SBC - Grandes - Desafios

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Grandes Desafios da Pesquisa em Computação no Brasil – 2006 – 2016

Relatório sobre o Seminário realizado em 8 e 9 de maio de 2006

Autores

André C. Ponce de Leon F. de Carvalho, USP Angelo Brayner, UNIFOR

Antonio Loureiro, UFMG

Clarisse Sieckenius de Souza, PUC Rio

Claudia Maria Bauzer Medeiros, UNICAMP

Cláudio Leonardo Lucchesi, UNICAMP

Edmundo Souza e Silva, UFRJ

Flávio Rech Wagner, UFRGS

José Carlos Maldonado, USP

José Palazzo M. de Oliveira, UFRGS

Marcos André Gonçalves, UFMG

Maria Cecilia Calani Baranauskas, UNICAMP

Philippe Olivier Alexandre Navaux, UFRGS

Ricardo da Silva Torres, UNICAMP

Virgílio Augusto Fernandes Almeida, UFMG

Yoshiharu Kohayakawa, USP

Prefácio

Este relatório sintetiza os resultados do Seminário “Grandes Desafios de Pesquisa em Computação no Brasil: –2006 – 2016, realizado em São Paulo nos dias 8 e 9 de maio de 2006. O seminário, promovido pela Sociedade Brasileira de Computação (SBC), com o apoio da CAPES e da FAPESP, reuniu durante os dois dias 26 pesquisadores brasileiros da área de Computação, autores deste relatório. Os participantes foram selecionados por uma Comissão de Coordenação a partir de 47 propostas de desafios enviadas de todo o Brasil. Os critérios de seleção priorizaram a abrangência e visão de futuro em termos de pesquisa. O trabalho editorial da Comissão de Coordenação procurou preservar no relatório final apenas as propostas consideradas consensuais.

O programa do seminário foi dividido em duas etapas. Inicialmente, os trabalhos selecionados foram apresentados de forma resumida. A seguir, os participantes foram divididos em 6 grupos de trabalho, que discutiram as propostas, consolidando as em 5 desafios, apresentados neste relatório. As duas etapas foram intercaladas por um debate de dois convidados Profs Renato Janine Ribeiro e Gilberto Câmara sobre suas visões relacionadas ao tema do encontro e à. Em seguida, na sessão final, os resultados da reunião foram discutidos com representantes de agências de fomento, Softex e setores do governo.

A SBC pretende, com esta iniciativa, dar início a uma série de seminários multidisciplinares que aprofundem estes e outros temas, visando a intensificar o planejamento e a pesquisa de longo prazo em Computação no Brasil e a cooperação com outros domínios científicos do conhecimento.

A Comissão de Coordenação do Seminário agradece a todos os que enviaram suas propostas e, em particular, aos participantes, pelo trabalho realizado. Agradece especialmente aos convidados externos, Carlos Nobre (CPTEC INPE/ABC), Gilberto Câmara (diretor do INPE), Paulo Artaxo (USP/ABC) e Renato Janine Ribeiro (Diretor de Avaliação da CAPES) pela participação no evento e pelos valiosos comentários. Finalmente, agradece as sugestões e a presença, na sessão final, de Carlos Henrique Brito Cruz (Diretor Científico da FAPESP), Eratóstenes Ramalho de Araújo (SOFTEX), José Augusto Suruagy Monteiro (Coordenador do Forum de Coordenadores de Pós graduação da SBC) e Antenor Correa (SEPIN).

