Centro de Engenharia
de Sistemas Inteligentes
Inteligência Artificial e
Suas Aplicações
A experiência do TECPAR
Eng. Bruno Campagnolo de Paula
[email protected]
22 / Agosto / 2011
[email protected] / @bcp
http://www.brunocampagnolo.com
TECPAR / CESI
VIIICuritiba
SEMINFO – Paraná - Brasil
Objetivo e sumário
• Mostrar que o desenvolvimento de aplicações em IA é diferente da
computação tradicional;
• Contextualização da IA em geral;
• Tendências de mercado e oportunidades na área de IA;
• Apresentação do trabalho do CESI;
• Aplicações nas áreas de:
– Engenharia do Conhecimento;
– Inteligência Artificial Distribuída;
– Bioinformática;
– IA aplicada a jogos (Game AI);
– Robótica.
2
[email protected]
22 / Agosto / 2011
VIII SEMINFO
TECPAR - Instituto de Tecnologia do Paraná
Empresa pública vinculada à Secretaria de Estado da Ciência,
Tecnologia e Ensino Superior. É uma instituição de pesquisa,
desenvolvimento, produção e prestação de serviços. ( est.
1940).
Missão:
“Realizar pesquisa, desenvolvimento e inovação, contribuindo
para a sustentabilidade tecnológica e social do país“.
3
[email protected]
22 / Agosto / 2011
VIII SEMINFO
CESI – Centro de Engenharia de Sistemas Inteligentes
Objetivo:
“Desenvolver projetos de P&D em Inteligência Artificial,
orientados para aplicações industriais, tecnológicas e
científicas complexas”. Também desenvolver projetos de
Inovação Tecnológica na Agropecuária.
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22 / Agosto / 2011
VIII SEMINFO
Inteligência Artificial
5
[email protected]
22 / Agosto / 2011
VIII SEMINFO
O que é Inteligência?
- Não existe uma definição geral e completa para o que
seja inteligência;
- É possível avaliar se algum sistema (natural ou artificial)
é ou não inteligente;
- É possível determinar atributos para que um sistema
seja considerado inteligente.
6
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VIII SEMINFO
Definição de Inteligência Artificial
Parte das Ciências da Computação que busca
simular ou emular o comportamento humano
inteligente em termos de processos computacionais.
[Schalkoff, 1990]
7
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22 / Agosto / 2011
VIII SEMINFO
Classificação
dos Sistemas
Inteligentes
Classificação [Russel & Norvig 1995]
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22 / Agosto / 2011
VIII SEMINFO
Agente
Inteligente
Percepções
Memória
Conhecimento
Planejamento
e Tomada de
Decisões
Ambiente
Ações
Objetivos
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22 / Agosto / 2011
VIII SEMINFO
Evolução da Inteligência Artificial
Gutemberg
Impressora de caracteres móveis
Platão
Aristóteles
Lógica
Karel Kapek
primeira utilização da
palavra ROBOT
Desenvolvimento da
relojoaria.
Brinquedos
mecânicos
500 a.C.
Allan Turing
"Computing Machinery
and Intelligence
14
15
16
17
18
19
Russell & Whitehead
Análise lógica do
conhecimento
1901
1910
McCulloch & Pitts
Fundamentos das redes
neurais
1920
1930
1940
1950
Séculos
Mary Shelley - Frankenstain.
George Boole - algebra binária - leis do pensamento.
Charles Babbage & Ada Byron - máquinas de calcular
mecânicas programaveis.
Descartes - raciocínio cartesiano.
Hobbes - LEVIATAN - teoria do pensamento.
Pascal - primeira máquina de calcular (+-).
Leibniz - melhorias na máquina (*/).
10
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VIII SEMINFO
Claude Shannon
Jogo de Xadrez
(mecanismos de busca)
Isaac Asimov
As três leis da robótica
Evolução da Inteligência Artificial
1965
ELIZA - Simulação de diálogos
Joseph Weizenbaun
1957
Newell, Shaw & Simon
General Problem Solver
1958
LISP
John McCarthy
1950
1960
1955
FORTRAN
11
1956
Dartmouth Conference
Criado o termo IA
McCarthy, Minsky,
Shannon, Newell,
Simon, ...
