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  1. 1. UNIVERSIDADE PRESBITERIANA MACKENZIE PROGRAMA DE P´OS-GRADUAC¸ ˜AO EM ENGENHARIA EL´ETRICA Rodrigo Matos Silva USO DE T´ECNICAS DE INTELIGˆENCIA ARTIFICIAL PARA A REPRESENTAC¸ ˜AO COMPUTACIONAL DO PROCESSO CRIATIVO Projeto de Pesquisa apresentado ao Programa de P´os-Gradua¸cao em Engenharia El´etrica da Universidade Presbiteriana Mackenzie como parte dos requisitos para a aprova¸c˜ao na disciplina de Metodologia do Trabalho Cient´ıfico. Orientador: Profa. Dra. Pollyana Notargiacomo Mustaro S˜ao Paulo ANO 2011
  2. 2. RESUMO A criatividade vem sendo objeto de estudo de v´arios pesquisadores, por´em, a aplica¸c˜ao pr´atica destes conceitos ainda apresenta desafios. Um deles diz respeito ao uso de tec- nologia como elemento de suporte para a compreens˜ao dos processos criativos. A partir destes elementos a presente pesquisa trata do desenvolvimento, an´alise e implementa¸c˜ao de m´etodos computacionais, que envolvem t´ecnicas de IA para o estudo e simula¸c˜ao de propriedades do pensamento criativo. Como apoio ao desenvolvimento desta pesquisa, ser˜ao feitos estudos das mais adequadas t´ecnicas de IA para a apresenta¸c˜ao dessas ca- racter´ısticas criativas. Tamb´em ser˜ao realizadas investiga¸c˜oes pertinentes `as arquiteturas cognitivas propostas e qual(is) a(s) mais adequada(s) para esta pesquisa. A partir da an´alise dos conceitos te´oricos e buscando demonstrar `a aplica¸c˜ao pr´atica dos mesmos a inten¸c˜ao ´e demonstrar uma melhor forma de utilizar ferramentas computacionais nos es- tudos e ensino referentes `a criatividade e como resultado desenvolver uma ferramenta, implementando as arquiteturas levantadas e t´ecnicas de IA que melhor se enquadrem `a concep¸c˜ao de uma aplica¸c˜ao computacional que apresente comportamento emergente vin- culado `a criatividade.. Palavras-chave: processo criativo, inteligˆencia artificial, arquiteturas cognitivas. i
  3. 3. Sum´ario 1 INTRODUC¸ ˜AO 1 2 JUSTIFICATIVA 2 3 REFERENCIAL TE´ORICO 3 4 METODOLOGIA 7 5 CRONOGRAMA 9 REFERˆENCIAS BIBLIOGR´AFICAS 10
  4. 4. 1 INTRODUC¸ ˜AO Dentre as capacidades atribu´ıdas ao ser humano uma das que mais se destaca ´e a criatividade. Indiv´ıduos criativos s˜ao observados em todas as ´areas de estudo e quando apresentam solu¸c˜oes/ideias diferenciadas ocorrem questionamentos que apontam para a simplicidade da solu¸c˜ao no sentido de refletir sobre o porquˆe delas n˜ao terem sido apresen- tadas anteriormente. As crian¸cas no in´ıcio de sua forma¸c˜ao s˜ao submetidas a um modelo de ensino cujo objetivo ´e trabalhar um padr˜ao de pensamento/racioc´ınio que possui regras, m´etodos e formas para pensar ou resolver problemas. O resultado de todo esse processo e/ou modelo s˜ao mentes que conseguem pensar/raciocinar e resolver problemas, mas, de forma engessada, met´odica, sem criatividade. Contudo, em alguns casos a criatividade nata e inerente ao ser humano se mant´em num n´umero reduzido de indiv´ıduos. De Bono, defende o uso de t´ecnicas que possibilite a altera¸c˜ao desse padr˜ao de pensamento usual para um padr˜ao de pensamento lateral. Pensamento Lateral ´e descrito por De Bono como “um sistema de informa¸c˜ao gerador de padr˜oes autorganiz´avel: cruzando padr˜oes em um sistema de informa¸c˜ao autorganiz´avel” Bono (1997) (p. 52). Inteligˆencia artificial ´e um amplo campo de pesquisa, com o intuito de