. Maio de 2006

Carlos José Pereira de Lucena, Claudia Bauzer Medeiros, Cláudio Leonardo Lucchesi, José Carlos Maldonado e Virgílio Augusto Fernandes Almeida

1. Introdução

A Computação revolucionou a pesquisa científica, sendo hoje reconhecida como o “terceiro pilar” a sustentar tal pesquisa, junto com os pilares da teoria e da experimentação [1]. Desta forma, ela permeia os avanços em todas as áreas do conhecimento. Novas formas de interação entre as ciências, em vários níveis e escalas, são mediadas pela Tecnologia da Informação, que é a simbiose da Ciência da Computação com diferentes domínios do conhecimento. Muitas das grandes descobertas científicas recentes são resultados do trabalho de equipes multidisciplinares que envolvem cientistas da Computação. Finalmente, ela é um componente indispensável para a implementação e o fortalecimento dos objetivos econômicos, tecnológicos e sociais de um país. O Seminário Grandes Desafios em Computação no Brasil foi concebido a partir de iniciativas semelhantes realizadas em outras partes do mundo e empreendidas a partir dessas constatações.

1.1 O que é um Seminário de Grandes Desafios de Pesquisa?

Um seminário de Grandes Desafios de Pesquisa não é um evento científico tradicional.

Seu objetivo não é apresentar resultados de pesquisas em andamento, mas sim definir questões de pesquisa que serão importantes para a ciência e para o país no longo prazo. É um evento em que o ambiente deve ser propício ao pensamento criativo, sem o excesso de críticas e necessidade de validações e provas que caracterizam as conferências tradicionais para a apresentação de resultados de pesquisa. Não é tampouco uma conferência de “defesa de idéias ou projetos pessoais de pesquisa”, mas sim um trabalho coletivo de identificação e caracterização de grandes problemas de pesquisa. É um esforço para o refinamento do pensamento mais orientado a problemas do que às disciplinas e às questões da própria área.

O evento visou a estimular a reflexão sobre limites que estão além dos avanços incrementais produzidos pela área. São, principalmente, questões associadas a “problemas centrais” que não podem ser resolvidas por pesquisas que objetivam resultados de curto prazo. São necessários múltiplos enfoques para atacar grandes desafios, e estes deverão ser pesquisados dentro de um horizonte de longo prazo. Em resumo, o evento deve vislumbrar grandes avanços, que permitam criar uma visão de futuro, que nem sempre poderá ser alcançada por planejamentos de curto passo, baseados apenas em projetos incrementais do conhecimento. A identificação de grandes desafios de pesquisa contribui para a formulação de projetos denominados High Risk High Payoff, que têm o potencial de produzir avanços significativos no campo científico, com aplicações sociais e tecnológicas de grande valor. Alguns aspectos característicos dos Grandes Desafios em Pesquisa estão resumidos a seguir.

1.Os Grandes Desafios devem ser dirigidos a avanços significativos na ciência, ao invés de conquistas incrementais baseados em resultados existentes. 2.A visão de um Grande Desafio deve estar bem além daquilo que pode ser obtido em um projeto de pesquisa no período típico de financiamento de um “grant”.

3.Os Grandes Desafios devem ser passiveis de avaliação clara e objetiva que permita definir o seu sucesso. 4.Os Grandes Desafios devem ser decomponíveis e passíveis de diagnóstico incremental, de modo a permitir mudanças de curso durante sua realização.. 5.Os Grandes Desafios devem ser ambiciosos e visionários, mas não irrealistas, viáveis dentro de um prazo predefinido – no caso desta iniciativa, 10 anos. 6.Os Grandes Desafios devem ser atraentes e motivadores para a sociedade. 7.Os Grandes Desafios devem ser desafiadores e motivadores para a comunidade científica. 8.Muitos dos problemas que constituem os Grandes Desafios de Pesquisa são multidisciplinares em sua natureza e nas possibilidades de solução. 9.Os tópicos dos Grandes Desafios emergem de um consenso da comunidade científica, para servir como um cenário de longo prazo para os pesquisadores, independentemente de políticas de financiamento ou questões conjunturais.

1.2 Propostas e experiências similares

Esforços para a definição de grandes desafios de pesquisa em diversas áreas da ciência vêm ocorrendo há vários anos em países de elevada tradição científica, como Estados Unidos e Inglaterra. Alguns exemplos são:

Grand Challenges in Environmental Sciences: realizada nos EUA pelo National

Research Council (NRC) a pedido da National Science Foundation (NSF), para as ciências ambientais. Um dos princípios era buscar direções inter e multidisciplinares, tendo em vista que vários problemas de pesquisa na área ambiental transcendem barreiras de disciplinas científicas tradicionais.

