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À distância, pareciam nuvens de poeira. No entanto, o enxame de microrrobôs no best-seller “Prey” do autor Michael Crichton foi auto-organizado. Agia com inteligência rudimentar, aprendendo, evoluindo e se comunicando consigo mesmo para se tornar mais poderoso.
Um novo modelo de uma equipe de pesquisadores liderada pela Penn State e inspirada no romance de Crichton descreve como sistemas biológicos ou técnicos formam estruturas complexas equipadas com recursos de processamento de sinal que permitem que os sistemas respondam a estímulos e executem tarefas funcionais sem orientação externa.
“Basicamente, esses pequenos nanobots tornam-se auto-organizados e autoconscientes”, disse Igor Aronson, professor de engenharia biomédica, química e matemática da Huck Chair na Penn State, explicando o enredo do livro de Crichton. O romance inspirou Aronson a estudar o surgimento do movimento coletivo entre agentes autopropulsados em interação. A pesquisa foi publicada recentemente no Natureza Comunicações.
Aronson e uma equipe de físicos da Universidade LMU, em Munique, desenvolveram um novo modelo para descrever como sistemas biológicos ou sintéticos formam estruturas complexas equipadas com recursos mínimos de processamento de sinal que permitem que os sistemas respondam a estímulos e executem tarefas funcionais sem orientação externa. . As descobertas têm implicações na microrobótica e em qualquer campo que envolva materiais funcionais e automontados formados por blocos de construção simples, disse Aronson. Por exemplo, engenheiros de robótica podem criar enxames de microrrobôs capazes de realizar tarefas complexas, como eliminação de poluentes ou detecção de ameaças.
“Se olharmos para a natureza, veremos que muitas criaturas vivas dependem da comunicação e do trabalho em equipe porque isso aumenta suas chances de sobrevivência”, disse Aronson.
O modelo de computador concebido por pesquisadores da Penn State e da Ludwig-Maximillian University previu que as comunicações por pequenos agentes autopropulsados levam a um comportamento coletivo semelhante ao inteligente. O estudo demonstrou que as comunicações expandem drasticamente a capacidade de uma unidade individual de formar estados funcionais complexos semelhantes a sistemas vivos.
A equipe construiu seu modelo para imitar o comportamento de amebas sociais, organismos unicelulares que podem formar estruturas complexas se comunicando por meio de sinais químicos. Eles estudaram um fenômeno em particular. Quando a comida se torna escassa, as amebas emitem um mensageiro químico conhecido como adenosina monofosfato cíclico (cAMP), que induz as amebas a se reunirem em um só lugar e formar um agregado multicelular.
“O fenômeno é bem conhecido”, disse o coautor Erwin Frey, da Ludwig-Maximilians-Universität München, em um comunicado. “Até agora, no entanto, nenhum grupo de pesquisa investigou como o processamento de informações, em um nível geral, afeta a agregação de sistemas de agentes quando agentes individuais – no nosso caso, amebas – são autopropelidos”.
Por décadas, os cientistas vêm buscando uma melhor compreensão da “matéria ativa”, os sistemas biológicos ou sintéticos que transformam a energia armazenada no ambiente, por exemplo, um nutriente, em movimento mecânico e formam estruturas maiores por meio de auto-organização. Tomado individualmente, o material não tem inteligência ou funcionalidade, mas coletivamente, o material é capaz de responder ao seu ambiente com uma espécie de inteligência emergente, explicou Aronson. É um conceito antigo com aplicações futuristas.
Aristóteles articulou a teoria da emergência há cerca de 2.370 anos em seu tratado “Metafísica”. Sua linguagem é comumente parafraseada como “o todo é maior que a soma das partes”. Em um futuro não tão distante, Aronson diz que a pesquisa em sistemas emergentes pode levar a nanorrobôs do tamanho de células que se auto-organizam dentro do corpo para combater vírus ou enxames de microrrobôs autônomos que podem se coordenar em formação complexa sem um piloto.
“Normalmente falamos de inteligência artificial como uma espécie de andróide senciente com pensamento elevado”, disse Aronson. “O que estou trabalhando é em inteligência artificial distribuída. Cada elemento não tem nenhuma inteligência, mas uma vez que eles se unem, são capazes de responder e tomar decisões coletivamente.”
Atualmente, existe uma grande demanda por inteligência artificial distribuída no campo da robótica, explicou Aronson.
“Se você está projetando um robô da maneira mais econômica possível, não quer torná-lo muito complexo”, disse ele. “Queremos fazer pequenos robôs muito simples, com apenas alguns transistores, que trabalhando juntos tenham a mesma funcionalidade de uma máquina complexa, mas sem o maquinário caro e complicado. Essa descoberta abrirá novos caminhos para aplicações de matéria ativa em nanociência e robótica”.
Aronson explicou que, do ponto de vista prático, a inteligência artificial distribuída poderia ser usada em qualquer tipo de substância que tenha partículas microscopicamente dispersas suspensas em seu interior. Ele pode ser implantado dentro do corpo para fornecer uma droga para combater doenças ou ativar minúsculos circuitos eletrônicos em microrrobôs fabricados em massa.
“Apesar de sua importância, o papel da comunicação no contexto da matéria ativa permanece amplamente inexplorado”, escreveram os pesquisadores. “Identificamos o mecanismo de tomada de decisão dos agentes ativos individuais como o mecanismo de direção para a auto-organização controlada coletivamente do sistema.”
Os outros coautores do artigo são Alexander Ziepke, Ivan Maryshev e Erwin Frey, da Ludwig-Maximilians-Universität München. A pesquisa de Igor Aronson foi apoiada pelo Departamento de Energia dos Estados Unidos e pela fundação Alexander-von-Humboldt.
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