desenvol- ver m´etodos/t´ecnicas computacionais que simulem a capacidade racional de resolu¸c˜ao de problemas, de pensamento ou inteligente. Dentre as diversas t´ecnicas existentes, neste trabalho ser˜ao utilizadas rede neural artificial, sistemas conexionistas e ´arvores de de- cis˜ao. Rede neural artificial pode ser definida como uma estrutura de processamento, composta de uma quantidade de neurˆonios artificiais que atrav´es de processamento local apresentam caracter´ısticas como, processamento paralelo e distribu´ıdo. Os neurˆonios ar- tificiais s˜ao inspirados nos neurˆonios biol´ogicos, est˜ao interconectados e a representa¸c˜ao do conhecimento ´e feita de forma que o conhecimento influencie o processamento da rede Castro (2006). Vernon, Metta e Sandini (2007) mostram que ´e poss´ıvel treinar redes neurais em camadas para que aprendam solu¸c˜oes de problemas e que sistemas conexionistas podem representar o conhecimento. Inteligˆencia artificial e cogni¸c˜ao possuem forte rela¸c˜ao, Vernon, Metta e Sandini (2007) fazem compara¸c˜oes entre caracter´ısticas emergentes do paradigma de cogni¸c˜ao que s˜ao observados nas t´ecnicas de IA, alguns s˜ao; autorganiza¸c˜ao concorrente de uma rede, estado 1
  5. 5. global de um sistema, agente-dependente, resposta a perturba¸c˜ao, perturba¸c˜ao do sistema pelo ambiente entre outras caracter´ısticas. Com essa forte rela¸c˜ao entre IA e cogni¸c˜ao o estudo do pensamento criativo pode ser auxiliado por t´ecnicas de IA. Este trabalho prop˜oe uma abordagem computacional das arquiteturas cognitivas es- tudadas, com o intuito de criar uma ferramenta que possa simular os comportamen- tos/caracter´ısticas de pessoas criativas e que permita uma melhor explora¸c˜ao das im- plica¸c˜oes do desenvolvimento de capacidades mentais em ferramentas computacionais. A partir disso pretende-se comprovar a seguinte hip´otese: O desenvolvimento de uma aplica¸c˜ao computacional, baseada em t´ecnicas de inteligˆencia artificial, que represente “propriedades” pertinentes ao pensamento criativo pode contribuir para sua compreens˜ao. 2 JUSTIFICATIVA O estudo do pensamento criativo torna-se cada vez mais importante, pois a sociedade informacional Castells (1999) ´e marcada pela crescente produ¸c˜ao de conhecimentos. In- clusive, diversos cientistas como Boden (1999), Bono (1997) e Gardner (1999) estudam o pensamento criativo ao redor do mundo e como resultado diversas t´ecnicas e conceitos de sucesso foram criados. O mesmo tipo de estudo, envolvendo ferramentas computacionais ainda ´e pequeno. Poucos trabalhos pr´aticos s˜ao criados, ou seja, poucas aplica¸c˜oes tec- nol´ogicas s˜ao desenvolvidas com o intu´ıto de simular o comportamento criativo Nickerson (2008). ´E de conhecimento que o processo de cogni¸c˜ao ´e de extrema importˆancia para esses estudos. Tamb´em ´e sabido que cogni¸c˜ao e inteligˆencia artificial possuem fortes v´ınculos, como apresentam os autores Vernon, Metta e Sandini (2007). Com j´a citado no texto, cogni¸c˜ao e inteligˆencia artificial possuem fortes v´ınculos. Vernon, Metta e Sandini (2007) mostram que atrav´es de diversas t´ecnicas existentes em inteligˆencia artificial, ´e poss´ıvel simular e ou representar computacionalmente compor- tamentos visualizados em indiv´ıduos criativos. Em sistemas conexionistas, por exem- plo, ´e poss´ıvel representar o conhecimento e em redes neurais de multicamadas “so- mos capazes de trein´a-las para aprenderem solu¸c˜oes de problemas n˜ao linearmente se- 2
