operação (disponível no link http://goo.gl/SU0fFE).

Atualmente, Daniel segue em busca de oportunidade de trabalho em mecatrônica e tecnologia de informação. Ao mesmo tempo, faz engenharia na Universidade Virtual do Estado de São Paulo (Univesp). No curso, as aulas on-line de formação a distância são ministradas durante a semana e os encontros presenciais ocorrem aos sábados.

Virtual Band

Três meses de trabalho foram suficientes para o grupo de cinco calouros do curso de Análise e Desenvolvimento de Sistemas da Fatec Baixada Santista Rubens Lara, de Santos, criar um programa, no segundo semestre de 2014, para facilitar o aprendizado musical. O software foi concebido para funcionar conectado à internet, com voz e instrumentos musicais (simulações foram feitas com bateria, guitarra, piano e violino, entre outros) e óculos de realidade aumentada.

Ainda não comercializado no Brasil, os óculos de realidade aumentada são um dispositivo de informática “vestível”. Permite ao usuário executar projetos em 3D, acessar sites e redes sociais e trocar e-mails, entre outras possibilidades. Tem como exemplos o Google Glass, do Google, e o HoloLens, da Microsoft, cujo comercial (em inglês) pode ser assistido no YouTube, no link http://goo.gl/T972Vg.

Ferramenta lúdica

A paixão pela música e por videogames foi o ponto de partida do projeto dos universitários de Santos, que também se inspiraram nas mais recentes e revolucionárias tecnologias para criar o Virtual Band. O projeto garantiu ao grupo a terceira colocação no Desafio de Ideias e Negócios do Centro Paula Souza.

Apresentado no plano teórico, o Virtual Band é uma plataforma de aprendizado inspirada em jogos eletrônicos, cujos controles são instrumentos musicais de brinquedo, de jogos como Rock Band, Guitar Hero e Rocksmith. Nesses títulos, de acordo com o ritmo de cada canção, é exigida destreza do jogador para apertar a sequência correta de itens que representam as notas musicais que surgem na tela vindas de diversas direções.

No Virtual Band, a brincadeira dos consoles se transforma em ferramenta educacional lúdica e dinâmica, explica a violinista, arquiteta e programadora Carla Mendanha, 25 anos. Mesmo sem ter disponíveis os óculos para os testes, a viabilidade do programa foi confirmada com similares existentes no mercado e, também, teve como base os óculos de realidade aumentada.

Em vez de só apertar botões, como ocorre nos videogames, o Virtual Band in dica com uma luz piscante qual nota deve ser executada nas “casas” do “braço” da guitarra ou nas teclas do piano cuja visualização é feita com os óculos de realidade aumentada. “Nosso próximo passo será desenvolver o aplicativo para os óculos de realidade aumentada. A patente da invenção deve ser depositada até o fim do mês e a meta é repassar a tecnologia para uma empresa de informática, podendo ser o próprio Google ou a Microsoft”, explica Carla.

O grupo da turma matutina da Etec de Santos foi orientado pelo professor João Carlos Gomes e tem como líder o pianista Matheus Fernandes, 18 anos. É integrado ainda pelos estudantes Munike Silva, 27 anos; Rodolpho Costa, 18 anos; e Hamilton Silva, 23 anos.

Rogério Mascia Silveira
Imprensa Oficial – Conteúdo Editorial

Reportagem publicada originalmente nas páginas I e IV do Poder Executivo I e II do Diário Oficial do Estado de SP do dia 08/04/2015. (PDF)