What intelligent machines can learn from a school of fish | Radhika Nagpal

Tradutor: João Vital Parente Correia Revisor: Claudia Sander

In my early days as a graduate student,

Assim que comecei a graduação,

I went on a snorkeling trip off the coast of the Bahamas.

fiz uma viagem de mergulho na costa das Bahamas.

I'd actually never swum in the ocean before,

Eu nunca havia nadado no oceano,

so it was a bit terrifying.

então foi um pouco assustador.

What I remember the most is, as I put my head in the water

O que mais me lembro é que, logo que coloquei a cabeça na água

and I was trying really hard to breathe through the snorkel,

e tentava arduamente respirar pelo "snorkel",

this huge group of striped yellow and black fish

um grupo gigante de peixes com listras amarelas e pretas

came straight at me ...

veio direto em minha direção...

and I just froze.

e eu congelei.

And then, as if it had suddenly changed its mind,

E então, como se eles tivessem mudado subitamente de ideia,

came towards me and then swerved to the right

vieram em minha direção e viraram para a direita

and went right around me.

e passaram por mim.

It was absolutely mesmerizing.

Foi absolutamente hipnotizador.

Maybe many of you have had this experience.

Talvez muitos de vocês já tenham vivido isso.

Of course, there's the color and the beauty of it,

Claro, existe a cor e a beleza disso,

but there was also just the sheer oneness of it,

mas também uma pura unicidade,

as if it wasn't hundreds of fish

como se não fossem centenas de peixes,

but a single entity with a single collective mind

mas uma única entidade com uma única mente coletiva

that was making decisions.

tomando as decisões.

When I look back, I think that experience really ended up determining

Quando me lembro da experiência, creio que ela acabou definindo

what I've worked on for most of my career.

meu trabalho durante toda minha carreira.

I'm a computer scientist,

Sou cientista da computação,

and the field that I work in is artificial intelligence.

e minha área de trabalho é a inteligência artificial.

And a key theme in AI

E uma das chaves da IA

is being able to understand intelligence by creating our own computational systems

é poder entender a inteligência ao criar nosso próprio sistema computacional

that display intelligence the way we see it in nature.

que mostra a inteligência da forma como a vemos na natureza.

Now, most popular views of AI, of course, come from science fiction and the movies,

As noções mais populares sobre IA vêm da ficção científica e de filmes;

and I'm personally a big Star Wars fan.

e sou uma grande fã de Star Wars.

But that tends to be a very human-centric view of intelligence.

Mas elas tendem a ser noções antropocentristas da inteligência.

When you think of a fish school,

Ao pensar num cardume

or when I think of a flock of starlings,

ou num bando de pássaros,

that feels like a really different kind of intelligence.

eles parecem ter um tipo muito diferente de inteligência.

For starters, any one fish is just so tiny

Para começar, um peixe sozinho é muito pequeno

compared to the sheer size of the collective,

comparado ao tamanho do coletivo,

so it seems that any one individual

então, parece que um só indivíduo

would have a really limited and myopic view of what's going on,

teria uma visão míope e limitada do que está acontecendo,

and intelligence isn't really about the individual

e a inteligência não é sobre o indivíduo,

but somehow a property of the group itself.

mas, de alguma forma, uma propriedade do grupo em si.

Secondly, and the thing that I still find most remarkable,

Em segundo lugar, e isso é o mais incrível,

is that we know that there are no leaders supervising this fish school.

sabemos que não há líderes supervisionando o cardume.

Instead, this incredible collective mind behavior

Em vez disso, o incrível comportamento mental coletivo

is emerging purely from the interactions of one fish and another.

emerge puramente das interações entre um peixe e outro.

Somehow, there are these interactions or rules of engagement

De alguma maneira, existem interações ou regras comportamentais

between neighboring fish

entre os peixes vizinhos que fazem com que tudo funcione.

that make it all work out.

So the question for AI then becomes,

Agora, o questionamento da IA é:

what are those rules of engagement that lead to this kind of intelligence,

que regras comportamentais são essas, que geram esse tipo de inteligência;

and of course, can we create our own?

e podemos criar nossa própria regra?

And that's the primary thing that I work on with my team in my lab.

