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Eng. Bruno Campagnolo de Paula campagnolo@tecpar.br  / @bcp http://www.brunocampagnolo.com TECPAR / CESI Curitiba – Paraná - Brasil Centro de Engenharia  de Sistemas Inteligentes Inteligência Artificial e Suas Aplicações A experiência do TECPAR
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. Objetivo e sumário
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“. TECPAR  - Instituto de Tecnologia do Paraná
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. CESI – Centro de Engenharia de Sistemas Inteligentes
Inteligência Artificial
- 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. O que é Inteligência?
Parte  das  Ciências da Computação  que busca  simular  ou  emular  o comportamento humano inteligente em termos de processos computacionais.  [Schalkoff, 1990] Definição de Inteligência Artificial
Classificação [ Russel & Norvig 1995 ] Classificação  dos Sistemas Inteligentes
Agente  Inteligente Ambiente Objetivos Planejamento e Tomada de Decisões Conhecimento Memória Percepções Ações
Evolução da Inteligência Artificial
Evolução da Inteligência Artificial
Diferenças da Computação Convencional Computação convencional Inteligência Artificial numérica simbólica procedural declarativa algorítmica heurística
Engenharia do conhecimento; Processamento de linguagem natural; Aprendizado automático; Sistemas difusos; Tutores inteligentes; Planejamento automático; Inteligência Artificial Distribuída / Sistemas Multi-Agentes; Subdivisões da Inteligência Artificial - 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!!! >
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 . Aplicações de Inteligência Artificial ... < lista não exaustiva!!! >
A IA está cada vez mais próxima das pessoas comuns!
SISTEMAS BASEADOS EM CONHECIMENTO 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 . Sistemas especialistas
O conhecimento do especialista
Arquitetura básica de um Sistema Especialista Fatos Informações Conclusões Memória de longo prazo (domínio do problema) Estratégia de raciocínio Memória de curto prazo (fatos e conclusões)
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; Desvantagens 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
Processo complexo e longo de extração do conhecimento (experiência) de um especialista humano em determinado domínio. (crítico para o sucesso do projeto !!) Aquisição do Conhecimento
SE  < premissa 1 > E  < premissa 2 > ENTÃO  < conclusão A > Um dos primeiros e mais tradicionais modelos de representação do conhecimento; Bom nível de representação, simples, de fácil aprendizagem, porém pouco flexível. Modelo mais usado na construção de sistemas especialistas. Representação do Conhecimento em Regras de Produção
Inputs { VazaoInj :Vazao total  da agua de injecao Particulas :Numero de particulas em suspensao O2galv :Teor de oxigenio [ON]-line medido por par galvanico CorrLPR :Taxa de corrosao medida por LPR CorrRE :Taxa de corrosao medida por resstencia eletrica O2memb :Teor de oxigenio [ON]-line medido por membrana DeltaP :Perda de carga nos filtros BseqO2 :Bomba de injecao de sequestrante de oxigenio [ON]-[OFF] If VazaoInj >= [VazaoMin] Then Planta operando If VazaoInj < [VazaoMin] Then PLANTA FORA DE OPERACAO If Planta operando and PV12 = [OFF] Then Planta injetando If Planta operando and PV12 = [ON] Then PLANTA EM RECIRCULACAO If Planta operando and Planta com problemas de corrosao and Desaeradora dentro dos parametros operacionais and BseqO2 = [OFF] Then Sequestrante de Oxigenio Alarme amarelo and  BOMBA DE INJECAO DE SEQUESTRANTE DESLIGADA and  RELIGAR bomba de injecao de sequestrante de Oxigenio LABEL rec.injex.oxigenio &quot;RELIGAR bomba de injecao de sequestrante de Oxigenio&quot;
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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.
+ Tendências a se observar! Interfaces com integração entre Duas ou mais telas Computação invisível e mais próxima do dia a dia Integração entre homem e máquina
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 . McGraw-Hill, Singapore, 1990.  IEEE-CS  http://www.computer.org/portal/web/intelligent/home AITopics  http://www.aaai.org/AITopics/pwwiki.phpAITopics/HomePage Para saber mais
Campos, M.M., Saito, K.  Sistemas Inteligentes em Controle e Automação de Processos.  Ed. Ciência Moderna / Petrobras. Rio de Janeiro, 2004 Para saber mais
Eng. Bruno Campagnolo de Paula [email_address] @bcp http://www.brunocampagnolo.com CESI – Divisão de Inteligência Artificial TECPAR - Instituto de Tecnologia do Paraná Curitiba   Paraná   Brasil

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Inteligência Artificial e suas aplicações - A experiência do TECPAR

