A IBM divulgou nesta quinta-feira, 5, o "IBM 5 em 5", uma lista de inovações científicas com o potencial de mudar as forma como as pessoas trabalham, vivem e interagem durante os próximos cinco anos.
Em 1609, Galileu inventou o telescópio e vi nosso cosmos de uma forma totalmente nova. Ele provou que a teoria de que a terra e outros planetas em nosso sistema solar giram em torno do sol, que até então era impossível observar. Pesquisa da IBM continua este trabalho através da busca de novos instrumentos científicos – dispositivos físicos ou ferramentas de software avançadas – projetados para fazer o que é invisível no nosso mundo visível, desde o nível macroscópico, até a escala nanométrica.
"A comunidade científica tem uma tradição maravilhosa de criar instrumentos para nos ajudar a ver o mundo de maneiras totalmente novas. Por exemplo, o microscópio nos ajudou a ver objetos muito pequenos para o olho nu e o termômetro nos ajudou a entender a temperatura da terra e do corpo humano,"disse Dario Gil, vice-presidente de Ciência & Soluções da IBM Research. "Com os avanços na inteligência artificial e nanotecnologia, visamos inventar uma nova geração de instrumentos científicos que farão os complexos sistemas invisíveis em nosso mundo hoje visíveis nos próximos cinco anos."
Inovação nesta área poderia permitir melhorar dramaticamente a agricultura, melhorar a eficiência energética, mancha de poluição prejudicial antes que seja tarde demais e prevenir o declínio da saúde física e mental prematura, como exemplos. A equipe global de cientistas e pesquisadores da IBM está constantemente trazendo essas invenções dos laboratórios para o mundo real.
A IBM 5 em 5 é baseada no mercado e tendências de natureza social, bem como as tecnologias emergentes dos laboratórios de pesquisa da IBM ao redor do mundo que podem fazer com que estas transformações sejam possíveis. Aqui estão os cinco instrumentos científicos que vão fazer o invisível visível nos próximos 5 anos:
Com inteligência artificial, nossas palavras irão abrir uma janela para nossa saúde mental
Cérebro com distúrbios, incluindo desenvolvimentos psiquiátricos e doenças neurodegenerativas, representam um fardo enorme de doenças, em termos de sofrimento humano e custo econômico, por exemplo. Hoje, um em cada cinco adultos nos EUA apresentam uma condição de saúde mental como depressão, doença bipolar ou esquizofrenia, e aproximadamente metade dos indivíduos com transtornos psiquiátricos graves não recebem nenhum tratamento. O custo global das condições de saúde mental é previsto para aumentar para US$ 6 trilhões até 2030.
Se o cérebro é uma caixa preta que não compreendemos, então, discurso é uma chave para destravá-lo. Em cinco anos, as gravações do que dizemos serão usados como indicadores da nossa saúde mental e bem-estar físico. Padrões em nosso discurso e escrita analisados pelos novos sistemas cognitivos podem descobrir sinais de transtornos de estágio inicial de desenvolvimento, doenças mentais e doenças neurológicas degenerativas, que podem ajudar médicos e pacientes a melhorar a prevenção, monitorar e controlar estas condições.
Na IBM, os cientistas estão usando as transcrições e entradas de áudio de entrevistas psiquiátricas, juntamente com técnicas de aprendizagem de máquina, para encontrar padrões na intervenção para ajudar os clínicos com precisão, preveem e monitoram a psicose, esquizofrenia, mania e depressão. Hoje, apenas cerca de 300 palavras pode ajudar os médicos a prever a probabilidade de psicose em um grau 2.
No futuro, técnicas semelhantes poderiam ser utilizadas para ajudar pacientes com a doença de Parkinson, Alzheimer, a doença de Huntington, PTSD e até mesmo o desenvolvimento neurológico de condições tais como o autismo e TDAH. Computadores cognitivos podem analisar o discurso de um paciente ou palavras escritas para procurar sinais encontrados na língua, incluindo significado, sintaxe e entonação. Combinando os resultados dessas medições com dispositivos vestíveis e sistemas de imagens, armazenados numa rede segura, pode-se obter um quadro mais completo do indivíduo, permitindo aos profissionais de saúde melhor identificar, entender e tratar a doença subjacente.
Uma vez que esses sinais invisíveis se tornem claros, pode ser identificar a probabilidade dos pacientes entrarem em um determinado estado mental ou detectar quão bem seu plano de tratamento está funcionando, complementando visitas clínicas regulares com avaliações diárias no conforto do lar.