  6. 6. par´aveis”(VERNON; METTA; SANDINI, 2007). S˜ao diversas t´ecnicas apresentadas pela inteligˆencia artificial que podem ser usadas para a simula¸c˜ao de determinados comporta- mentos presentes em indiv´ıduos criativos. No estudo da criatividade Zugman (2008) relaciona trˆes conjuntos (dom´ınio, campo, indiv´ıduo) e ilustra que o ponto de intersec¸c˜ao entre eles ´e constitu´ıdo pela ´area em que as id´eias/pensamentos criativos est˜ao velados. O fato de se encontrar este ponto de intersec¸c˜ao n˜ao garante que a id´eia criativa seja de fato aceita. Outros conjuntos que englobam os conjuntos j´a citados, e que s˜ao fundamentais para a aceita¸c˜ao da id´eia criativa, s˜ao: esp´ırito da ´epoca, sociedade e estrutura. Neste sentido, um dos objetivos da presente pesquisa ´e o desenvolvimento de uma aplica¸c˜ao computacional, baseada em t´ecnicas de inteligˆencia artificial que represente “propriedades” pertinentes ao pensamento criativo e que possa auxiliar o encontro desse ponto de intersec¸c˜ao. 3 REFERENCIAL TE´ORICO O conceito de criatividade pode ser analisado de diversos pontos de vista. O Dicion´ario Aur´elio (1987), por exemplo, apresenta as seguintes defini¸c˜oes: 1) Qualidade ou estado de ser criativo. 2) Capacidade de criar. Boden (1999) coloca que existem diversas defini¸c˜oes para criatividade, contudo a au- tora destaca que a criatividade, se considerada do ponto de vista cient´ıfico, constitui uma organiza¸c˜ao in´edita de t´opicos familiares. Boden (1999) tamb´em caracteriza cria- tividade em dois sentidos distintos. Sentido psicol´ogico, chamado de criatividade-P, e o sentido hist´orico, chamado de criatividade-H. A primeira envolve a capacidade individual da concep¸c˜ao da id´eia, independentemente de outros indiv´ıduos terem concebido a mesma id´eia. J´a a segunda trata da originalidade da id´eia em rela¸c˜ao ao tempo, ou seja, outras pessoas ao longo da hist´oria humana n˜ao foram capazes de concebˆe-la. Tais elementos encontram-se expressos na Figura 1. 3
  7. 7. Figura 1: Dimens˜oes da Criatividade: a criatividade-P e a criatividade-H. De maneira complementar, os trabalhos realizados por Gardner (1999) e seus cole- gas/colaboradores enumeram algumas caracter´ısticas de pessoas criativas, colocadas a abaixo; • Relacionar, numa ´area de conhecimento, fatos e teorias com o intuito de obter resultados que sejam procedentes. • Estimular o interesse e curiosidade por meio de atividades que se encadeiam em um determinado assunto/objetivo. • Possuir a capacidade de abertura para perceber novos elementos e abandonar pro- blemas que n˜ao geram resultados relevantes/pertinentes ou resultados que possam mudar o direcionamento estabelecido. • Procurar ou permitir o surgimento de “met´aforas dominantes” (p. 298). A esta lista de caracter´ısticas de pessoas criativas pode-se ainda acrescentar mais um elemento: existˆencia de estilo perceptual e expressivo Bono (1997). Tais qualidades fundamentais se manifestam em pessoas consideradas criativas. Isto torna necess´aria a realiza¸c˜ao de algumas considera¸c˜oes importantes sobre pessoas criativas e criatividade. Segundo Gardner (1999), ter controle sobre a excita¸c˜ao de alguma id´eia e/ou des- coberta potencialmente brilhante pode ser fundamental para o sucesso e conclus˜ao da 4