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22 / Agosto / 2011
Primeiras aplicações comerciais:
- Sistemas Especialistas
- 'Shells'
1974
MYCIN
1966
Sistema especialista para
Meados dos anos 80
Redes Semânticas diagnóstico médico
Disseminação das
Ross Quillian
Ted Shortliffe
Redes Neurais
1980
HEARSAY-II
1967
Apredizado de Máquina
Modelo 'Blackboard'
DENDRAL
Sistemas Multi-Agente
Erman, Hayes-Roth,
primeiro sistema baseado em
Computação Evolutiva
Lesser, Reddy
conhecimento para raciocínio
Sistemas Difusos
científico
...
1970
1968
PERCEPTRONS
Minsky & Papert
1972
PROLOG
Allain Colmerauer
VIII SEMINFO
1980
1975
FRAMES
Marvin Minsky
SMALLTALK
Kay & Goldberg
Xerox PARC
1990
1979
EMYCIN
'Shell' para sistemas
especialistas
Bill VanMelle
2000
2004
NOMAD
Robot Autonomo
para busca de
meteoritos na
Antartica
Diferenças da Computação Convencional
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Computação
convencional
Inteligência Artificial
numérica
simbólica
procedural
declarativa
algorítmica
heurística
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VIII SEMINFO
Subdivisões da Inteligência Artificial
- Engenharia do
conhecimento;
- Processamento de
linguagem natural;
- Aprendizado automático;
- Sistemas difusos;
- Tutores inteligentes;
- Planejamento automático;
-Inteligência Artificial
Distribuída / Sistemas MultiAgentes;
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[email protected]
22 / Agosto / 2011
VIII SEMINFO
- Computação evolutiva;
- Raciocínio de senso
comum;
- Raciocínio Baseado em
Casos;
- Mecanismos de memória;
- Mecanismos da afetividade;
- Robótica & visão artificial;
- Redes neurais;
- Game AI;
-...IA em Bioinformática.
<lista não exaustiva!!!>
Aplicações de Inteligência Artificial
-Engenharia, robótica, matemática;
-Aero-espacial, militar;
-Indústria;
-Telecomunicações;
-Arquitetura, direito, comércio, finanças, bolsa de
valores;
-Medicina, biologia (biologia molecular bioinformática);
-Educação, jogos/entretenimento, literatura;
-Gestão da informação, interface humano/máquina;
...
-Produção agropecuária.
[email protected] 22 / Agosto / 2011 VIII SEMINFO
<lista não exaustiva!!!>
14
A IA está cada vez mais próxima das
pessoas comuns!
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[email protected]
22 / Agosto / 2011
VIII SEMINFO
SISTEMAS BASEADOS EM
CONHECIMENTO
Sistemas Especialistas
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[email protected]
22 / Agosto / 2011
VIII SEMINFO
Sistemas especialistas
Sistema desenvolvido, a partir do conhecimento de um
especialista humano, com o objetivo de apresentar a mesma
performance desse especialista na solução de problemas em
um domínio específico.
Características ideais de um SE:
- Conhecimento específico do domínio;
- Técnicas de busca;
- Análise heurística;
- Processamento simbólico;
- Capacidade de explicar seu raciocínio.
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22 / Agosto / 2011
VIII SEMINFO
O conhecimento do especialista
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VIII SEMINFO
Arquitetura básica de um Sistema Especialista
- Fatos
- Informações
- Conclusões
Sistema Especialista
Interface
com o usuário
Base de
Conhecimento
Usuário
Memória de
trabalho
Estratégia de raciocínio
[email protected]
Módulo de
aquisição do
conhecimento
Especialista
Motor de
inferência
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Memória de longo prazo
(domínio do problema)
22 / Agosto / 2011
VIII SEMINFO
Memória de curto prazo
(fatos e conclusões)
Desvantagens
Vantagens
-Preservação e distribuição
do conhecimento e de
soluções valiosas;
-Obrigatoriedade de reunião
de especialistas para criar
definições de comum acordo;
-Esclarecimento e
explicitação de pontos de
vista e experiências;
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22 / Agosto / 2011
VIII SEMINFO
-Tempo de
desenvolvimento elevado;
-Participação constante do
especialista;
-Sistema sem fim;
Riscos
-Expectativa exagerada;
-Falta de compreensão real
do problema;
-Conflitos entre
especialistas;
-Conhecimento em
formação.
