Ecocomputação promete IA feita por sistemas naturais

Redação do Site Inovação Tecnológica - 04/05/2023

A capacidade de processamento de informações do ecossistema natural fornece pistas de como a dinâmica do ecossistema é mantida.
[Imagem: KyotoU/Jake Tobiyama]

Ecocomputação

O desenvolvimento de redes neurais e ferramentas de inteligência artificial para análise de dados está aumentando exponencialmente.

Com o gargalo imposto pelo hardware para IA, no entanto, as atenções têm-se voltado para alternativas, como a computação feita por materiais inanimados e, mais recentemente, as redes existentes nos ecossistemas naturais, como as redes de relacionamentos interespécies.

Nesta última abordagem, pesquisadores japoneses acabam de demonstrar o poder computacional dos ecossistemas, fornecendo uma nova direção para o desenvolvimento rápido de tecnologias de IA.

As simulações confirmaram que redes ecológicas - como interações presas-predadores - podem processar informações com eficiência e serem utilizadas como um recurso computacional.

"Chamamos essa abordagem de computação de reservatório ecológico," disse Masayuki Ushio, da Universidade de Kyoto.

Método da computação de reservatório ecológico in silico.
[Imagem: Masayuki Ushio et al. - 10.1098/rsos.221614]

Computação de reservatório ecológico

Na computação de reservatório, a maior parte dos cálculos é realizada pelo próprio sistema, sem requerer energia adicional.

Os pesquisadores desenvolveram dois tipos de computação de reservatório ecológico como uma prova de conceito de que as redes ecológicas têm poder computacional.

O primeiro é uma abordagem baseada em computador, chamada computação de reservatório ecológico in silico, que modela a dinâmica hipotética do ecossistema e simula a resposta. O segundo é um sistema empírico, chamado computação de reservatório ecológico em tempo real, que usa a dinâmica populacional em tempo real do organismo unicelular Tetrahymena thermophila.

Na segunda abordagem, para confirmar o poder computacional de um sistema ecológico natural, a equipe inseriu valores na forma de diferentes temperaturas do meio de cultura - os dados de entrada - e obteve números de células como saída do sistema. O experimento de laboratório confirmou a possibilidade de que a população de Tetrahymena possa fazer previsões para um futuro próximo de séries temporais.

"Nossos resultados também sugerem que pode haver uma ligação entre uma alta biodiversidade e um alto poder computacional, lançando luz sobre novos valores anteriormente desconhecidos da biodiversidade," disse Ushio. "Uma relação direta entre a diversidade de uma comunidade e a capacidade computacional pode aumentar seu quociente de biodiversidade."

Método da computação de reservatório ecológico demonstrado experimentalmente.
[Imagem: Masayuki Ushio et al. - 10.1098/rsos.221614]

Novos tipos de computadores

As comunidades ecológicas processam uma grande quantidade de informações em tempo real nos ecossistemas naturais.

A ideia é tirar proveito desse potencial das interações ecológicas, usando-as como um novo método de computação.

"Nosso novo método de computação pode levar à invenção de novos tipos de computadores. Além disso, ao desenvolver uma maneira de medir a capacidade de processamento de informações de um ecossistema natural, podemos encontrar pistas de como a dinâmica do ecossistema é mantida," concluiu Ushio.

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