O “oráculo” científico-tecnológico da IBM

Imagine que a forma como fala ou os seus padrões de escrita poderão servir como um alerta de que algo não está bem na sua mente. E que graças aos computadores cognitivos – e tendo como referência o super-computador WATSON – estes terão a capacidade de procurar indicadores encontrados na sua linguagem – incluindo o significado, a sintaxe e até a entoação – os quais, combinados com sistemas de imagem ou dispositivos wearable, possibilitam o diagnosticar de estadios iniciais de algum tipo de doença mental ou neurológica. Se passar da imaginação para a provável concretização, o que acontece é que este enorme avanço científico e tecnológico irá permitir aos profissionais de saúde – e aos próprios pacientes – uma melhor e mais precoce previsão, monitorização e acompanhamento deste tipo de distúrbios, os quais afectam segmentos populacionais em número crescente.

Esta é apenas uma das cinco inovações tecnológicas e científicas que o Departamento de Investigação & Desenvolvimento da IBM deu a conhecer no início do ano e que poderão mudar, em várias áreas, as nossas vidas nos próximos cinco anos.

Criado há mais de 70 anos, o denominado IBM Research tem vindo a trilhar um caminho ambicioso e persistente no que respeita a invenções – ou inovações – com um impacto substancial na nossa sociedade. Para além da criação do mais do que famoso super-computador Watson, o qual e como contou ao VER António Pires dos Santos, Director de Desenvolvimento de Negócio para a IBM Espanha, Portugal, Grécia e Israel, surgiu de um projecto de investigação da IBM Corporation em 2005 e é hoje considerado o “expoente máximo dos super-sistemas” tendo igualmente inaugurado o início de uma nova era das tecnologias de informação – a computação cognitiva -, o gigante da tecnologia tem apostado seriamente na procura de novos instrumentos científicos – sejam dispositivos físicos ou ferramentas avançadas de software – para melhorar significativamente áreas tão dispares como a agricultura, a eficiência energética, a poluição ou a saúde física e mental, entre muitas outras.

Com a Inteligência Artificial, a nanotecnologia, o processamento da linguagem natural, entre outros progressos que parecem ter saído de um imaginativo filme de ficção científica, este tipo de tecnologias está a permitir-nos olhar, compreender e interagir com vários domínios da nossa existência de uma forma jamais imaginada.

A grande estrela da IBM é, sem dúvida, o Watson, o qual foi publicamente apresentado ao público em 2011, tendo ganho particular notoriedade quando participou no popular programa de televisão norte-americano Jeopardy! – um quiz show de perguntas e respostas sobre história, literatura, cultura ou ciência, de onde saiu vencedor depois de enfrentar os dois melhores concorrentes de sempre do programa. Como sublinhou António Pires dos Santos, e para conferir ainda mais “poder”a este super-computador, na altura do concurso o Watson não estava sequer ligado à Internet, “o que significa que ganhou o desafio apenas com base nos dados que tinha acumulado ao longo de anos de interacção e aprendizagem através de análise estatística e processamento de linguagem natural”.

Inicialmente, o IBM Watson começou por ser aplicado à saúde, mas as suas potencialidades cobrem já uma diversidade significativa de indústrias, desde o retalho, à banca, à educação, às telecomunicações, aos transportes, ao turismo e até à culinária. Mas e nos laboratórios de investigação da outrora denominada Big Blue, são vários os domínios do conhecimento científico e tecnológico que estão por trás de muitas outras grandes e promissoras inovações, fazendo da IBM um dos grandes players neste cada vez mais apetecível mercado.

No início do ano, a IBM revelou a sua nova edição “5 in 5”, um programa que teve início há uma década, baseado em tendências sociais e de mercado e que, em conjunto com as tecnologias emergentes dos seus laboratórios, “prevê” quais os avanços que, num período de cinco anos, têm maior potencial para alterar a forma como vivemos, trabalhamos e interagimos. De acordo com a própria IBM, e assumindo que as antevisões são sempre arriscadas, a verdade é que ao longo dos últimos 10 anos, as suas previsões no que respeita ao impacto transformador da computação cognitiva e da Inteligência Artificial têm-se mostrado significativamente acertadas e transformando-se em realidades, tal como pode comprovar aqui.