Ciclo de desenvolvimento de SE’s
Estudo de viabilidade e
escolha do especialista
- Estudo inicial do problema
- Def. dos objetivos funcionais
- Det. das Condições de teste
Aquisição do
conhecimento
Implementação
Verificação
Prototipação rápida e
refinamento sucessivo
Testes e validação
Manutenção e evolução
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VIII SEMINFO
Aquisição do Conhecimento
Processo complexo e longo
de extração do
conhecimento
(experiência) de um
especialista humano em
determinado domínio.
(crítico para o sucesso do
projeto !!)
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22 / Agosto / 2011
VIII SEMINFO
Representação do Conhecimento
em Regras de Produção
SE < premissa 1 >
E < premissa 2 >
ENTÃO < conclusão A >
Um dos primeiros e mais tradicionais modelos de
representação do conhecimento;
23
Bom nível de representação, simples,
aprendizagem, porém pouco flexível.
de
Modelo mais
especialistas.
sistemas
[email protected]
usado
22 / Agosto / 2011
na
VIII SEMINFO
construção
de
fácil
23
Inputs
{
VazaoInj
Particulas
O2galv
CorrLPR
CorrRE
O2memb
DeltaP
If VazaoInj >= [VazaoMin]
BseqO2
Then Planta operando
:Vazao total da agua de injecao
:Numero de particulas em suspensao
:Teor de oxigenio [ON]-line medido por par galvanico
:Taxa de corrosao medida por LPR
:Taxa de corrosao medida por resstencia eletrica
:Teor de oxigenio [ON]-line medido por membrana
:Perda de carga nos filtros
:Bomba de injecao de sequestrante de oxigenio [ON]-[OFF]
If VazaoInj < [VazaoMin]
Then PLANTA FORA DE OPERACAO
If Planta operando
and PV12 = [OFF]
Then Planta injetando
If Planta operando
and Planta com problemas de corrosao
and Desaeradora dentro dos parametros operacionais
If Planta operando
and BseqO2 = [OFF]
and PV12 = [ON]
Then Sequestrante de Oxigenio Alarme amarelo
Then PLANTA EM RECIRCULACAO
and BOMBA DE INJECAO DE SEQUESTRANTE DESLIGADA
and RELIGAR bomba de injecao de sequestrante de Oxigenio
LABEL rec.injex.oxigenio
"RELIGAR bomba de injecao de sequestrante de Oxigenio"
24
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22 / Agosto / 2011
VIII SEMINFO
24
SE a situação é “Conclusão da Operação”
E a operação não é “Enrolamento de forma”
Condição
Ação
Condição
E
a operação não é “Alivio de Tensões”
E
E
a operação não é “Retífica Lateral”
a operação não é “Inspeção Final”
E
E
a medida de OLD foi realizada
old < OLD_estim_naOP - [Tol_OLD]
ENTÃO “Ate o momento o anel apresenta valor abaixo do limite especificado (OLD).”
SE a situação é “Conclusão da Operação”
E a operação atual é “Retífica de Topo Bruto”
E
Ação
Hipóteses
“Ate o momento o anel apresenta valor abaixo do limite especificado (OLD).”
ENTÃO “Aumentar o numero passe da Retifica Lateral (reduzindo a remocao por passe).”
OLD_estim_naOP = (ctt_old + Def_estimada_acumulada + Soma_Delta_Radial_Acum_Estimado)
Projeção do valor atual de OLD a partir do ctt_OLD e das deformações esperadas, incluindo
variações estimadas de Radial.
Def_estimada_acumulada
Somatório das deformações estimadas na rota até a operação atual,
excluindo-se as variações na Radial.
Soma_Delta_Radial_Acum_Estimado Somatório das variações de Radial estimada (DRadExt)
até a operação atual.
25
[email protected]
22 / Agosto / 2011
VIII SEMINFO
25
Regras não são a única forma de
representar o conhecimento!
Tabelas
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22 / Agosto / 2011
VIII SEMINFO
Regras não são a única forma de
representar o conhecimento!