  • 1. Eng. Bruno Campagnolo de Paula campagnolo@tecpar.br / @bcp http://www.brunocampagnolo.com TECPAR / CESI Curitiba – Paraná - Brasil Centro de Engenharia de Sistemas Inteligentes Inteligência Artificial e Suas Aplicações A experiência do TECPAR
  • 2. 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. Objetivo e sumário
  • 3. 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“. TECPAR - Instituto de Tecnologia do Paraná
  • 4. 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. CESI – Centro de Engenharia de Sistemas Inteligentes
  • 6. - 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. O que é Inteligência?
  • 7. Parte das Ciências da Computação que busca simular ou emular o comportamento humano inteligente em termos de processos computacionais. [Schalkoff, 1990] Definição de Inteligência Artificial
  • 8. Classificação [ Russel & Norvig 1995 ] Classificação dos Sistemas Inteligentes
  • 9. Agente Inteligente Ambiente Objetivos Planejamento e Tomada de Decisões Conhecimento Memória Percepções Ações
  • 12. Diferenças da Computação Convencional Computação convencional Inteligência Artificial numérica simbólica procedural declarativa algorítmica heurística
  • 13. Engenharia do conhecimento; Processamento de linguagem natural; Aprendizado automático; Sistemas difusos; Tutores inteligentes; Planejamento automático; Inteligência Artificial Distribuída / Sistemas Multi-Agentes; Subdivisões da Inteligência Artificial - 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!!! >
  • 14. 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 . Aplicações de Inteligência Artificial ... < lista não exaustiva!!! >
  • 15. A IA está cada vez mais próxima das pessoas comuns!
  • 16. SISTEMAS BASEADOS EM CONHECIMENTO Sistemas Especialistas
  • 17. 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 . Sistemas especialistas
  • 18. O conhecimento do especialista
  • 19. Arquitetura básica de um Sistema Especialista Fatos Informações Conclusões Memória de longo prazo (domínio do problema) Estratégia de raciocínio Memória de curto prazo (fatos e conclusões)
  • 20. 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; Desvantagens 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.
  • 22. Processo complexo e longo de extração do conhecimento (experiência) de um especialista humano em determinado domínio. (crítico para o sucesso do projeto !!) Aquisição do Conhecimento
  • 23. SE < premissa 1 > E < premissa 2 > ENTÃO < conclusão A > Um dos primeiros e mais tradicionais modelos de representação do conhecimento; Bom nível de representação, simples, de fácil aprendizagem, porém pouco flexível. Modelo mais usado na construção de sistemas especialistas. Representação do Conhecimento em Regras de Produção
  • 24. Inputs { VazaoInj :Vazao total da agua de injecao Particulas :Numero de particulas em suspensao O2galv :Teor de oxigenio [ON]-line medido por par galvanico CorrLPR :Taxa de corrosao medida por LPR CorrRE :Taxa de corrosao medida por resstencia eletrica O2memb :Teor de oxigenio [ON]-line medido por membrana DeltaP :Perda de carga nos filtros BseqO2 :Bomba de injecao de sequestrante de oxigenio [ON]-[OFF] If VazaoInj >= [VazaoMin] Then Planta operando If VazaoInj < [VazaoMin] Then PLANTA FORA DE OPERACAO If Planta operando and PV12 = [OFF] Then Planta injetando If Planta operando and PV12 = [ON] Then PLANTA EM RECIRCULACAO If Planta operando and Planta com problemas de corrosao and Desaeradora dentro dos parametros operacionais and BseqO2 = [OFF] Then Sequestrante de Oxigenio Alarme amarelo and BOMBA DE INJECAO DE SEQUESTRANTE DESLIGADA and RELIGAR bomba de injecao de sequestrante de Oxigenio LABEL rec.injex.oxigenio &quot;RELIGAR bomba de injecao de sequestrante de Oxigenio&quot;
  • 26. Regras não são a única forma de representar o conhecimento! Tabelas
  • 27. Regras não são a única forma de representar o conhecimento! Mapas mentais Tendência!
  • 28. 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). Estudo de caso: PETROBRAS
  • 29. Inteligência Artificial ?? na cadeia do leite ?!? Sistema Inteligente para apoio à cadeia produtiva do leite
  • 30. 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.
  • 31. Diagrama básico do sistema proposto:
  • 32. Pesquisa TECPAR “ Sistemas Especialistas” Noctua Ferramenta Colaborativa para Construção de Conhecimento e Auxiliar Instigador
  • 33. Regras Hiperglossário Noctua Etiquetas ? Questionamentos Mensagens Instantâneas ! Comentários Imagens Especialista(s) Engenheiro(s) do Conhecimento Histórico Perfis
  • 34. Catalisador em Ação Perfil ? Questionamentos Etiquetas Regras (LUGER, 2004) Se motor tenta pegar motor está recebendo combustível Então problema é vela Regra X Se motor não tenta pegar luzes acendem Então problema é motor de partida Regra Y
  • 35. Catalisador em Ação Se luzes acendem (regra Y) motor está recebendo combustível (regra X) Então ??? Regra ? Senhor Especialista, dadas essas condições, existe uma conclusão possível?
  • 36. TECPAR/CESI, ICC/IBMP, PUCPR, UP (Portugal) Inteligência Artificial aplicada em Bioinformática
  • 37. 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
  • 38. 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
  • 39. CSCW-SD (plataforma OMAS) Agente Assistente Pessoal
  • 40. Pesquisa TECPAR “ Robótica” Pesquisa em sensores e atuadores
  • 41. 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 ). Robótica
  • 42. Projetor de Luz Infravermelha (invisível) Câmera RGB (“comum”) Câmera infravermelha Conjunto de microfones Motor Kinect
  • 45. Pesquisa TECPAR “ GameAI” Inteligência Artificial aplicada em Jogos
  • 46. 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 ;
  • 48. 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.
  • 49. + Tendências a se observar! Interfaces com integração entre Duas ou mais telas Computação invisível e mais próxima do dia a dia Integração entre homem e máquina
  • 50. 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 . McGraw-Hill, Singapore, 1990. IEEE-CS http://www.computer.org/portal/web/intelligent/home AITopics http://www.aaai.org/AITopics/pwwiki.phpAITopics/HomePage Para saber mais
  • 51. Campos, M.M., Saito, K. Sistemas Inteligentes em Controle e Automação de Processos. Ed. Ciência Moderna / Petrobras. Rio de Janeiro, 2004 Para saber mais
  • 52. Eng. Bruno Campagnolo de Paula [email_address] @bcp http://www.brunocampagnolo.com CESI – Divisão de Inteligência Artificial TECPAR - Instituto de Tecnologia do Paraná Curitiba Paraná Brasil

Notas do Editor

  1. (KENDAL &amp; CREEN, 2007)