  8. 8. mesma. Ele cita como exemplo Mozart e o comportamento que demonstrava ao receber alguma tarefa que originava resultados brilhantes. Mozart n˜ao tinha pressa para concluir a atividade, pelo contr´ario, ao recebˆe-la ficava por v´arios dias ponderando sobre a mesma. Neste per´ıodo tamb´em testava diferentes arranjos ao piano, cantarolava e analisava o que seria necess´ario (do ponto de vista das normas do contraponto musical) para ajustar o tema aos textos, instrumentos e seus int´erpretes, definindo uma estrutura coesa para a pe¸ca. “Mozart tomava todas as decis˜oes-chave sobre sua pe¸ca de antem˜ao e podia, sob solicita¸c˜ao, prover todos os temas principais e varia¸c˜oes” (GARDNER, 1999) (p. 302). Gardner (1999) destaca que pessoas criativas utilizam esquemas baseados em ex- periˆencias passadas, apenas modificando-os e elaborando-os de forma a adaptar estes esquemas a determinada situa¸c˜ao. O mesmo aponta este modelo em rela¸c˜ao ao trabalho de Mozart, j´a que este “n˜ao poderia ter escrito suas principais obras - se n˜ao tivesse escrito milhares de fragmentos de m´usica antes.” (p. 304). J´a em rela¸c˜ao `a ciˆencia, Boden (1999) enfatiza que as manifesta¸c˜oes cient´ıficas pautam- se no exame e averigua¸c˜ao de uma semelhan¸ca n˜ao estabelecida anteriormente entre de- terminados campos do conhecimento. Bono (1997), inclusive, diz que ´e essencial para a criatividade a liberdade, pois restri¸c˜oes ou situa¸c˜oes de contorno (sejam dadas por quest˜oes hist´oricas ou mesmo de tradi¸c˜ao) constituem limitantes. Para ultrapassar estes, pode-se fazer uso de t´ecnicas que estimulem o processo criativo. Outro ponto de vista, por conta de alguns indiv´ıduos ´e de que o pensamento criativo ou criatividade ´e uma esp´ecie de dom, talento inato, algo intr´ınseco de um ser humano. Contudo, o uso de t´ecnicas pode possibilitar o desenvolvimento da criatividade, pois a mesma pode ser trabalhada, ampliada e mesmo refinada (BONO, 1997). De Bono defende o uso de t´ecnicas que pos- sibilitem uma altera¸c˜ao do padr˜ao principal para o pensamento lateral, ou seja, de um deslocamento atrav´es de padr˜oes para se obter uma nova id´eia. Isto difere da forma de pensamento usual. Bono (1997), tamb´em relaciona informa¸c˜ao com criatividade. Neste sentido, ele instiga a reflex˜ao sobre a rela¸c˜ao entre quantidade de informa¸c˜ao e o est´ımulo do pensamento criativo. Isto se traduz na problem´atica sobre a veracidade da afirma¸c˜ao de que uma pessoa com acesso a um volume significativo de informa¸c˜ao pode ser mais criativa ou ter mais id´eias criativas do que uma pessoa que n˜ao possui acesso `a mesma quantidade de 5
  9. 9. informa¸c˜oes. Neste sentido, o autor mostra que a inocˆencia ´e uma valorosa fonte de novas id´eias. Do ponto de vista do desenvolvimento ou do processo criativo deve-se ainda destacar que individualmente o ser humano ´e mais propenso a ter id´eias extravagantes, id´eias es- tas que, com o tempo, podem ser desenvolvidas e melhor aceitas. O trabalho em grupo, na busca da criatividade pode significar um fenˆomeno a ser estudado, pois o grupo in- voluntariamente cria um limite de aceita¸c˜ao que pode inibir id´eias iniciais que pare¸cam excˆentricas ou esquisitas. Para a explora¸c˜ao e estudo da criatividade e do pensamento criativo ´e necess´ario ainda trabalhar o conceito de “velejar com o c´erebro” e o princ´ıpio da elabora¸c˜ao de mapas