Mapas mentais
Tendência!
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[email protected]
22 / Agosto / 2011
VIII SEMINFO
Estudo de caso: PETROBRAS
Sistemas Especialistas para monitoramento de
processos e controle da deterioração de
equipamentos
ST-Monitor - Sistema especialista para o
monitoramento e controle da corrosão em sistemas
de topo de unidades de destilação de petróleo
(REPAR, 1994/2000/2007/2011).
28
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22 / Agosto / 2011
VIII SEMINFO
Sistema Inteligente para apoio
à cadeia produtiva do leite
Inteligência Artificial ??
na cadeia do leite ?!?
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22 / Agosto / 2011
VIII SEMINFO
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Projeto GALAXIS
Sistema Inteligente para apoio à cadeia produtiva do leite
Objetivo geral:
Desenvolver um sistema inteligente, a partir de
técnicas de Engenharia do Conhecimento
(Inteligência Artificial), para análise de dados e
orientação aos produtores envolvidos na cadeia
do leite.
[email protected]
22 / Agosto / 2011
VIII SEMINFO
30
ANÁLISE
ENTRADAS
Diagrama básico do sistema proposto:
- Resultados de análise;
- Associações de produtores;
- Informações econômicas;
- Informações meteorológicas;
- Outros organismos/entidades.
- Especialistas (veterinários/agrônomos);
- Institutos de pesquisa;
- Universidades;
- Publicações;
- Outros organismos/entidades.
Sistema inteligente
para apoio à cadeia
produtiva do leite
Dados de produção
Resultados de análise
Necessidades
Conhecimento/heurísticas
Análise
Experiência
SAÍDAS
WEB
[email protected]
- Produtores;
- Cooperativas;
- Laticínios;
- Associações de produtores;
- Organismos encarregados da fiscalização.
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VIII SEMINFO
Análise sobre os dados
Diagnósticos
Orientações
31
Pesquisa
TECPAR
“Sistemas Especialistas”
Noctua
Ferramenta Colaborativa para Construção
de Conhecimento e Auxiliar Instigador
32
[email protected]
22 / Agosto / 2011
VIII SEMINFO
Noctua
Especialista(s)
Regras
Hiperglossário
?
Perfis
Mensagens
Instantâneas
Questionamentos
Imagens
!
Histórico
Etiquetas
Engenheiro(s)
do Conhecimento
33
[email protected]
22 / Agosto / 2011
VIII SEMINFO
Comentários
Catalisador em Ação
Perfil
?
Etiquetas
Regra X
Se
motor tenta pegar
motor está recebendo combustível
Então
problema é vela
Questionamentos
Regras
Regra Y
Se
motor não tenta pegar
luzes acendem
Então
problema é motor de partida
(LUGER, 2004)
34
[email protected]
22 / Agosto / 2011
VIII SEMINFO
Catalisador em Ação
Regra ?
Se
luzes acendem (regra Y)
motor está recebendo combustível (regra X)
Então
???
Senhor Especialista,
dadas essas condições,
existe uma conclusão
possível?
35
[email protected]
22 / Agosto / 2011
VIII SEMINFO
TECPAR/CESI, ICC/IBMP, PUCPR,
UP (Portugal)
Inteligência Artificial aplicada em
Bioinformática
36
[email protected]
22 / Agosto / 2011
VIII SEMINFO
Aplicação de Inductive Logic
Programming em Bioinformática
• Descoberta de padrões em dados provenientes de
microarranjos de DNA do Tripanossoma Cruzi;
• A partir de um grupo de genes, gerar regras a partir de
parâmetros externos à expressão gênica;
REGRAS
37
[email protected]
22 / Agosto / 2011
VIII SEMINFO
Pesquisa
TECPAR, UTFPR, PUCPR e UTC/França
“CSCW-SD - Plataforma de Apoio ao
Trabalho Colaborativo no Desenvolvimento
de Software por Equipes Pequenas”
Inteligência Artificial Distribuída
Sistemas MultiAgentes
38
[email protected]
22 / Agosto / 2011
VIII SEMINFO
CSCW-SD
Agente Assistente Pessoal
(plataforma OMAS)
39
[email protected]
22 / Agosto / 2011
VIII SEMINFO
Pesquisa
TECPAR
“Robótica”
Pesquisa em sensores e atuadores
40
[email protected]
22 / Agosto / 2011
VIII SEMINFO
Robótica
• Sensores e atuadores são
essenciais em IA Industrial;
• Robôs móveis e estáticos (video);
• Projetos na área de eletrônica
embarcada (digital e analógica)
• Controle de motores;
• Consciência espacial (sensores
híbridos);
• Dispositivos eletrônicos livres
(Arduino).