Sustainability in the Chemical Industry: os Grandes Desafios e necessidades de pesquisa determinados foram: química verde, substituição de solventes, melhoria de catalisadores, fontes de energia renovável e alfabetização digital em todos os níveis

The Grand Challenges in Global Health: iniciativa em nível mundial tentando identificar 14 grandes desafios que, se resolvidos, podem levar a importantes avanços na prevenção e tratamento de doenças que afetam em grande proporção os 2 bilhões de pessoas mais pobres do mundo

Gordon Research Conferences (GRCs): forum internacional para a apresentação e discussão de fronteiras da pesquisa em ciências biológicas, químicas e físicas e tecnologias associadas.

Em particular, na área de Computação, existem duas iniciativas para definir periodicamente Grandes Desafios em Pesquisa em Computação, as “Grand Research Challenges in Computing”, uma nos EUA e outra na Inglaterra. Nos Estados Unidos, a iniciativa apoiada pelo National Science Foundation em 2002 resultou na formulação dos seguintes desafios:

1.Systems you can count on 2.A teacher for every learner 3.911.net (ubiquitous information systems) 4.Augmented cognition 5. Conquering complexity

Na Inglaterra a UK Computing Research Committee e a British Computer Society produziram a seguinte lista de desafios em 2005:

1.In Vivo – In Silico 2.Ubiquitous Computing: experience, design and science 3.Memories of Life 4.The Architecture of Brain and Mind 5.Dependable Systems Evolution 6.Journeys in Nonclassical Computation

1.3 A SBC e os Grandes Desafios da Computação no Brasil: 2006 2016

O evento brasileiro foi organizado pela Sociedade Brasileira de Computação, a partir do modelo dos eventos internacionais citados anteriormente. O objetivo foi gerar um conjunto de cinco Grandes Desafios para a Computação no Brasil, acompanhados de uma especificação clara e sucinta da visão para o tratamento do problema em foco. Além disso, a formulação de cada desafio contemplou debates sobre os seguintes pontos: i) explicitação dos benefícios da busca da solução para o problema ii) descrição da maneira de medir o sucesso do avanço das pesquisas sobre o problema em questão, iii) elaboração das dificuldades e barreiras para se alcançar sucesso nas pesquisas na área em questão e iv) proposta de ações que deveriam ser tomadas para se enfrentar o desafio em um período de 10 anos.

Os cinco desafios propostos, descritos nas próximas seções, foram:

1.Gestão da Informação em grandes volumes de dados multimídia distribuídos 2.Modelagem computacional de sistemas complexos artificiais, naturais e sócio culturais e da interação homem natureza 3.Impactos para a área da computação da transição do silício para novas tecnologias 4.Acesso participativo e universal do cidadão brasileiro ao conhecimento 5.Desenvolvimento tecnológico de qualidade: sistemas disponíveis, corretos, seguros, escaláveis, persistentes e ubíquos

2. Gestão da informação em grandes volumes de dados multimídia distribuídos

Quase tudo que vemos, lemos, ouvimos, escrevemos, medimos é coletado e disponibilizado em sistemas de informação computacionais. Para obter efetividade e eficiência, é fundamental criar soluções escaláveis que possam responder às necessidades de desenvolvimento de aplicações com esses dados. O objetivo deste desafio é, assim, desenvolver soluções para o tratamento, a recuperação e a disseminação de informação relevante, de natureza tanto narrativa quanto descritiva, a partir de volumes exponencialmente crescentes de dados multimídia.