O VER descreve de seguida não só as cinco inovações científicas e tecnológicas que constam no “oráculo” da IBM para os próximos cinco anos, mas também o que têm a dizer alguns dos seus investigadores e cientistas, que trabalham especificamente nestas áreas. Trilhando o caminho para um futuro muito próximo. E que começa aqui:

Abre-te, cérebro

Apesar dos muitos avanços na área das neurociências nos últimos anos, o nosso cérebro continua a ser uma espécie de caixa negra, com muitos recantos ainda inexplorados. Mas e de acordo com vários especialistas, a linguagem poderá ser uma das chaves que permite abrir essa caixa e “iluminar” estadios iniciais de algum tipo de doença mental ou neurológica. Ou seja, o que até agora era totalmente invisível poderá ser previamente diagnosticado e analisado nos estádios iniciais de doenças mentais ou neurológicas como é o caso da Doença de Alzheimer, Parkinson, alguns tipos de psicose, esquizofrenia, depressão, Doença de Huntington e até distúrbios neurológicos como o autismo ou o Transtorno de Défice e Atenção e Hiperactividade. E como? Com a análise de padrões da fala e da escrita “traduzido” pela computação cognitiva, juntamente com técnicas de machine learning e do processamento da linguagem natural, entre outros avanços no domínio acelerado da Inteligência Artificial. O que explica o “slogan” da empresa quando refere que “com a Inteligência Artificial (IA), as nossas palavras irão abrir uma janela para a nossa saúde”

Como explica Guillermo Cecchi, neurocientista e especialista em Computação Biometafórica no departamento de investigação da IBM, e para além das estruturas físicas de neurónios e sinapses que fazem parte do cérebro, “ a comunidade médica e cientifica está a utilizar, para estudar o comportamento [o que mais “interessa” saber sobre a nossa massa cinzenta], o mesmo tipo de abordagens computacionais já actualmente utilizadas para estudar os atributos físicos e as demais formas de funcionamento do mesmo”. E se lhe perguntarem se é possível, através da biologia computacional, e de sistemas de analytics e de machine learning, construir ferramentas que simplesmente analisam a linguagem e prevêem o desencadeamento inicial deste tipo de doenças para permitir uma intervenção precoce, uma melhor alocação de recursos ou um plano de tratamento mais adequado, a sua resposta é sim. Como afirma, e num estudo elaborado em parceria com psiquiatras da Universidade da Columbia, “fomos capazes de prever, com 100% de exactidão, quem, no interior de uma população de adolescentes em situação de risco, iria desenvolver o seu primeiro ataque psicótico num período de dois anos”.

O neurocientista da IBM sublinha ainda uma outra experiência realizada com colegas da farmacêutica Pfizer, na qual foi apenas necessário utilizar o discurso durante um minuto de pacientes com Parkinson para melhor rastrear, prever e monitorizar a doença em causa. Neste momento, garante o investigador da IBM, os resultados alcançados rondam já os 80% de precisão, mas e dentro de cinco anos, “esperamos avançar ainda mais no estudo das palavras enquanto janelas para a nossa saúde mental”. Assim, a forma como escrevemos ou falamos será, em cinco anos, utilizada como um bom indicador da nossa saúde mental e bem-estar físico, o que se traduz numa enorme mais-valia visto que e como em qualquer doença, quanto mais cedo um diagnóstico for feito, maiores são as possibilidades de gerir ou encontrar um tratamento para as mesmas. Assim, a aposta da IBM nos próximos cinco anos será a de construir uma aplicação automatizada de análise da fala, funcionando num dispositivo móvel e que, a partir de um breve discurso de cerca de um minuto, em conjunto com as demais tecnologias já anteriormente mencionadas, conseguirá fornecer, em tempo real, uma visão da saúde mental de um paciente.

