Robótica

Robô Cientista 2: novo robô poderá descobrir leis fundamentais da física

Robô Cientista 2: novo robô poderá descobrir leis fundamentais da física
Lipson e Schmidt observam um dos seus pêndulos, cujo movimento é analisado pelo algoritmo capaz de descrever matematicamente seu movimento.[Imagem: Cornell University]

Pesquisadores da Universidade Cornell, nos Estados Unidos, criaram um aparato automatizado - constituído por pêndulos, câmeras de vídeo e algoritmos de processamento - que, segundo eles, é capaz de usar os dados observacionais coletados para deduzir leis fundamentais da física.

Mente digital

Segundo eles, o seu robô poderá ajudar na descoberta de novas leis fundamentais da natureza, sobretudo dos complexos sistemas biológicos. Hoje, essas presumidas novas leis fundamentais estão misturadas de forma indecifrável em meio a montanhas de dados experimentais brutos.

A "mente digital" do robô - o seu programa de controle - demonstrou sua capacidade ao analisar as leis subjacentes ao movimento de pêndulos e osciladores complexos. Os pêndulos são filmados e o computador analisa o seu movimento.

Newton robótico

Sem qualquer instrução prévia sobre as leis da física, geometria ou cinemática, o algoritmo conseguiu determinar que as oscilações aparentemente erráticas do pêndulo duplo derivam de processos físicos fundamentais.

As leis do movimento, que exigiram séculos de esforço intelectual humano, até culminarem com as descobertas de Isaac Newton, foram decifradas em poucas horas pelo aparato robotizado e pelo algoritmo de inteligência artificial.

Este novo robô-cientista, o segundo a fazer uma descoberta nesta semana - embora, neste caso, não seja uma descoberta original - foi criado por Hod Lipson e Michael Schmidt.

Autoimagem

Robô Cientista 2: novo robô poderá descobrir leis fundamentais da físicaO trabalho começou com a criação de um robô capaz de criar uma "autoimagem" e reparar a si mesmo quando sofresse algum dano (veja Robô adaptativo consegue mover-se mesmo se sofrer acidente).

Numa etapa intermediária, o grupo de pesquisadores desenvolveu um outro robô que usa a capacidade de autoimagem para construir outro igual a si mesmo (veja Criado robô que consegue construir outros robôs).

"A solução encontrada para fazer o robô recuperar-se de um dano foi criar um modelo dinâmico, uma autoimagem," diz o Dr. Lipson. "Ele então usa esse modelo para fazer previsões acerca de si próprio."

Robô descobridor

Um modelo dinâmico é uma representação matemática da forma pela qual os componentes de um sistema podem influenciar-se mutuamente ao longo do tempo. Lipson e Schmidt perceberam que, se o robô podia criar modelos dinâmicos de si mesmo, ele poderia também ser usado para modelar o mundo ao seu redor.

Ao testar a ideia, os pesquisadores viram que o seu algoritmo era capaz de traçar modelos que "redescobriam" leis já conhecidas pelos cientistas, o que sugere que o algoritmo também pode ser capaz de ajudar a descobrir novas leis para conjuntos de dados que ainda não são bem compreendidos e ainda não explicados pela ciência.

"O que é fascinante é que, da mesma forma que um robô cria um modelo dinâmico de si mesmo analisando suas peças robóticas, nós agora podemos criar modelos não de motores e juntas, mas de componentes e objetos matemáticos, como variáveis, símbolos tais como + ou - e outros operadores e funções matemáticas," diz Lipson.

Séculos de descobertas feitas em horas

Em última instância, um cientista humano continuará sendo necessário para analisar a lista final de expressões matemáticas geradas pelo algoritmo e verificar se elas refletem de fato a realidade - por exemplo, quais expressões estão descrevendo uma lei de movimento ou de conservação de energia, e se alguma delas estaria eventualmente descrevendo algo totalmente novo.

Robô Cientista 2: novo robô poderá descobrir leis fundamentais da física

O robô-cientista, neste caso, servirá como uma espécie de garimpeiro de dados, mas um cientista humano continuará sendo necessário para separar o diamante do cascalho.

"Físicos como Newton e Kepler poderiam ter usado um computador rodando esse algoritmo para descobrir as leis que explicam a queda de uma maçã ou o movimento dos planetas com apenas algumas horas de computação," diz Schmidt. "Mas um humano continuaria tendo que compreender os resultados e o quadro geral da análise, assim como traduzir em palavras e dar uma interpretação às leis descobertas pelo computador.

Físico-robô e biólogo-robô

No futuro, os criadores do físico-robô planejam usar o enfoque para sistemas biológicos, que são notoriamente complicados de se modelar. Com o novo programa, os cientistas esperam encontrar comportamentos constantes que possam levar a novas leis de comportamentos, hoje mergulhados nas montanhas de dados coletados dos experimentos, mas impossíveis de serem decifrados por cientistas humanos. Assim, além do seu físico-robô, eles terão também um biólogo-robô.

Robôs na ciência

Esta é a segunda de três reportagens cobrindo o avanço da robótica como instrumento de novas descobertas científicas. Veja também os outros artigos da série:

Bibliografia:

Distilling Free-Form Natural Laws from Experimental Data
Michael Schmidt, Hod Lipson
Science
3 April 2009
Vol.: 324. no. 5923, pp. 81 - 85
DOI: 10.1126/science.1165893




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