Hiperimagem e IA nos darão visão de super-herói
Mais de 99,9% do espectro eletromagnético não pode ser observado a olho nu. Nos últimos 100 anos, os cientistas construíram instrumentos que podem emitir e sentir a energia em comprimentos de onda diferentes. Hoje, contamos com algumas dessas imagens médicas do nosso corpo, ver a cavidade dentro de nosso dente, verificar nossas malas no aeroporto, ou pousar um avião em um nevoeiro. No entanto, estes instrumentos são incrivelmente especializados e caros e só veem partes específicas do espectro eletromagnético.
Em cinco anos, novos dispositivos de imagem vão usar tecnologia de hiperimagem e IA – Inteligência Artificial que ajudará a ver amplamente, além do domínio da luz visível, combinando várias bandas do espectro eletromagnético para revelar informações valiosas ou potenciais perigos que seriam desconhecidos ou escondidos da vista. Mais importante: esses dispositivos serão portáteis e acessíveis. Então a visão de super-herói pode ser parte de nossas experiências cotidianas.
Uma vista sobre os fenômenos físicos vagamente visíveis ou invisíveis ao nosso redor pode ajudar a compensar condições de tráfego rodoviário e mais ajudar motoristas e carros com auto-direção. Por exemplo, usando imagens de onda de milímetros, uma câmera e outros sensores com tecnologia de hiperimagem poderia ajudar um carro "ver" através da névoa ou chuva, detectar condições de estrada perigosa e difícil de visualizar quando ocorre um black ice ou dizer se há algum objeto à frente e sua distância e qual tamanho. Tecnologias de computação cognitivas poderão raciocinar sobre esses dados e reconhecer o que pode ser uma ata de lixo um animal atravessando a estrada, ou um buraco que poderia furar um pneu.
Incorporado em nossos telefones, essas mesmas tecnologias podem levar imagens de nossa comida para mostrar o seu valor nutritivo ou se é seguro comer. Uma hiperimagem de uma droga farmacêutica ou um cheque do banco poderia nos dizer o que é fraudulento e o que não é. O que antes era além da percepção humana entrará em modo de exibição.
Cientistas da IBM hoje estão construindo uma plataforma compacta hipermagem que "vê" através de porções distintas do espectro eletromagnético em uma única plataforma, para potencialmente permitir que um leque de aplicativos e dispositivos práticos e acessíveis.
Macroscópios vão nos ajudar a compreender a complexidade da terra no detalhe infinito
Hoje, o mundo físico só nos dá um vislumbre em nosso ecossistema complexo e interligado. Nós coletamos exabytes de dados – mas a maioria é desorganizada. Na verdade, estima-se que 80% do tempo de um cientista dados é gasto "escovando" dados em vez de analisar e compreender o que esse dado está tentando nos dizer.
Graças a Internet das Coisas, novas fontes de dados estão chegando de milhões de objetos conectados – de geladeiras, lâmpadas, monitor de frequência cardíaca, sensores remotos, câmeras, estações meteorológicas, satélites e telescópio. Já existem mais de 6 bilhões de dispositivos conectados gerando dezenas de exabytes de dados por mês, com uma taxa de crescimento de mais de 30% ao ano. Após a digitalização com sucesso das informações, transações de negócios e interações sociais, estamos agora no processo de digitalização do mundo físico.
Em cinco anos, nós usaremos algoritmos de aprendizado de máquina e software para nos ajudar a organizar as informações sobre o mundo físico, para ajudar a trazer os vastos e complexos dados reunidos por bilhões de dispositivos ao alcance de nossa visão e compreensão. Chamamos a isto um "Macroscópio" – mas ao contrário do microscópio para ver muito pequeno, ou o telescópio que vê longe, é um sistema de software e algoritmos para trazer, juntos, dados complexos para analisar o significado.
Agregando, organizando e analisando dados sobre clima, condições do solo, níveis de água e sua relação com as práticas de irrigação, por exemplo, uma nova geração de agricultores terá insights que ajudá-los a determinar a colheita certa, escolhas, onde plantá-las e como produzir rendimentos ideais, preservando as fontes de água preciosas.
Em 2012, pesquisa da IBM começou a investigar este conceito em vinícola Gallo Winery, na Califórnia, integrando a irrigação, solo e dados meteorológicos com imagens de satélite e outros dados de sensor para prever a irrigação específica necessária para produzir uma qualidade e rendimento ideal de uva. No futuro, tecnologias Macroscópio vão ajudar na expansão desse conceito para qualquer lugar do mundo.
Além do nosso próprio planeta, tecnologias de Macroscópio poderiam lidar, por exemplo, com a complicada indexação e correlação de várias camadas e volumes de dados coletados por telescópios para prever colisões asteroides e aprender mais sobre sua composição.