A “hiperimagem” ou com vai ser possível ver para além do que é visível

Quem não se recorda do Super-Homem e dos seus poderes superiores como a visão telescópica e microscópica capaz de atravessar as partículas essenciais da matéria e reproduzir essas mesmas imagens na perfeição? Pois saiba que, de acordo com a IBM, dentro de cinco anos será possível – graças às tecnologias de hyperimaging e IA – permitir ver amplamente além do domínio da luz visível, combinando várias bandas do espectro electromagnético para revelar informações valiosas ou potenciais perigos que, de outra forma, estariam ocultos aos olhos dos comuns dos mortais.

Se pensarmos que 99,9% do espectro electromagnético não pode ser observado a olho nu e que nos últimos 100 anos os instrumentos que foram sendo desenvolvidos, emitindo e “sentindo” a energia em diferentes comprimentos de onda são os mesmos que nos permitem “espreitar” para o interior do nosso corpo, verificar o estado “interno” da nossa dentição, detectar no aeroporto que levamos um corta-unhas dentro da mala ou ajudar um avião a aterrar em condições de nevoeiro cerrado, podemos estar certos que muitos foram os progressos atingidos em apenas um século.

Todavia, para além de extremamente dispendiosos, esses mesmos instrumentos só têm a capacidade de “ver” através de porções específicas do espectro electromagnético. A boa nova é que, e segundo Alberto Valdes Garcia, investigador e gestor do Grupo de Sistemas e de Circuitos de Radiofrequência da IBM, daqui a cinco anos, poderemos já aceder a novos dispositivos de imagem, conjugando as novas tecnologias de hiperimagem com a Inteligência Artificial e combinando várias bandas do espectro electromagnético, o que permitirá ter acesso a informações valiosas ou a potenciais perigos que, até agora, pairavam sob um “manto de invisibilidade”.

Adicionalmente e como afirma Valdes Garcia, “estamos a construir uma plataforma de hiperimagem, portátil, a qual poderá visualizar partes separadas do espectro electromagnético, permitindo a sua utilização num conjunto de dispositivos e aplicações economicamente acessíveis, as quais poderão passar a fazer parte das nossas vidas”. Para o investigador mexicano, que desde criança se considerou sempre um entusiasta da electrónica e que acabaria nos Estados Unidos a tirar um doutoramento exactamente em Engenharia Electrónica, ter-se juntado à equipa de investigação da IBM em 2006 foi uma honra. Principalmente por ter participado em vários projectos multidisciplinares e, mais recentemente, por estar prestes a ficar na história como um dos pioneiros em tornar “visível o invisível”, através de tecnologias que irão permitir percepcionar ou ver através de objectos e de condições ambientais “opacas” a qualquer hora e em qualquer lugar.

Uma das aplicações mais úteis destes novos dispositivos será no sector em franco crescimento dos automóveis inteligentes (e sem condutor), na medida em que a tecnologia de hyperimaging pode ajudar um carro a “ver” através do nevoeiro ou da chuva, a detectar, atempadamente, obstáculos nas estradas e “prever” condições adversas, como gelo no piso. Estas tecnologias de computação cognitiva conseguem também “racionalizar” os dados obtidos e reconhecer se o que poderá estar no meio da estrada é apenas um caixote do lixo ou um veado perdido, por exemplo. Como também explica Valdes Garcia, uma mistura de sensores compactos e de elevada performance contidos no interior de uma só plataforma poderá capturar diferentes propriedades não-visiveis de um determinado objecto e, mais progressista ainda é o facto de estas mesmas tecnologias poderem ser incorporadas nos nossos telefones inteligentes e servirem para os mais inimagináveis fins: fotografar uma pizza e indicar qual o seu valor nutricional, por exemplo, ou fotografar uma “hiperimagem” de um cheque e dizer-nos se este é verdadeiro ou falso. E será esta capacidade de olhar “para além” do que é visível que nos permitirá aumentar, em grande escala, os conhecimentos sobre o mundo que nos rodeia.

