Biomimética: Por que sair e "tocar grama" pode realmente ser a resposta para o seu problema

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Como desenvolvedores, muitas vezes somos criticados por passar muito tempo em frente a tela do computador. A famosa frase "sai desse computador, toma um sol, vai tocar na grama" já deve ter sido ouvida por muitos de nós. No entanto, o que poucos sabem é que sair para tocar na grama pode ser exatamente o que precisamos para encontrar soluções criativas para problemas complexos da tecnologia. Este artigo aborda o conceito de biomimética, que consiste em observar e copiar soluções desenvolvidas pela natureza ao longo de bilhões de anos de evolução, e como isso pode ser aplicado na tecnologia para criar soluções mais eficientes e sustentáveis.

“Aqueles que são inspirados por um modelo diferente da Natureza, uma mestra acima de todos os mestres, estão trabalhando em vão.”

-Leonardo DaVinci

Em 1989, no Japão, havia um modelo de trem-bala que era muito rápido, podendo chegar a 268 km/h. O problema é que, quando entrava em um túnel em alta velocidade, o ar na frente do trem ia se comprimindo durante sua passagem e, ao sair do túnel, a rápida descompressão resultava em um "estrondo sônico", o mesmo efeito causado por aviões ao quebrarem a barreira do som ou o barulho de um trovão. Este barulho causado pelo trem era tão alto que podia ser ouvido a mais de 400 metros de distância, o que é um grande problema quando se tem trilhos próximos a áreas residenciais.

Para resolver isso, um time de engenheiros foi contratado para melhorar a qualidade deste serviço. Um dos membros deste time era Eiji Nakatsu, um engenheiro que tinha como hobby observar aves. Eiji Nakatsu observou um martin-pescador mergulhar para caçar sua presa e percebeu que pouquíssima água era respingada quando mergulhava. Com inspiração no bico do martim-pescador, em 1997 Eiji e seu time desenharam a nova frente do trem-bala. Como resultado, o novo trem era 10% mais rápido, gastava 15% menos eletricidade e conseguiu ficar abaixo do limite de barulho em áreas residenciais.

Isso que Eiji Nakatsu fez é chamado de Biomimética.

O que é Biomimética?

A biomimética é prática de copiar e aplicar em problemas atuais as estratégias que a natureza desenvolveu ao longo dos bilhões de anos de existência da vida. É entender como a natureza se adaptou ao longo dos anos para resolver problemas muito parecidos com os que enfrentamos diariamente.

O termo biomimética foi popularizado em 1997 por Janine Benyus, co-fundadora do Instituto Biomimicry e autora do livro "Biomimicry: Innovation Inspired by Nature.", porém, ainda no século XV, o grande Leonardo DaVinci já estava profundamente emaranhado na ideia de olhar para a natureza para procurar as respostas. Uma prova disso é a sua obra "Homem Vitruviano", em que DaVinci ostenta seu profundo conhecimento em proporções e seu entendimento na mistura da matemática com a arte. DaVinci desenhou um modelo de paraquedas usando como inspiração sementes que caiam de árvores. Seu modelo foi testado no ano 2000 e foi um sucesso.

Existem inúmeras outras aplicações de biomimética: materiais hospitalares que têm o formato da pele de tubarão pois esta repele bactérias, o posicionamento de turbinas eólicas na mesma formação de cardumes de peixe nada para ter menos resistência do ar, textura de pinturas que imitam a superfície de uma folha de lótus pois esta repele a água que, ao passar, leva a sujeira junto.

Biomimética na Computação

A biomimética é uma fonte de inspiração para diversas áreas da ciência e da tecnologia, incluindo a computação. Com a crescente demanda por soluções mais eficientes e sustentáveis, a essa abordagem tem se mostrado uma fonte valiosa de inovação para a tecnologia da informação. Através de exemplos como a imitação do comportamento de neurônios em redes neurais e a utilização de algoritmos genéticos baseados na teoria da evolução das espécies, a biomimética tem ajudado a solucionar problemas complexos na computação de forma criativa e eficiente.

Alguns exemplos da biomimética aplicada à computação:

1. Redes Neurais

Algoritmos de redes neurais são uma aplicação de inteligência artificial para resolução de problemas extremamente complexos de reconhecimento de padrões como reconhecimento de voz, imagem, NLP (Natural Language Processing) entre outros. As redes neurais, como o nome diz, se inspira na estrutura e comportamento de neurônios para resolução de problemas.

2. Algoritmos genéticos

Algoritmos genéticos são técnicas de Inteligência Artificial de otimização que se inspiram na Teoria da Evolução das Espécies. Estes algoritmos combinam seleção natural, recombinação genética, mutação, influência do meio na seleção dos seres mais aptos e outras técnicas para gerar uma variedade de soluções e encontrar a mais viável para um problema.

3. Sistemas multiagentes

São sistemas que se inspiram na interação social de insetos, como formigas e abelhas, para resolver problemas complexos como a interação entre diversos veículos autônomos compartilhando a mesma via. Esses sistemas utilizam um conjunto de agentes que interagem entre si e com o ambiente para alcançar objetivos em conjunto.

4. Memória de célula natural

É uma técnica que se inspira na forma como o sistema imunológico humano memoriza invasores estrangeiros para identificá-los rapidamente no futuro. Essa técnica é utilizada em sistemas de detecção de ameaças de segurança cibernética para identificar rapidamente padrões de comportamento maliciosos.

5. Robótica inspirada em animais

É a área que se inspira em animais para desenvolver robôs com habilidades específicas, como locomoção, manipulação de objetos, detecção de movimento, entre outras. Esses robôs são utilizados em diversas aplicações, como exploração espacial, busca e salvamento, agricultura de precisão, entre outras.

Conclusão

A frase de Leonardo DaVinci no começo deste artigo é uma conclusão coerente quando entendemos como natureza desenvolveu soluções eficientes para inúmeros problemas complexos que enfrentamos atualmente. Foram aproximadamente 4 bilhões de anos de história da vida na Terra e isso é muito tempo de pesquisa e desenvolvimento. Não há estudo laboratorial mais efetivo que isso.

Como foi dito por Janine Benyus em sua palestra "Biomimicry in action" no TED: "Se eu pudesse revelar algo que está escondido de nós, pelo menos na cultura moderna, e é algo que sabíamos tão bem como nossos nomes mas parece que esquecemos, é que nós vivemos em um universo competente e que estamos rodeados de genialidade. Nós não somos os primeiros a processar celulose, não somos os primeiros a tentar otimizar espaço, não somos os primeiros a tentar construir casas para nossos filhos. A natureza tem feito todas essas coisas há bilhões de anos".

É genial o conceito de poder resolver problemas imitando o que nosso meio nos proporciona. Algoritmos genéticos e Redes neurais, por exemplo, são minhas aplicações favoritas de biomimética na computação pois, não só fazem total sentido, mas também são assuntos que me dão vontade de estudar e se aprofundar cada vez mais. Além de que isso é um dos melhores exemplos que não só a extração da natureza pode fazer a humanidade prosperar. Há muito conhecimento para se obter de forma não destrutiva e estes conhecimentos são extremamente valiosos.

Para mim, poder ter escrito este artigo integrando conhecimentos que parecem distintos à primeira vista mas, com um pouco mais de cuidado, percebe-se que são intrinsecamente ligados, foi um grande prazer.