• Dispositivos abertos e híbridos
(Kinect / Sifteos).
[email protected]
22 / Agosto / 2011
VIII SEMINFO
Kinect
Projetor de Luz Infravermelha (invisível)
Câmera RGB (“comum”)
Câmera infravermelha
Motor
Conjunto de microfones
42
[email protected]
22 / Agosto / 2011
VIII SEMINFO
Kinect
Tendência!
43
[email protected]
22 / Agosto / 2011
VIII SEMINFO
Sifteo Cubes
44
[email protected]
22 / Agosto / 2011
VIII SEMINFO
Tendência!
Pesquisa
TECPAR
“GameAI”
Inteligência Artificial aplicada em Jogos
45
[email protected]
22 / Agosto / 2011
VIII SEMINFO
Multi-Moo
• Jogo sério para difusão de boas práticas de produção
agropecuária;
• Preocupação com higiene e saúde do rebanho;
• Aplicação de planejamento baseado em casos para
povoar o ambiente do jogo com agentes com
comportamento similar ao humano;
• Em um jogo, a ilusão da inteligência é mais importante
que a inteligência;
• Protótipo Web estará acessível em:
http://galaxisfarm.com
• Versão física (minigame real) está sendo trabalhada
para uso em eventos;
46
[email protected]
22 / Agosto / 2011
VIII SEMINFO
Multi-Moo
Ve
47
[email protected]
22 / Agosto / 2011
VIII SEMINFO
Outros projetos, tendências
e oportunidades
• Melhoramento de algoritmos de
busca ou de cálculo usando uma
arquitetura paralelizada;
• Sistema inteligente de gestão
integrada de alarmes e
diagnóstico de falhas em redes
de telecomunicações (COPEL);
• Estudos de novas possibilidades
de sensores e atuadores.
48
[email protected]
22 / Agosto / 2011
VIII SEMINFO
+ Tendências a se observar!
Computação invisível
e mais próxima do
dia a dia
Interfaces com
integração entre Duas
ou mais telas
49
[email protected]
22 / Agosto / 2011
VIII SEMINFO
Integração entre
homem e máquina
Para saber mais
Luger, G.F. Inteligência Artificial: estruturas e estratégias para a solução
de problemas complexos (4 edição). Bookman, 2004.
Russell, S., Norvig, P. Artificial Intelligence: A modern approach. Prentice
Hall, 1995. (2a. edição 2002) (1a. edição em português 2004)
Bittencourt, G. Inteligência Artificial: Ferramentas e teorias (2a. edição).
Editora da UFSC, Florianópolis, 2001.
Rezende, S.O. Sistemas Inteligentes – Fundamentos e aplicações.
Manole, São Paulo, 2003.
Schalkoff, R.J. Artificial Intelligence: An engineering approach. McGrawHill, Singapore, 1990.
IEEE-CS
AITopics
[email protected]
50
http://www.computer.org/portal/web/intelligent/home
http://www.aaai.org/AITopics/pwwiki.phpAITopics/HomePage
22 / Agosto / 2011
VIII SEMINFO
Para saber mais
Campos, M.M., Saito, K. Sistemas Inteligentes em Controle e Automação de
Processos. Ed. Ciência Moderna / Petrobras. Rio de Janeiro, 2004
[email protected]
22 / Agosto / 2011
VIII SEMINFO
Eng. Bruno Campagnolo de Paula
[email protected]
@bcp
http://www.brunocampagnolo.com
CESI – Divisão de Inteligência Artificial
TECPAR - Instituto de Tecnologia do Paraná
Curitiba
[email protected]
22 / Agosto / 2011
VIII SEMINFO
Paraná
Brasil
52