Laboratórios médicos "em um chip" servirão como detetives da saúde para a doença de rastreamento em nanoescala
Detecção precoce da doença é crucial. Na maioria dos casos, quanto mais cedo a doença é diagnosticada, o mais provável é ser curada ou bem controlada. No entanto, doenças como o câncer podem ser difíceis de detectar, escondidas em nossos corpos, antes que os sintomas apareçam. Informações sobre o estado de nossa saúde podem ser extraídas de pequenas biopartículas de minúsculos fluidos corporais como saliva, lágrimas, sangue, urina e suor. Técnicas científicas existentes enfrentam desafios para capturar e analisar essas biopartículas, que são milhares de vezes menores que o diâmetro de um fio de cabelo humano.
Nos próximos cinco anos, novos laboratórios médicos "em um chip" vão servir como detetives de saúde nanotecnologia – rastreando pistas invisíveis em nossos fluidos corporais e nos avisar imediatamente se temos razões para consultar um médico. O objetivo é embutir em um único chip de silício todos os processos necessários para analisar uma doença que seriam normalmente realizados em um laboratório de bioquímica em grande escala.
A tecnologia lab-on-a-chip, finalmente, pode ser empacotada em um dispositivo portátil conveniente para permitir que as pessoas rapidamente e regularmente meçam a presença de biomarcadores encontrados em pequenas quantidades de fluidos corporais, enviando essas informações com segurança na nuvem no conforto do seu lar. Lá pode ser combinado com dados de saúde em tempo real de outros dispositivos habilitados, como monitores de sono e relógios inteligentes e analisados por sistemas IA. Quando avaliados em conjunto, esses dados nos darão uma visão da nossa saúde e alertar-nos para os primeiros sinais de problemas, ajudando a combater a doença antes que ela progrida.
Na IBM Research, cientistas estão desenvolvendo nanotecnologia do lab-on-a-chip, que pode separar e isolar biopartículas de até 20 nanômetros de diâmetro, uma escala que dá acesso ao DNA, vírus e exosomes (nano-vesículas produzidas por todas as células do corpo humano). Estas partículas poderiam ser analisadas para revelar potencialmente a presença da doença, mesmo antes de ter sintomas.
Sensores inteligentes irão detectar poluição ambiental na velocidade da luz
A maioria dos poluentes é invisível ao olho humano, até seus que seus efeitos sejam impossível de ignorar. Metano, por exemplo, é o principal componente do gás natural, geralmente considerado como uma fonte de energia limpa. Mas se os vazamentos de metano no ar antes de serem utilizados, pode aquecer a atmosfera da terra. Metano é estimado como o segundo maior contribuinte para o aquecimento global depois de dióxido de carbono (CO2).
Nos Estados Unidos, emissões provenientes de sistemas de óleo e gás é a maior fonte industrial de gás metano na atmosfera. Os E.U. Environmental Protection Agency (EPA) estima que mais de 9 milhões de toneladas métricas de metano vazaram de sistemas de gás natural em 2014. Medido como CO2-equivalente a mais de 100 anos, o que é mais gases de efeito estufa do que foram emitidas por todos os EUA em usinas de ferro, aço, cimento e alumínio combinados.
Em cinco anos, novas tecnologias acessíveis implantadas perto de poços de extração de gás natural, de detecção em torno de instalações de armazenamento e ao longo do pipeline de distribuição permitirá a indústria identificar vazamentos invisíveis em tempo real. Redes de sensores sem fio conectadas em nuvem irão fornecer monitoramento contínuo da vasta infraestrutura de gás natural, permitindo que vazamentos sejam encontrados em questão de minutos em vez de semanas, reduzindo a poluição, o desperdício e a probabilidade de eventos catastróficos.
Cientistas da IBM estão combatendo essa situação, trabalhando com os produtores de gás natural e energia sudoeste dos EUA para explorar o desenvolvimento de um sistema de monitoramento inteligente de metano e como parte das redes de observação de metano de ARPA-E com tecnologia inovadora para programa de reduções de poluição.
No centro de pesquisa da IBM, a tecnologia silicon photonics em constante evolução transfere dados pela luz, permitindo literalmente a computação à velocidade da luz. Esses chips poderiam ser incorporados em uma rede de sensores no chão ou dentro de infraestrutura, ou até mesmo voar em drones autônomos; geração de ideias que, quando combinados com dados de vento em tempo real, dados de satélite e outras fontes históricas, podem ser usados para construir modelos ambientais complexos para detectar a origem, quantidade de poluentes e como eles ocorrem.
