Computação Natural

COMPUTAÇÃO NATURAL

João Carlos Campos de Oliveira

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Márcio Rogério Ferreira

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Person Arruda

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Roberto de Lima Gonçalves

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Vitor Thomaz Alves

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Tópicos Avançados de TI – Prof. José Henrique

Resumo: Este artigo trata do tema da Computação Natural que engloba todos os sistemas computacionais desenvolvidos com base em inspirações ou utilização de mecanismos naturais de processamento de informação. O estudo abrange tópicos de elevada relevância como computação inspirada na natureza, estudos sobre a natureza através da computação e computação com mecanismos naturais. Com base em dados bibliográficos, este estudo apresenta brevemente cada um dos tópicos destacados da computação natural, seus principais pontos e aplicações.

Palavras-chave: Natural, Computação, Ciência Natural

Introdução

Uma nova abordagem estendendo o conceito de Ciência da Computação é aplicada e é uma importante transformação que busca combinar a computação realizada em ciência da computação com a computação observada na natureza que nos cerca.

O nome desta transformação é Computação Natural, um importante catalisador desta transformação e define-se como um termo geral que se refere a computação que ocorre na natureza ou é inspirado por ela.

Busca-se entender e usar processos computacionais que modelam fenômenos complexos que ocorrem na natureza. Espera-se obter ganhos de conhecimento na Ciências Natural e na Ciência da Computação.

Utiliza características, inspiradas pela natureza, na computação projetada por seres humanos para uso metafórico de conceitos, princípios e mecanismos fundamentando os sistemas naturais conhecidos.

Este termo denominado computação natural vem sendo empregada na literatura para descrever todos os sistemas computacionais desenvolvidos com inspiração ou utilização de algum mecanismo natural ou biológico de processamento de informação.

Fundamentalmente, a computação natural é constituída por novas abordagens computacionais caracterizadas por uma maior proximidade com a natureza.

Principais objetivos e aplicação da Computação Natural, entre os inúmeros objetivos podemos principalmente citar:

1. Desenvolver ferramentas matemáticas e computacionais para a solução de problemas complexos em diversas áreas do conhecimento;

2. Projetar dispositivos (computacionais) que simulam, emulam, modelam e descrevem sistemas e fenômenos naturais;

3. Sintetizar novas formas de vida, denominadas de vida artificial;

4. Utilizar mecanismos naturais, como cadeias de DNA e técnicas de engenharia

genética, como novos paradigmas de computação.

Existem vários exemplos de objetos (artefatos) desenvolvidos com inspiração na natureza, tais como velcro (plantas), coletes a prova de bala (teias de aranha), sonares (morcegos), aviões (pássaros), entre outros.

A computação natural também está fortemente ligada à natureza sob diversas perspectivas e com abordagens distintas.

Por exemplo, o funcionamento do cérebro humano inspirou o desenvolvimento das redes neurais artificiais (Haykin, 1999) e o funcionamento do sistema imunológico dos vertebrados inspirou os sistemas imunológicos artificiais (de Castro & Timmis, 2002).

Portanto, a computação natural pode ser vista como uma versão computacional dos processos de análise (extração de ideias, mecanismos, fenômenos e modelos teóricos) e síntese da natureza para o desenvolvimento de sistemas “artificiais”, ou ainda como a utilização de meios e mecanismos naturais para realizar computação.

É importante salientar que a palavra “artificial” no contexto de computação natural significa apenas que os sistemas e dispositivos resultantes são desenvolvidos por seres humanos ao invés de serem produtos diretos da evolução das espécies.

A área de computação natural pode ser divida em três grandes sub-áreas:

1. Computação Inspirada na Natureza.

2. Computação com Mecanismos Naturais.

3. Estudos sobre a natureza através da computação

Computação inspirada na natureza

Pode-se iniciar uma análise com relação ao tópico com a seguinte pergunta como base:

-Teria o homem perseguido a ideia de voar se não tivessem observado antes os animais que voam?

Este ramo da computação natural é tido como o mais antigo estudado e os benefícios originários da imitação dos processos observados na natureza não irrefutáveis, como exemplo, pode-se tomar a pergunta pouco acima.

Essa imitação pode ocorrer em diversos níveis, tais como, fonte de inspiração, simulação de comportamentos, mecanismos de processamento de informação e reprodução na forma de dispositivos físicos.

A raça humana demonstra interesse nos processos de imitação da natureza desde sempre, ve-se isso na simples comparação de desempenho de dispositivos naturais e artificiais.

Embora diversos pontos possam ser usados com inspiração na natureza, construção civil, definição de rotas para fontes de alimentos, movimentação as cegas e outros, deve-se manter o senso do limite do que é audácia e a linha da ingenuidade. A resolução de um problema não necessariamente se dá com base exclusiva das técnicas inspiradas na natureza, mas no desenvolvimento de sistemas híbridos .

A busca por imitar os processos naturais, faz com que entendamos melhor cada um deles, gerando assim um efeito colateral marcante na evolução e estudo, um exemplo se dá com a inteligência robótica coletiva.

Mas para estas pesquisas e estudos, faz-se necessária uma