2004: Computação Natural (Cybertecnica)

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2004: Computação Natural (Cybertecnica)

  1. 1. Computação Natural e Aplicações Leandro Nunes de Castro [email_address] Programa de Mestrado em Informática Universidade Católica de Santos
  2. 2. <ul><li>Imagine um mundo onde os computadores podem criar novos universos , e dentro destes universos existam formas naturais que reproduzem, crescem e pensam. Imagine formas vegetais, montanhas, colônias de formigas, sistemas imunológicos e cérebros, todos aprendendo e evoluindo , e se tornando mais adaptados ao ambiente . Imagine se nossos computadores passassem a conter novas formas de vida. Pense n o que isso afetaria nossas vidas . Talvez p udéssemos criar automaticamente projetos de casas e música, novas formas de proteger computadores contra invasores, novas formas de resolver problemas complexos, novos organismos e novas formas de computar. </li></ul><ul><li>Agora pare de imaginar. </li></ul><ul><li>Seja bem vindo à Computação Natural . </li></ul>
  3. 3. Tópicos <ul><li>Parte I : Motivação </li></ul><ul><ul><li>Algumas idéias e desafios </li></ul></ul><ul><li>Parte II : Computação Natural </li></ul><ul><ul><li>Computação inspirada na natureza </li></ul></ul><ul><ul><li>Vida artificial e geometria fractal da natureza </li></ul></ul><ul><ul><li>Computação com mecanismos biológicos </li></ul></ul>
  4. 4. PARTE I Introdução
  5. 5. Perguntas d ifíceis ( Logística) <ul><li>Quantas são as possíveis rotas? </li></ul>
  6. 6. Perguntas d ifíceis ( Simulação de Fenômenos Biológicos)
  7. 7. <ul><li>Lei de Moore: </li></ul><ul><ul><li>O poder de processamento computacional baseado em tecnologia de silício dobra aproximadamente a cada dois anos </li></ul></ul><ul><ul><li>No final desta década atingiremos os limites físicos dos chips computacionais! </li></ul></ul>Perguntas d ifíceis ( Novas Tecnologias )
  8. 8. O q ue estas p erguntas t êm em c omum? <ul><li>Todas elas envolvem uma quebra de paradigma </li></ul>Onde podemos procurar respostas? <ul><li>Aonde estes problemas/dificuldades já vêm sendo resolvidos/tratados há muito tempo?... NA NATUREZA ! </li></ul>
  9. 9. PARTE II Computação Natural
  10. 10. Da natureza à computação: Computação Natural <ul><li>A computação natural caracteriza-se por uma maior proximidade com a natureza </li></ul>
  11. 11. PARTE II-A Computação Inspirada na Natureza
  12. 12. Computação inspirada na natureza (1) <ul><li>Redes neurais artificiais </li></ul><ul><li>Computação evolutiva </li></ul><ul><li>Sistemas imunológicos artificiais </li></ul><ul><li>Sistemas baseados em comportamentos coletivos </li></ul><ul><li>Modelos de crescimento e desenvolvimento </li></ul><ul><li>Algoritmos culturais </li></ul><ul><li>Simulated Annealing </li></ul><ul><li>etc. </li></ul>
  13. 13. Computação inspirada na natureza (2)
  14. 14. Computação inspirada na natureza (3)
  15. 15. Computação inspirada na natureza (4)
  16. 16. Computação inspirada na natureza (5)
  17. 17. Computação inspirada na natureza (6)
  18. 18. Algumas Aplicações <ul><li>Computação Evolutiva/Redes Neurais: Reconhecimento de Padrões </li></ul>
  19. 19. Algumas Aplicações <ul><li>Redes Neurais </li></ul>
  20. 20. Algumas Aplicações <ul><li>Computação Evolutiva/Sistemas Imunológicos: Otimização de Sistemas e Processos </li></ul>
  21. 21. <ul><li>Sistemas Imunológicos: Detecção de Falhas e Anomalias </li></ul>Algumas Aplicações
  22. 22. <ul><li>Sistemas Imunológicos: Navegação Autônoma </li></ul>Algumas Aplicações
  23. 23. <ul><li>Controle de robôs autônomos </li></ul>Algumas Aplicações
  24. 24. <ul><li>Porquê computação inspirada na natureza? </li></ul><ul><ul><li>Porque muitos problemas não podem ser resolvidos utilizando as técnicas tradicionais (p.ex. programação dinâmica, linear, inteira, etc.) </li></ul></ul><ul><ul><li>Conhecimento e operação distribuída </li></ul></ul><ul><ul><li>Sistemas probabilísticos </li></ul></ul><ul><ul><li>Capacidade de adaptação </li></ul></ul><ul><ul><li>Robustez </li></ul></ul>Computação inspirada na natureza