Essa é a ideia principal na qual trabalho com minha equipe no laboratório.

We work on it through theory,

Trabalhamos nela usando teorias,

looking at abstract rule systems

observando sistemas de regras abstratos

and thinking about the mathematics behind it.

e pensando na matemática que há por trás delas.

We also do it through biology, working closely with experimentalists.

Também utilizamos a biologia, trabalhando de perto com os experimentalistas.

But mostly, we do it through robotics,

Mas, em geral, usamos a robótica,

where we try to create our own collective systems

com a qual tentamos criar nosso próprio sistema coletivo

that can do the kinds of things that we see in nature,

que pode fazer o tipo de coisas que vemos na natureza,

or at least try to.

ou, pelo menos, tentar.

One of our first robotic quests along this line

Uma das primeiras pesquisas robóticas nessa linha,

was to create our very own colony of a thousand robots.

foi criar nossa própria colônia de mil robôs.

So very simple robots,

Vários robôs simples,

but they could be programmed to exhibit collective intelligence,

mas que poderiam ser programados para exprimir uma inteligência coletiva,

and that's what we were able to do.

e foi isso que conseguimos fazer.

So this is what a single robot looks like.

Este é um dos robôs.

É bem pequeno, do tamanho de uma moeda de 25 centavos,

It's quite small, about the size of a quarter,

and you can program how it moves,

você pode programar seu movimento,

but it can also wirelessly communicate with other robots,

mas ele também pode se comunicar com outros robôs, sem fios,

and it can measure distances from them.

e medir a distância entre eles.

And so now we can start to program exactly an interaction,

Assim, podemos começar a programar, de forma exata, uma interação,

a rule of engagement between neighbors.

uma regra comportamental entre vizinhos.

And once we have this system,

Assim que criarmos esse sistema,

we can start to program many different kinds of rules of engagement

podemos começar a programar tipos diferentes de regras comportamentais

that you would see in nature.

que vemos na natureza.

So for example, spontaneous synchronization,

Por exemplo, sincronização espontânea,

how audiences are clapping and suddenly start all clapping together,

como o público bate palmas e, de repente, todos começam a bater palmas juntos.

the fireflies flashing together.

ou os vaga-lumes todos piscando.

We can program rules for pattern formation,

Podemos programar regras para formação padronizada,

how cells in a tissue

assim como as células num tecido

determine what role they're going to take on

determinam que papel terão

and set the patterns of our bodies.

para criarem padrões no nosso corpo.

We can program rules for migration,

Podemos programar regras de migração,

and in this way, we're really learning from nature's rules.

e, dessa maneira, estamos aprendendo com as regras da natureza.

But we can also take it a step further.

Mas podemos ir adiante.

We can actually take these rules that we've learned from nature

Podemos pegar essas regras que aprendemos com a natureza,

and combine them and create entirely new collective behaviors

combiná-las e criar nosso próprio comportamento coletivo inteiramente novo.

of our very own.

So for example,

Por exemplo,

imagine that you had two different kinds of rules.

imaginem que vocês tenham dois tipos distintos de regras.

So your first rule is a motion rule

A primeira é uma regra de movimento

where a moving robot can move around other stationary robots.

em que um robô em movimento pode se mover ao redor de outros robôs imóveis.

And your second rule is a pattern rule

A segunda é uma regra de padrão,

where a robot takes on a color based on its two nearest neighbors.

em que um robô assume uma cor baseado nos dois vizinhos mais próximos.

So if I start with a blob of robots in a little pattern seed,

Se eu começar com poucos robôs numa pequena semente padrão,

it turns out that these two rules are sufficient for the group

essas duas regras serão suficientes para que o grupo

to be able to self-assemble a simple line pattern.

possa se autoagrupar em um padrão simples em linha.

And if I have more complicated pattern rules,

Se eu tiver regras de padrão mais complicadas,

and I design error correction rules,

e criar regras de correção de erros,

we can actually create really, really complicated self assemblies,

podemos ter autoagrupamentos muito complicados,

and here's what that looks like.

que se pareceriam com isto.

So here, you're going to see a thousand robots

Aqui, vocês veem mil robôs

that are working together to self-assemble the letter K.

trabalhando juntos para formar a letra "K".

The K is on its side.