conceituais. Bono (1997) introduz o conceito de “velejar com o c´erebro” como sendo mais eficaz do que o conceito de brainstorming. O autor justifica isto ao colocar que o processo de “velejar com o c´erebro” permite um maior controle da experiˆencia. J´a os mapas conceituais s˜ao retratados por Boden (1999),(p. 85) como “princ´ıpios organizadores que unificam e d˜ao estrutura a um dado dom´ınio de pensamento”. Apesar dos avan¸cos nos estudos da ´area da criatividade, destacados acima, Bono (1997) afirma que existem motivos pelos quais n˜ao s˜ao investidos esfor¸cos para realizar investiga¸c˜oes sobre a criatividade, e aponta um deles como sendo o mais relevante: ap´os sua concep¸c˜ao, uma id´eia criativa precisa ser racionalizada sob pena de ser considerada como uma descoberta extravagante. O autor tamb´em atribui essa afirma¸c˜ao a uma grande parte de acadˆemicos, que compartilham dessa opini˜ao por acharem que id´eias potencial- mente essenciais podem ser obtidas por meio de uma l´ogica, logo, a criatividade n˜ao se faz necess´aria para obten¸c˜ao das mesmas. Ainda assim, percebe-se que a criatividade tem sido assunto de intensos estudos, tanto para aplica¸c˜oes praticas (ind´ustria, mercado financeiros, etc.) quanto em aplica¸c˜oes te´oricas (pesquisas, etc.). Bono (1997) tamb´em mostra a necessidade da criatividade para que seja poss´ıvel libertar o ser humano de estruturas temporais e na sequˆencia de determinadas experiˆencias, liberta¸c˜ao essa que facilita o salto do caminho principal para o lateral, conforme visto anteriormente. Contudo, existe uma lacuna em rela¸c˜ao `a cria¸c˜ao ou melhoria de ferramentas/interfaces para o estudo da criatividade. Estas podem permitir o aprimoramento das faculdades cri- 6
  10. 10. ativas, resultando numa maior agilidade e efetividade, bem como melhorar a colabora¸c˜ao entre grupos, permitindo que os resultados se disseminem de maneira mais efetiva. Outro ponto importante ao qual ferramentas baseadas em computadores podem ajudar o avan¸co nos estudos da criatividade ´e o impacto em massa Shneiderman et al. (2006). Neste direcionamento, ferramentas promissoras seguem a linha de estudo de Arrows- mith, que ´e um m´etodo estruturado de busca em bases bibliogr´aficas com o intuito de identificar conex˜oes indiretas entre t´opicos “aparentemente” n˜ao relacionados (Shneider- man et al. (2006), p. 64). Inclusive, os estudos sobre criatividade se ap´oiam cada vez mais em ferramentas computacionais. Um exemplo de software, que aplica a teoria proposta por Joseph Donald Novak na d´ecada de 1970, ´e o CMap Tools, ferramenta baseada em computadores e redes que ap´oia a constru¸c˜ao de mapas conceituais, criada pelo Institute for Human and Machine Cognition da UWF-Universidade de West Florida. 4 METODOLOGIA A pesquisa inicia-se com o levantamento te´orico sobre propriedades e caracter´ısticas de pessoas criativas (BODEN, 1999), (BONO, 1997) e (GARDNER, 1999), t´ecnicas de IA existentes e que possam ser utilizadas nos estudos de criatividade Russell e Norvig (2003), quais os benef´ıcios alcan¸cados na utiliza¸c˜ao de ferramentas computacionais no estudo do pensamento criativo Shneiderman et al. (2006) e os paradigmas sobre cogni¸c˜ao. Ainda na fase inicial ser˜ao feitos levantamentos quanto `as arquiteturas/modelos existentes que possam ser mapeados em ferramentas computacionais Vernon, Metta e Sandini (2007). De posse dessas informa¸c˜oes ser˜ao feitos levantamentos referentes aos problemas existentes ao simular propriedades criativas em ferramentas computacionais Vernon, Metta e Sandini (2007) bem como os problemas existentes ao se utilizar t´ecnicas de IA nesse tipo de estudo Vernon, Metta e Sandini (2007). Como conclus˜ao da parte inicial ser˜ao pesquisadas as ferramentas computacionais existentes que possuem o mesmo objetivo dessa pesquisa. Shneiderman et al. (2006) A primeira fase, portanto, destina-se ao levantamento do material te´orico necess´ario para a segunda fase, onde ser˜ao mapeadas as t´ecnicas existentes e teorias referentes a criatividade Bono (1997), t´ecnicas de cogni¸c˜ao e tamb´em quais as t´ecnicas existentes que 7
  11. 11. permitem a mensura¸c˜ao do grau de avan¸co quanto ao estudo do pensamento criativo. Bono (1997) Na terceira fase estudos quanto aos problemas/implica¸c˜oes para se aplicar t´ecnicas de IA na simula¸c˜ao do pensamento criativo ser˜ao desenvolvidos com o intuito de identifi- car/mapear os problemas. Ser˜ao realizados tamb´em, estudos mais aprofundados sobre a rela¸c˜ao entre cogni¸c˜ao e IA Shneiderman et al. (2006) Na quarta fase ser˜ao definidas as tecnologias utilizadas no projeto, como linguagem de programa¸c˜ao, ambiente, arquitetura, etc. Ainda nesta fase, a modelagem da aplica¸c˜ao ser´a concebida gerando as entidades e os dom´ınios da ferramenta. Na quinta fase ser´a realizado o desenvolvimento da ferramenta utilizando-se de t´ecnicas de IA. Ao final do desenvolvimento, os testes, ajustes e melhorias ser˜ao aplicados de forma iterativa at´e que se obtenham os resultados e comportamentos esperados. Por fim, na sexta fase os resultados ser˜ao analisados, validados e interpretados finali- zando assim a pesquisa com a disponibiliza¸c˜ao da ferramenta. 8
  12. 12. 5 CRONOGRAMA Figura 2: Cronograma. 9
  13. 13. REFERˆENCIAS BIBLIOGR´AFICAS BODEN, M. A. O que ´e criatividade? (Org.). Dimens˜oes da criatividade. 1. ed. Porto Alegre: Artmed, 1999. BONO, E. D. A necessidade do pensamento criativo. Criatividade levada a s´erio: como gerar id´eias produtivas atrav´es do pensamento lateral. 1. ed. S˜ao Paulo: Pioneira, 1997. CASTELLS, M. A sociedade em rede. 1. ed. S˜ao Paulo: Paz e Terra, 1999. CASTRO, L. Fundamentals of natural computing: basic concepts, algorithms, and applications. [S.l.]: Chapman & Hall/CRC, 2006. (Chapman & Hall/CRC computer and information science series). GARDNER, H. Auge da Criatividade. Arte, mente e c´erebro: uma abordagem cognitiva da criatividade. 1. ed. Porto Alegre: Artmed, 1999. NICKERSON, R. S. Handbook of creativity. 1. ed. New York, NY: Cambridge University Press, 2008. RUSSELL, S.; NORVIG, P. Artificial Intelligence: A Modern Approach. 2nd edition. ed. [S.l.]: Prentice-Hall, Englewood Cliffs, NJ, 2003. SHNEIDERMAN, B. et al. Creativity support tools: Report from a u.s. national science foudation sponsored worshop. International Journal of Human-Computer Interation, v. 20, n. 1, p. 61–77, 2006. VERNON, D.; METTA, G.; SANDINI, G. A survey of artificial cognitive systems: Implications for the autonomous development of mental capabilities in computational agents. IEEE, v. 11, n. 2, p. 151–180, April 2007. ZUGMAN, F. O Mito da Criatividade: desconstruindo verdades e mitos. 1. ed. Rio de Janeiro: Elsevier, 2008. 10

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