Inteligência Artificial e Transformação Digital na Engenharia

Introdução

O começo do século XXI marca o início da predominância do armazenamento de dados em formato digital sobre as tecnologias analógicas. Na última década, modelos de inteligência artificial (IA) têm sido aplicados em problemas complexos de reconhecimento de padrões como visão computacional e processamento de linguagem natural. Os modelos são processados em arquiteturas de computação de alto desempenho com utilização de unidades de processamento gráfico (GPUs), que têm alta capacidade de processamento e baixo consumo de energia em relação aos processadores convencionais (CPUs). Nos últimos anos, os resultados dos grandes modelos de linguagem, como o GPT-3 e sua interface de conversação o ChatGPT, causaram grande expectativa (e controvérsias) sobre o potencial (e riscos) da inteligência artificial em todas as áreas.

Além da utilização de novas tecnologias, a transformação digital envolve uma nova visão de negócio e novas formas de gestão de ativos, sendo principalmente uma transformação organizacional e cultural e não simplesmente um desenvolvimento tecnológico. Neste contexto, a formação de recursos humanos especializados em tecnologias digitais é vital para o desenvolvimento do país. A formação em tecnologias digitais é inerentemente multidisciplinar uma vez que requer a integração de diferentes áreas de conhecimento com a identificação de problemas específicos da indústria.

A Coppe tem sido pioneira no desenvolvimento de soluções computacionais para problemas complexos de engenharia desde a década de 1970. A atuação da Coppe na área de IA e Transformação Digital na Engenharia é realizada através da Área Interdisciplinar de Engenharia e Ciência Computacional (CSE). A CSE permite o estudo de sistemas complexos e fenômenos naturais que seriam muito custosos, ou mesmo impossíveis por experimentação direta. A CSE utiliza recursos computacionais para responder questões que nem a teoria e nem a experimentação podem resolver isoladamente. A CSE desenvolve algoritmos e sistemas de software específicos para engenheiros e cientistas que permeiam diferentes disciplinas e múltiplas escalas. No centro da revolução digital, a CSE é impulsionada pelos avanços recentes da computação de alto desempenho e IA e tem se firmado como uma forma de geração de novos conhecimentos e produção de inovação em todas as áreas de engenharia, ciência, tecnologia e sociedade.

CSE na COPPE

A CSE se situa na interseção da matemática e da estatística, da ciência da computação, e das disciplinas fundamentais da engenharia e ciência. Esta combinação dá origem a um novo campo, cujas características são diferentes dos seus constituintes originais. A CSE requer conhecimentos de domínio, modelagem matemática, análise numérica, desenvolvimento de algoritmos, implementação de software, execução de programas, análise, validação e visualização de resultados.

A conjunção das competências associadas à computação avançada nas ciências da engenharia é o grande diferencial da Coppe para a solução de problemas complexos. A CSE na Coppe tem um papel cada vez mais importante no cenário nacional nas seguintes áreas de aplicação:

Petróleo e Energia

É imperativo na área de petróleo e gás a minimização do risco exploratório. Sendo assim, a indústria vem demandando cada vez mais simulações de alta fidelidade da subsuperfície. Outras formas de energia, como energia eólica e combustão de biomassa requerem, por exemplo, cada vez mais simulações de alta fidelidade, seja para entender onde posicionar os moinhos de vento ou até mesmo para o projeto e combustores mais eficientes e menos poluentes. A Coppe atua nesta área através do hub digital.

IoT e Big Data

A evolução da tecnologia de sensores e o barateamento de hardware de armazenamento fez surgir uma oferta cada vez maior de dados em praticamente todos os setores de atividade. Tecnologias de IoT e Big Data permitem a captura, armazenamento e processamento intensivo de dados que se beneficiam de modelos matemáticos para previsões e suporte a decisão.

Robótica e Automação

A simulação computacional é uma prática padrão na concepção de sistemas avançados de engenharia, como veículos, máquinas ou robôs. O projeto de engenharia usando computadores de alto desempenho reduz drasticamente a necessidade de construir e testar protótipos, além de contribuir para a segurança e ergonomia.

Visão computacional

Algoritmos recentes de visão computacional e reconhecimento de padrões permitem a análise de imagens com grau de precisão de um ser humano. Este tipo de modelos tem cada vez mais demanda de aplicações industriais e médicas.

Cidades Inteligentes

O desenvolvimento acelerado da urbanização traz uma série de desafios para o desenvolvimento sustentado de cidades. A solução passa pela utilização massiva de dados coletados por diferentes fontes e a utilização de modelos matemáticos sofisticados para a análise destes dados.

Física da Atmosfera e Mudanças climáticas

Modelos climáticos exigirão precisão e resolução sem precedentes para entender como as mudanças globais estão relacionadas a eventos em escalas regionais onde o impacto sobre as pessoas e o meio ambiente é o maior.

Medicina e Biologia

As tecnologias CSE estão rapidamente se tornando indispensáveis para as ciências médicas e biológicas. A simulação desempenha um papel importante no desenvolvimento conceitual de dispositivos médicos. Biologia molecular.

Química

A química computacional (QC) é amplamente utilizada na pesquisa acadêmica e industrial. As estruturas moleculares calculadas, por exemplo, muitas vezes são mais confiáveis do que as determinadas experimentalmente. Simulações para a predição do enovelamento de proteínas têm sido empregadas em aplicações para o desenvolvimento de fármacos.

Materiais

O desafio na pesquisa de materiais é inventar novos materiais e aperfeiçoar os existentes por fabricação e processamento para que eles tenham o desempenho desejado e a resposta ambiental.