Vários fatores contribuem para o crescimento explosivo de dados. O problema tornou se mais visível com a disseminação da Internet, em que indivíduos, empresas, governos, instituições não governamentais são produtores de conteúdo em potencial, transformando o mundo em uma enorme base de dados que é atualizada em tempo real, por milhares de pessoas, a cada segundo. Outro fator crítico para a geração exponencial de dados é a aparição de dispositivos que capturam novos tipos de dados extremamente complexos – satélites, microssensores, telescópios, câmeras de vídeo em experimentos de interações humanas, ou dispositivos que registram a atividade cerebral em face de estímulos diversos. Finalmente, dados são gerados por cientistas e pesquisadores ao fazer experimentos e acessar serviços computacionais, em campos tão variados quanto ciências da terra, bioinformática, medicina, ou ciências sociais. Esses dados são de vários tipos (por exemplo, som, vídeo, texto e dados analógicos posteriormente digitalizados) e usam distintas unidades de coleta e medida (por exemplo, interações, coletas físicas de espécimes na natureza), em várias escalas temporais e espaciais.

Todo esse imenso conjunto heterogêneo de dados, distribuído por todo o planeta, preci sa ser processado, armazenado e disponibilizado para tornar possível a extração de informa ção para os mais diferentes tipos de usuários, em soluções escaláveis. Isto exige, dentre ou tros enfoques, pesquisa em novas técnicas e métodos de gerenciamento, extração de conteú do de som e imagem, integração, indexação e recuperação de dados e informação. Além disso, apresenta desafios de preservação e segurança. Mais ainda, tendo em vista a constan te evolução tecnológica, é preciso garantir que dados armazenados continuem acessíveis com o passar dos anos – ou seja, garantia de durabilidade e acesso em longo prazo. Ainda, outros fatores de pesquisa a considerar são a modelagem de grandes volumes de dados mul timídia, formas distintas de entrada e saída multimodal, algoritmos e estruturas para proces samento otimizado de redução e consulta aos dados e informações e, cada vez mais, atendi mento a diferentes perfis e necessidades de aplicações e usuários.

Para tratar esses grandes volumes de dados e informação distribuídos é também essencial a exploração eficiente de todos os níveis de paralelismo, do nível do chip, hoje com processadores multicore, passando pelo nível de arquitetura dos nós integrados através de redes de alto desempenho em um cluster, até a formação de grades (grids) pela comunicação de clusters heterogêneos através de uma rede clássica, tipo internet.

O grande desafio é a integração de todas essas linhas e áreas para conduzir a aplicações que possam beneficiar o contexto sócio economico cultural do País. Embora haja resultados de pesquisa em cada uma das áreas isoladas, alguns ainda incipientes, não existem propostas que consideram a sua integração.

O presente desafio é importante porque, além de estimular a pesquisa em áreas básicas em Computação, sua integração pode influir no desenvolvimento de inúmeras aplicações chave em vários setores da sociedade. Exemplos são: criação de conteúdo para atividades educacionais (e learning), gestão eficiente da informação visando apoio a governo eletrônico (e gov), extração de subconjuntos inter relacionados de dados para apoio à pesquisa científica (e science), disponibilização de informações relevantes para diagnóstico médico à distância (telemedicina) e entretenimento digital.

Das aplicações estratégicas acima mencionadas, o entretenimento digital vem ganhando crescente relevância pedagógica, econômica e social. Baseia se, dentre outras, nas chamadas “informações narrativas”, modalidade bem menos tratada até hoje pela Computação do que a informação descritiva, tipicamente disponível em bancos de dados. Abrange tanto domínios práticos de sistemas gerenciais de informação, como gêneros de ficção. No primeiro caso, fornece apoio, por exemplo, por exemplo, para simulação, tomada de decisão e treinamento; no segundo, para a composição e narração de estórias (“storytelling”), jogos eletrônicos e geração de conteúdo para TV digital interativa. Soluções envolvem trabalhos em modelos conceituais de tais domínios ou gêneros, desenvolver métodos e implementar sistemas de manipulação de enredos, e ganhar experiência com os requisitos dos diferentes tipos de aplicação.

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