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A inteligência do enxame

Cientistas de Boston se inspiram nos cupins para criar quadrilhas de robôs que se organizam sem controle central

Robôs construtores com mentalidade de enxame. Ampliar foto
Robôs construtores com mentalidade de enxame.

Podem 20 pedreiros construir uma casa sem um projeto, 40 arquitetos erguer uma cidade sem um plano urbanístico, 80 blogueiros fazer um jornal sem um editor? Nós, humanos, parecemos requerer algum tipo de controle central para construir algo sensato e funcional. Os cupins, por sua vez, fabricam suas cidades – esses montes quase mil vezes maiores que seu corpo – sem necessidade de planos, arquitetos ou mestres de obra: somente com comunicação local. Cientistas de Boston imitaram os cupins e conseguiram formar quadrilhas de pequenos robôs que são capazes de edificar estruturas sem nenhum controle central. Ainda não são exércitos, mas a robótica já possui a inteligência do enxame.

Justin Werfel e seus colegas da Universidade de Harvard e Instituto Wyss de Engenharia Inspirada na Biologia – cujo nome é uma autêntica declaração de intenções – analisaram a fundo o tipo de informação que cada cupim troca com seus vizinhos e se apoiaram nela para desenhar os algoritmos que regem suas sociedades autômatas. Os mecanismos não se parecem em nada com os robôs antropomórficos dos filmes. Nem sequer se parecem com os cupins: são seus algoritmos de comunicação que se parecem com eles.

Cada robô tem uma capacidade sensorial muito limitada: somente pode detectar se há um tijolo ou um outro robô ao lado. Sua atividade basal é percorrer o terreno pegar um tijolo e assentá-lo. Se onde ele for assentá-lo já houver um tijolo, ele vai saltando posições até encontrar um lugar vazio; e se nessa altura não houver mais, ele sobe para a fila de cima. São regras e comportamentos realmente simples. A complexidade emerge em nível coletivo, como a inteligência arquitetônica dos cupins. Os robôs-cupins são apresentados na “Science”.

Demonstração com explicação (em inglês) dos robôs.

“Todo esse assunto de pesquisa está inspirado nos cupins”, reconhece o líder do grupo, o engenheiro do instituto Wyss Justin Wefel. “Começamos aprendendo as coisas incríveis que esses insetos minúsculos são capazes de fazer, e dissemos: fantástico, e agora, como criamos robôs que funcionem de modo semelhante, mas construam o que os humanos querem?” Já se vê que o nome do instituto – de Engenharia Inspirada na Biologia – não é só uma (boa) metáfora.

Werfel explica que os robôs foram programados com dois tipos de regras: as que são comuns a qualquer estrutura que se queira construir e o que ele chama de “normas de tráfego”, que são específicas para cada construção particular. “As regras de tráfego determinam aos robôs que estão em um lugar específico para onde é que estão autorizados a ir em seguida”, explica. Brincando com este código de circulação, os pesquisadores de Boston conseguiram que seus robôs cupins construam vários tipos de arquiteturas – uma casa com cinco quartos, um escritório, um edifício de três andares – sem nenhum controle central.

Alguém poderia argumentar que o controle central está nas regras de programação ou nas “regras de tráfego”, mas a verdade é que estas regras só funcionam localmente: como uma interação entre um robô e seu vizinho, ou com os tijolos que tem ao lado. Um ‘controle central’ que não deve ser chamado nem controle nem central, e que é legítimo considerar como uma propriedade emergente do sistema: uma que não está no robô, mas na sociedade de robôs. Os sistemas descentralizados deste tipo têm vantagens significativas na engenharia de sistemas. A falha de qualquer robô individual é assimilada com naturalidade pelo conjunto, uma vez que os robôs vizinhos encontrão em seguida as lacunas deixadas pelo que saiu de cena e completarão com tijolos como se nada tivesse acontecido.

Pela primeira vez, a tecnologia não tem que batizar sua invenção. Os mecanismos de coordenação entre os agentes autônomos que somente interagem localmente já têm um nome, embora bastante feio: 'estigmergia'. Foi assim chamado em 1959 pelo entomologista francês Pierre-Paul Grassé em alusão, precisamente, ao comportamento dos cupins que havia estudado. A ideia central de Grassé é que a execução de uma ação (como a colocação de um tijolo) deixa uma marca no ambiente (o próprio tijolo já colocado) que orienta o comportamento subsequente (como pular uma posição na parede). Daí a construção da palavra, que vem dos termos gregos para marca ('estigma') e ação ('ergon').

A etimologia nem sempre ajuda a entender as coisas, mas a natureza sempre serviu de inspiração para inventá-las.