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Avanço computacional e ambiental

Publicado em 13 novembro 2010

Por Fábio de Castro, Agência Fapesp

Pesquisadores do Brasil e do exterior participaram nesta quinta-feira (11/11), na sede da FAPESP, do Workshop de Ciência Ambiental, promovido pelo Instituto Virtual de Pesquisas FAPESP-Microsoft Research.

O objetivo do grupo de trabalho, de acordo com a gerente do Programa de Pesquisas da Microsoft Research (MSR), Juliana Salles, é planejar um experimento multidisciplinar de pesquisas na área ambiental.

No encontro, cientistas da área ambiental colocaram colegas da área computacional em contato com suas principais necessidades de pesquisa, do ponto de vista tecnológico. Em contrapartida, especialistas em várias áreas da ciência da computação apresentaram o estado atual de desenvolvimento de sistemas e tecnologias que podem ser úteis para a pesquisa ambiental.

De acordo com Juliana, o workshop foi inspirado em um projeto iniciado em 2009, que teve foco no desenvolvimento de redes de sensores ambientais adaptados às florestas tropicais. O projeto consistiu na instalação de uma rede piloto tridimensional de 50 sensores, na Serra do Mar, na Mata Atlântica do Estado de São Paulo.

Os sensores, desenvolvidos em parceria entre a Universidade Johns Hopkins (Estados Unidos) e a MSR, são destinados a coletar dados em grande escala, permitindo a observação contínua e o monitoramento inteligente de dados como temperatura, umidade e concentração de dióxido de carbono no solo.

"O workshop foi inspirado nesse projeto, com a ideia de expandi-lo tanto em termos de escala como de escopo. Queríamos distribuir um número maior de sensores, da ordem de centenas ou milhares e, ao mesmo tempo, integrar outras disciplinas", disse Juliana à Agência FAPESP.

Além disso, o objetivo é assegurar que o experimento motive uma forte reflexão sobre como a tecnologia computacional pode abrir caminho para o avanço da ciência e, ao mesmo tempo, como a ciência pode estimular o desenvolvimento tecnológico da área computacional.

"Em vez de focalizar apenas no sensor e na tecnologia, queremos que os pesquisadores pensem quais perguntas científicas não podem ser exploradas em função da falta de tecnologia. E como a tecnologia pode facilitar essa exploração científica. O foco é antecipar o que poderemos descobrir se tivermos os recursos certos", disse.

Nos grupos de discussão, segundo Juliana, o workshop explorou alguns cenários a fim de propor um experimento para os mesmos. "O foco foi entender quais são as perguntas de pesquisa e definir o que podemos usar em termos de tecnologia para habilitar essa investigação", disse.

A partir dos resultados do workshop, o Instituto Virtual de Pesquisas FAPESP-Microsoft Research identificará possíveis colaboradores interessados em participar do experimento multidisciplinar. "A ideia é criar um plano de trabalho para os próximos anos, integrando pessoas e disciplinas. Esperamos que isso nos ajude a planejar a execução desse plano experimental", disse.

Do ponto de vista de ciência da computação, o experimento abordará todo o ciclo de pesquisa: desde a aquisição de dados até metodologias de visualização, arquivamento e compartilhamento das informações. Assim como o projeto desenvolvido na Serra do Mar, o experimento terá financiamento direto do instituto - isto é, não estará atrelado às chamadas anuais do Instituto Virtual de Pesquisas FAPESP-Microsoft Research.

"Mas esperamos que essa discussão estimule outros projetos no futuro, atrelados ou não às chamadas. Temos no grupo de trabalho, por exemplo, profissionais da área de bioenergia que talvez não se integrem neste experimento especificamente. Mas que, a partir desse debate, possam se interessar em submeter propostas", destacou.

Segundo Juliana, os principais desafios identificados até agora pelo grupo se concentram nos problemas de visualização e tratamento de dados de maneira geral.

"A coleta dos dados é um problema, mas um dos desafios mais importantes é desenvolver maneiras para analisar e visualizar esses dados de forma que gerem um insight interessante para o pesquisador. O ambiente de dispersão é também um desafio, pela própria hostilidade do ambiente natural", disse.

Outro desafio central é o da multidisciplinaridade, já que a discussão envolve pessoas com interesses e treinamentos distintos. "Um biólogo focaliza determinados atributos do problema científico de maneiras diferentes de um especialista em ciências atmosféricas. O desafio é fazer com que os interesses possam convergir para fazermos um experimento em comum", afirmou.

Desafio multidisciplinar

Claudia Bauzer Medeiros, professora titular do Instituto de Computação da Universidade Estadual de Campinas (Unicamp) e membro da coordenação da área de Ciência e Engenharia da Computação da FAPESP, destacou a importância do workshop em reunir especialistas de áreas muito diferentes, que normalmente não dialogam.

"Cada um mostrou sua metodologia, seu enfoque e seus problemas, o que abre sem dúvida novas possibilidades de projetos que integrem diferentes pontos de vista e necessidades. Especialistas na área computacional apresentaram sistemas já desenvolvidos para evidenciar a gama de possibilidades que temos disponíveis. A ideia é que as necessidades de pesquisa na área ambiental motivem uma adaptação dessas tecnologias", disse.

As possibilidades de aplicação das tecnologias computacionais em ciência do meio ambiente são praticamente infinitas, segundo a pesquisadora, envolvendo desde a coleta e o monitoramento de dados do solo, do subsolo, da atmosfera e do clima, por exemplo, até o tratamento, o armazenamento e a visualização dessas informações.

"Existe uma gama imensa de possibilidades para coletar dados e monitorar o que está ocorrendo. Temos desde sensores para observar o crescimento de raízes, por exemplo, a outros para monitorar a umidade, luminosidade, ventos, fluxos de seiva, fluxos e poluição de água, de velocidade de sedimentos no leito de um rio. Os sensores podem ser usados desde o nível molecular, no interior da célula, até em satélites", afirmou.

Ao lado de especialistas em ciências ambientais, meteorologia, solos e mudanças climáticas presentes no workshop, os cientistas das várias áreas da computação podem cooperar para facilitar o desenvolvimento de novas ferramentas, segundo Claudia, especificando novas formas de armazenar os dados, novos algoritmos e novos tipos de sensores. "Isso deverá facilitar o avanço da ciência nas áreas ambientais e, ao mesmo tempo, na ciência da computação", disse.

Além da captação de dados, a maneira como eles são tratados é uma questão em aberto na ciência da computação. Um dos problemas centrais é como armazenar e integrar dados e que tipos de algoritmos devemos usar para manipulá-los.

"Temos, além disso, o desafio dos modelos de análise: que tipo de programas e algoritmos vamos ter em computação - a partir dos dados já disponíveis e tratados - para gerar modelos. E, finalmente, que novas formas de processamento de imagens teremos para visualizar esses modelos", disse.

O diálogo multidisciplinar é fundamental para o avanço das pesquisas, segundo Claudia. Eventualmente, os cientistas poderiam pensar, por exemplo, em utilizar para o monitoramento de raízes no subsolo programas já desenvolvidos para o processamento de imagens de capilaridade de vasos sanguíneos na retina.

"Não sei se isso é possível porque não é minha área, seria preciso conversar com o pessoal de processamento de imagens. A capilaridade de raízes e vasos sanguíneos pode ter algo em comum. Mas será que os algoritmos são os mesmos, ou podem ser adaptados? Só saberemos se tivermos esse diálogo multidisciplinar", destacou.

(Envolverde/Agência Fapesp)