Macroscópios e o futuro da agricultura (e não só)

Hendrick Hamann faz parte da equipa de investigação da IBM dedicada ao estudo e à exploração da intersecção entre o Big Data e a Física, uma área do conhecimento denominada Física Analítica. Especializada em domínios como os modelos físicos, as técnicas de machine learning, os sensores, a gestão de dados e as tecnologias de Big Data, a equipa de Hamann tem vindo a trabalhar com todas estas tecnologias aplicando-as nas áreas das energias renováveis, na agricultura de precisão – domínio em que já foi premiada – e na gestão energética. Todavia, a equipa está agora à frente da área da Internet das Coisas (IoT, na sigla em inglês), cujo crescimento tem sido ultra-acelerado nos últimos anos e que Hamann define como “a extensão da Internet clássica dos computadores a qualquer objecto físico”.

Com a panóplia infinita de dados que vão surgindo proveniente dos milhões de objectos conectados em todo o mundo, a informação é tanta que, na sua maioria, fica por analisar e organizar. E, como afirma Hamann, “depois de termos testemunhado a era da digitalização das informações, das transacções comerciais e das interacções sociais, digitalizar agora o mundo físico que nos rodeia parece ser o passo seguinte e o mais lógico”. E, acrescenta, “tudo o que existe no mundo físico poderá ser ligado em termos de espaço e de tempo, conferindo-nos a possibilidade de pesquisar e analisar uma vasta ‘colecção’ de informação geoespacial e revelar novos conhecimentos sobre os mais fundamentais problemas que enfrentamos, como a disponibilidade de alimentos, água e energia”. Este esforço está a ser feito no interior do IBM Research Frontiers Institute, um consórcio construído com base na investigação aberta e colaborativa e que reúne empresas parceiras de várias indústrias que colaboram com o talento em investigação existente na IBM, em conjunto com as suas infra-estruturas de ponta, para estimular inovações que mudarão o mundo e que terão um impacto global”.

Assim, e para tornar mais preciso este passo lógico, Hammam revela que a sua equipa está a trabalhar num denominado “macroscópio” que consiste num sistema de software e algoritmos que tem como principal objectivo reunir todos os dados complexos do nosso planeta e melhor analisar o seu significado. Apesar de poder vir a ter aplicações variadas, em domínios diversificados, a ideia é agregar, organizar e analisar dados sobre clima, condições do solo, níveis de água e práticas de irrigação, entre outro tipo de conhecimentos úteis e particulares de determinado país, para ajudar os agricultores, as empresas fornecedoras de sementes, os produtores alimentares, entre outros, a determinar, com todo este manancial de informação, desde o tipo de colheitas mais rentáveis, às épocas mais propícias para a sua plantação, até à optimização do equilíbrio entre a quantidade de água e fertilizantes para gerar o maior rendimento possível. Considerando que as estimativas apontam para que em 2050 a população mundial ronde os 9 mil milhões de habitantes – e uma boa parte dela viverá nos países em desenvolvimento que ainda não adoptaram práticas agrícolas modernas – esta não é só uma boa ideia, como uma possível resposta a um dos desafios globais mais importantes do mundo em que vivemos.

Detectives e um laboratório médico no interior de um chip

Como é do conhecimento geral, quanto mais precocemente uma doença é detectada, maiores são as possibilidades de ser curada ou, em termos menos optimistas, melhor gerida. Por exemplo, o cancro da mama ou da próstata, se diagnosticados no primeiro estadio da doença, apresentam taxas de sobrevivência de cinco anos muito perto dos 100%. Pelo contrário, se os mesmos forem apenas descobertos mais tarde, no estadio quatro, por exemplo, esta taxa desce para 26%, no primeiro caso, e para 28% no segundo. Ou e por outras palavras, o principal desafio de não de se descobrir uma determinada doença precocemente resulta no facto de os pacientes só procurarem ajuda quando já existem sintomas.