O "K" está de lado.

And the important thing is that no one is in charge.

O mais importante é que ninguém está no comando.

So any single robot is only talking to a small number of robots nearby it,

Um robô fala apenas com um número pequeno de robôs perto dele,

and it's using its motion rule to move around the half-built structure

e ele usa sua regra de movimento para se mover ao redor da estrutura,

just looking for a place to fit in based on its pattern rules.

procurando seu lugar baseado nas regras de padrão.

And even though no robot is doing anything perfectly,

E apesar de nenhum dos robôs estar fazendo nada perfeitamente,

the rules are such that we can get the collective to do its goal

as regras são tais que o coletivo chega ao seu objetivo

robustly together.

vigorosamente em conjunto.

And the illusion becomes almost so perfect, you know --

E a ilusão se torna quase tão perfeita

you just start to not even notice that they're individual robots at all,

que nem percebemos que eles são robôs individuais,

and it becomes a single entity,

eles se tornam uma entidade única, como um cardume.

kind of like the school of fish.

So these are robots and rules in two dimensions,

Então esses são robôs e regras em duas dimensões,

but we can also think about robots and rules in three dimensions.

mas podemos pensar em robôs e regras em três dimensões.

So what if we could create robots that could build together?

E se criássemos robôs que pudessem construir juntos?

And here, we can take inspiration from social insects.

Aqui, podemos nos inspirar nos insetos sociais.

So if you think about mound-building termites

Ao pensarmos em cupins

or you think about army ants,

ou em formigas-correição,

they create incredible, complex nest structures out of mud

eles criam estruturas de ninho incríveis e complexas feitas de lama

and even out of their own bodies.

e de seus próprios corpos.

And like the system I showed you before,

E como o sistema que mostrei antes,

these insects actually also have pattern rules

esses insetos também têm regras de padrão

that help them determine what to build,

que os ajudam a definir o que construir,

but the pattern can be made out of other insects,

mas os padrões podem ser feitos de outros insetos ou de lama.

or it could be made out of mud.

And we can use that same idea to create rules for robots.

Podemos usar essa mesma ideia para criar regras para os robôs.

So here, you're going to see some simulated robots.

Aqui estão alguns robôs simulados.

So the simulated robot has a motion rule,

O robô simulado tem uma regra de movimento

which is how it traverses through the structure,

que o faz andar pela estrutura,

looking for a place to fit in,

procurando um lugar para se encaixar,

and it has pattern rules where it looks at groups of blocks

e tem regras de padrão que o faz procurar por grupos de blocos

to decide whether to place a block.

e decidir onde posicionar um bloco.

And with the right motion rules and the right pattern rules,

Com as regras certas de padrão e movimento,

we can actually get the robots to build whatever we want.

podemos fazer os robôs construírem qualquer estrutura que quisermos.

And of course, everybody wants their own tower.

E, claro que todos nós queremos uma torre.

(Laughter)

(Risos)

So once we have these rules,

Assim que criarmos essas regras,

we can start to create the robot bodies that go with these rules.

podemos fazer os corpos robóticos que combinam com elas.

So here, you see a robot that can climb over blocks,

Aqui podemos ver um robô que consegue escalar os blocos,

but it can also lift and move these blocks

mas também consegue levantá-los e movê-los

and it can start to edit the very structure that it's on.

e pode começar a modificar a estrutura em que se encontra.

But with these rules,

Mas, com essas regras,

this is really only one kind of robot body that you could imagine.

este é apenas um tipo de robô que podemos imaginar.

You could imagine many different kinds of robot bodies.

Podemos imaginar diferentes tipos de corpos robóticos.

So if you think about robots that maybe could move sandbags

Podemos pensar em robôs que movam sacos de areia

and could help build levees,

e ajudem a construir diques,

or we could think of robots that built out of soft materials

ou podemos pensar em robôs que constroem usando materiais leves

and worked together to shore up a collapsed building --

e trabalham juntos para fortalecer um prédio em colapso...

so just the same kind of rules in different kinds of bodies.

temos os mesmos tipos de regras para tipos diferentes de corpos.

