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sexta-feira, 18 de dezembro de 2009

0 Biologia ajuda na evolução de equipamentos eletromagnéticos

De um lado, algoritmo genético, estratégia evolutiva e sistema imunológico artificial. De outro, dispositivos com aplicações em micro-ondas e fotônica, como antenas, filtros, guias de ondas e metamateriais.

Será possível encontrar algum ponto de contato entre assuntos aparentemente tão diversos?

Carlos Henrique da Silva Santos, doutorando na Universidade Estadual de Campinas (Unicamp), está certo de que a sua área de pesquisas - dispositivos ópticos, semicondutores e eletromagnéticos - tem tudo a ganhar com programas de computador desenvolvidos com métodos da evolução natural estudada pela biologia.

E ele parece estar certo. Carlos Henrique ganhou o prêmio de melhor artigo científico na categoria de estudantes de doutoramento da International Microwave and Optoelectronics Conference 2009, um evento que reuniu os maiores pesquisadores da área em nível mundial.

Algoritmos bioinspirados

O trabalho envolveu a utilização dos chamados algoritmos bioinspirados, programas de computador que se baseiam em mecanismos biológicos para resolver problemas, neste caso, dispositivos tão exóticos quanto guias de onda e tão comuns quanto antenas de telefones celulares.

Os algoritmos bioinspirados fazem parte dos estudos da chamada computação natural, que por sua vez está inserida na área da inteligência computacional.

Segundo o cientista, os algoritmos genéticos resolvem problemas computacionais por meio da modelagem do processo de evolução natural que dirige o desenvolvimento da vida. "Com eles, realizamos processos evolutivos até encontrar soluções adequadas para determinado problema," disse.

Evolução da antena de celular

O principal objetivo do trabalho foi a aplicação dos algoritmos inspirados na biologia para a otimização de dispositivos fotônicos e eletromagnéticos por meio da modelagem numérica bidimensional. Mas os algoritmos podem ter aplicações em muitas outras áreas.

O grupo do qual Carlos Henrique faz parte utilizou três tipos diferentes de algoritmos bioinspirados - algoritmo genético, estratégia evolutiva e sistema imunológico artificial.

O pesquisador exemplifica a aplicação com uma antena de celular que não funciona muito bem em determinada região. "Para melhorar e tornar esse celular eficiente, podemos modelar essa antena em algum software e aplicar esses algoritmos de otimização de modo a melhorar a sua eficiência."

"Podemos fazer isso passando como parâmetros de otimização as dimensões da antena e os materiais utilizados em sua fabricação, entre outros. Em cima desses dados e de algumas restrições que impomos, os algoritmos tentarão nos prover um modelo mais eficiente de antena", explicou.

Evolução paralela

Além da eficiência na otimização, outro ponto importante da pesquisa é o tempo de processamento que um algoritmo bioinspirado leva para otimizar cada estrutura.

"O tempo de processamento é importante, pois cada procedimento pode levar dias para ser concluído. Conhecendo melhor os algoritmos iniciamos melhorias para a redução desse tempo. Também estamos trabalhando no processamento paralelo desses algoritmos de otimização e nos métodos numéricos para reduzir ainda mais esse tempo", contou.

Para melhorar o processo, foram realizadas algumas mudanças nos algoritmos, com a inserção de estruturas de dados para melhorar o gerenciamento, reduzindo o tempo de processamento e a quantidade de execuções das funções objetivas.

Carlos Henrique destaca a eficiência desses algoritmos. "Eles apresentam boa flexibilidade e facilidade de adaptação em diferentes problemas. A quantidade de recursos que podem ser incrementados e explorados para melhoria dos algoritmos no eletromagnetismo computacional também chama a atenção da comunidade científica", disse.

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Created by Billy