Gustavo Stolovitzky é director da unidade de pesquisa em Biologia de Sistemas Translacionais e de Nanobiotecnologia da IBM. E há mais de 15 anos que mergulhou na área da genómica para o cancro, ao longo dos quais e como afirma “tem testemunhado progressos incríveis, a maioria deles provenientes dos avanços na tecnologia genómica”. Há cerca de uma década que Stolovitzky reconheceu que os recursos e conhecimentos em termos de micro e nano tecnologias existentes no departamento de pesquisa da BM poderiam ser utilizados para acelerar a sequência do ADN. “Há cerca de três anos, eu e a minha equipa começámos a pensar como poderíamos utilizar a nanotecnologia para a criação de dispositivos de diagnóstico que, tal como os detectives que seguem as suas pistas, poderiam inspeccionar os fluidos corporais e encontrar biomarcadores nanoscópicos relacionados com determinadas doenças em fases muito precoces”. De acordo com as previsões da IBM, e visto que o desenvolvimento destes “laboratórios no interior de um chip” estão já numa fase de progresso significativa, dentro de cinco anos será possível reduzir a um único chip de silício todos os processos necessários para analisar uma doença que normalmente seria realizada num laboratório de bioquímica em grande escala. E, cereja no topo do bolo, este denominado “lab-on-a-chip” poderá ainda ser incorporado num dispositivo portátil, o qual poderá ser utilizado por cada um de nós, permitindo a avaliação rápida e regular da presença de biomarcadores, a partir das nossas casas, e enviando a informação em causa por streaming e a partir da cloud. Seguidamente, esta informação poderá ser combinada com dados de outros dispositivos de IoT, como monitores de sono ou medidores de glicemia. Assim, e depois de uma análise de todos os dados recolhidos, será possível gerar alertas para os primeiros sinais de alguma doença que estejamos a “incubar” e que, quanto mais precocemente detectada, melhor tratada será.

Poluição ambiental e sensores (muito) inteligentes

É mais uma tentativa de solucionar um dos grandes desafios que se apresentam à escala global: a poluição atmosférica. Apostando mais uma vez no valor da interdisciplinaridade, a equipa de Will Green e Norma Sosa, que trabalha na área da nanofotónica em silício e nos sistemas e tecnologias de IOT cognitiva pretendem que, num período de cinco anos, estejam disponíveis novas tecnologias “sensíveis” à detecção de gases, em particular do metano, implementadas perto de poços de extracção de gás natural, nas instalações de armazenamento e ao longo de condutas de distribuição. E porquê e para quê?

Em primeiro lugar porque o metano, o principal constituinte do gás natural – e apesar de este ser considerado uma energia limpa – que é libertado para a atmosfera é considerado como o segundo grande “culpado” do aquecimento global (depois do CO2, é claro). Em segundo, porque tal como a esmagadora maioria dos poluentes, é invisível ao olho humano (até que chega a altura em que é impossível ignorá-los). Assim, o objectivo da equipa de Green e Sosa é detectar, em tempo real, esses vazamentos invisíveis, através de redes de sensores de IoT, ligadas via wireless à cloud, oferecendo assim uma monitorização contínua, em conjunto com a redução da poluição e dos resíduos, já para não falar no evitar de eventos potencialmente catastróficos.

Mas não só. Estes sistemas de sensores que conseguem “ver” ampliarão as suas capacidades de detecção não só para o metano, mas também para outro tipo de contaminantes”, como asseguram os dois investigadores. Resíduos de petróleo nas águas, poluentes prejudiciais resultantes dos tubos de escape dos automóveis e outras partículas no ar são os candidatos que se seguem, sendo que ao longo do tempo, o desafio é ainda mais ambicioso, pois a equipa espera conseguir, com esta técnica, desbloquear o potencial pleno das energias de gás naturais tornando-as ainda mais limpas, bem como determinar os níveis de todos os componentes químicos perigosos que existem na atmosfera.

No centro destas inovações está a denominada fotónica em silício, uma tecnologia em evolução que transfere dados pela luz, permitindo uma computação literalmente “à velocidade da luz”. Adicionalmente, estes chips mínimos – e muito provavelmente os mais pequenos do mundo – poderão ser incorporados numa rede de sensores no terreno ou no interior de infra-estruturas, ou ainda em drones, gerando informações que, quando combinadas com outros dados em tempo real, como os provenientes de satélites, por exemplo, poderão ser utilizadas para construir modelos ambientais complexos por forma a detectar a origem e a quantidade de poluentes à medida que os mesmos vão surgindo.