Or if, like my group, you are completely obsessed with army ants,

Ou, se você for muito obcecado por formigas-correição, como meu grupo,

then maybe one day we can make robots that can climb over literally anything

um dia talvez possamos criar robôs que possam escalar qualquer coisa

including other members of their tribe,

incluindo outros membros de sua tribo,

and self-assemble things out of their own bodies.

e montar coisas a partir do próprio corpo.

Once you understand the rules,

Assim que você entende as regras,

just many different kinds of robot visions become possible.

muitos tipos diferentes de perspectivas robóticas se tornam possíveis.

And coming back to the snorkeling trip,

Retornando à minha viagem de mergulho,

we actually understand a great deal about the rules that fish schools use.

conseguimos entender muita coisa sobre as regras dos cardumes.

So if we can invent the bodies to go with that,

Se pudermos inventar corpos que combinem com elas,

then maybe there is a future

talvez exista um futuro

where I and my group will get to snorkel with a fish school of our own creation.

em que eu e meu grupo possamos mergulhar com um cardume criado por nós mesmos.

Each of these systems that I showed you

Cada um desses sistemas que mostrei

brings us closer to having the mathematical and the conceptual tools

nos deixa mais próximos de ter as ferramentas matemáticas e conceituais

to create our own versions of collective power,

para criar nossa própria versão de poder coletivo,

and this can enable many different kinds of future applications,

e isso pode gerar muitos tipos diferentes de futuras aplicações,

whether you think about robots that build flood barriers

como robôs que constroem barreiras contra inundações

or you think about robotic bee colonies that could pollinate crops

ou colônias de abelhas robóticas que possam polinizar plantações

or underwater schools of robots that monitor coral reefs,

ou cardumes de robôs subaquáticos que fiscalizam os recifes do coral,

or if we reach for the stars and we thinking about programming

ou, se pensarmos grande, poderemos programar

constellations of satellites.

constelações de satélites.

In each of these systems,

Em cada um desses sistemas,

being able to understand how to design the rules of engagement

ser capaz de entender como criar as regras comportamentais

and being able to create good collective behavior

e ser capaz de criar um bom comportamento coletivo

becomes a key to realizing these visions.

é a chave para fazer dessas visões uma realidade.

So, so far I've talked about rules for insects and for fish

Até agora, falei de regras para insetos, peixes

and for robots,

e robôs,

but what about the rules that apply to our own human collective?

mas e as regras aplicadas ao nosso próprio coletivo humano?

And the last thought that I'd like to leave you with

Quero deixar-lhes com um último pensamento:

is that science is of course itself

a ciência em si é uma incrível manifestação de inteligência coletiva,

an incredible manifestation of collective intelligence,

but unlike the beautiful fish schools that I study,

mas, ao contrário dos lindos cardumes que estudo,

I feel we still have a much longer evolutionary path to walk.

sinto que ainda temos um caminho evolucionário muito grande a percorrer.

So in addition to working on improving the science of robot collectives,

Além de trabalhar para melhorar a ciência da coletividade robótica,

I also work on creating robots and thinking about rules

também trabalho na criação de robôs,

e na elaboração de regras que irão melhorar nosso coletivo científico.

that will improve our own scientific collective.

There's this saying that I love:

Amo este ditado:

who does science determines what science gets done.

quem faz ciência define que tipo de ciência será feita.

Imagine a society

Imaginem uma sociedade em que tivéssemos regras comportamentais

where we had rules of engagement

where every child grew up believing that they could stand here

pelas quais toda criança crescesse acreditando que pode estar em pé aqui

and be a technologist of the future,

e ser uma tecnóloga do futuro,

or where every adult

ou na qual todo adulto

believed that they had the ability not just to understand but to change

acreditasse que tem a habilidade não só de entender,

mas de mudar a forma como a ciência e a tecnologia impactam seu cotidiano.

how science and technology impacts their everyday lives.

What would that society look like?

Como seria essa sociedade?

I believe that we can do that.

Acredito que somos capazes.

I believe that we can choose our rules,

Creio que possamos escolher nossas regras,

and we engineer not just robots

e construir, não só robôs,

but we can engineer our own human collective,

mas nosso próprio coletivo humano.

and if we do and when we do, it will be beautiful.

E se e quando conseguirmos, será lindo.

Thank you.

Obrigada.

(Applause)

(Aplausos)