  25. 25. PARTE II-B Vida Artificial & Geometria Fractal da Natureza
  26. 26. <ul><li>Vida artificial: </li></ul><ul><ul><li>“ Vida artificial é o estudo de sistemas feitos pelo homem que exibem comportamentos característicos de sistemas naturais. Ela complementa as ciências biológicas preocupadas com a análise de organismos vivos tentando sintetizar em computador ou outro meio comportamentos similares aos de organismos vivos. A vida artificial contribui para a biologia localizando a vida-como-nós-a-conhecemos dentro de um contexto mais amplo da vida-como-ela-poderia-ser .” (Chris Langton) </li></ul></ul>Vida artificial (1)
  27. 27. Vida artificial (2)
  28. 28. <ul><li>Boids </li></ul>Vida artificial (3)
  29. 29. <ul><li>AIBO ERS 210 </li></ul>Vida artificial (4)
  30. 30. Vida artificial (5)
  31. 31. <ul><li>Construção de colméias </li></ul>Vida artificial (6)
  32. 32. <ul><li>Criaturas (Creatures) </li></ul>Vida artificial (7)
  33. 33. <ul><li>Peixes artificiais </li></ul>Vida artificial (8)
  34. 34. <ul><li>Engarrafamento de trânsito </li></ul>Vida artificial (9)
  35. 35. <ul><li>A vida como ela poderia ser </li></ul>Vida artificial (10)
  36. 36. <ul><li>Porquê Vida Artificial? </li></ul><ul><ul><li>Aumenta nossa compreensão da natureza </li></ul></ul><ul><ul><li>Aumenta nossas perspectivas sobre novas formas de ‘vida’ e os diversos modelos da natureza </li></ul></ul><ul><ul><li>Desenvolvimento de novas tecnologias: softwares, robôs, jogos interativos, computação gráfica, sistemas educacionais </li></ul></ul><ul><ul><li>Etc. </li></ul></ul>Vida artificial (13)
  37. 37. Geometria fractal da natureza (1) <ul><li>Autômatos celulares </li></ul><ul><li>Sistemas de funções iterativas </li></ul><ul><li>Sistemas de Lindenmeyer </li></ul><ul><li>Movimento Browniano </li></ul><ul><li>Computação evolutiva </li></ul><ul><li>etc. </li></ul>
  38. 38. <ul><li>Autômatos celulares </li></ul>Geometria fractal da natureza (2)
  39. 39. Geometria fractal da natureza (3)
  40. 40. <ul><li>Sistemas de funções iterativas </li></ul>Geometria fractal da natureza (4)
  41. 41. <ul><li>Sistemas de Lindenmeyer </li></ul>Geometria fractal da natureza (5)
  42. 42. <ul><li>Movimento Browniano </li></ul>Geometria fractal da natureza (6)
  43. 43. <ul><li>Computação evolutiva </li></ul>Geometria fractal da natureza (7)
  44. 44. <ul><li>Porquê geometria computacional? </li></ul><ul><ul><li>Uma forma “barata” computacionalmente de gerar modelos da natureza </li></ul></ul><ul><ul><li>Estudos de sistemas biológicos: vegetações extintas, projeto de novas variedades de plantas, estudo do processo de crescimento e desenvolvimento de plantas, auxílio para fazendeiros e paisagistas, predição de colheita, etc. </li></ul></ul>Geometria fractal da natureza (8)
  45. 45. PARTE II-C Computação com Mecanismos Naturais
  46. 46. Computação com mecanismos naturais <ul><li>Computação molecular </li></ul><ul><ul><li>Computação de DNA </li></ul></ul><ul><ul><li>Computação de RNA </li></ul></ul><ul><ul><li>Computação de membrana </li></ul></ul><ul><li>Computação quântica </li></ul><ul><li>Neurocomputação </li></ul><ul><li>etc. </li></ul>
  47. 47. Computação com mecanismos naturais
  48. 48. <ul><li>Um único exemplo: </li></ul><ul><ul><li>Computação de DNA </li></ul></ul>Computação com mecanismos naturais
  49. 49. A Computação no Novo Milênio ( 1 ) <ul><li>Algumas das idéias que fundamentam a computação natural: </li></ul><ul><ul><li>Capacidade de tratar problemas não-lineares </li></ul></ul><ul><ul><li>Sistemas multi-agentes (A união faz a força!) </li></ul></ul><ul><ul><li>Capacidade de manipular informações imprecisas de forma imprecisa </li></ul></ul><ul><ul><li>Robustez </li></ul></ul><ul><ul><li>Distributividade </li></ul></ul><ul><ul><li>Auto correção </li></ul></ul><ul><ul><li>etc. </li></ul></ul>
  50. 50. <ul><li>Da singularidade à pluralidade </li></ul>A Computação no Novo Milênio ( 2 )
  51. 51. <ul><li>A importância da natureza aumentou! </li></ul>A Computação no Novo Milênio ( 3 )
  52. 52. Até onde podemos ir? Perguntas? [email_address]

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