Cientistas descobrem como usar seu corpo para processar dados em dispositivos vestíveis

Cientistas descobriram uma maneira de usar tecido vivo como um reservatório computacional para resolver problemas e potencialmente prever sistemas caóticos como o clima.

Com informações de Live Science.

Um cientista no Japão demonstrou como o corpo humano pode ser usado como um computador para processar dados e resolver problemas complexos.

Esse avanço é possível porque o tecido humano tem propriedades úteis para um tipo de processamento de dados chamado “computação de reservatório”, escreveu o autor do estudo, Yo Kobayashi, professor associado do Departamento de Ciência Mecânica e Bioengenharia da Universidade de Osaka, em um novo estudo publicado em 20 de março no periódico IEEE Access.

Na computação de reservatórios, as entradas são alimentadas em um sistema com um grande número de “nós” ou “dimensões” (o reservatório) e, em seguida, interpretadas para isolar dados importantes ou prever resultados futuros. Embora em muitos casos o reservatório seja digital, é possível usar outros sistemas físicos.

Para demonstrar a possibilidade de usar tecido humano para processar dados, o pesquisador pediu aos participantes que dobrassem os pulsos em vários ângulos.

Em seguida, ele usou ultrassom para obter imagens da deformação resultante nos músculos. A partir desses dados, construiu um modelo computacional de um reservatório físico que poderia emular com sucesso sistemas dinâmicos não lineares em testes de referência.

Isso é alcançado usando o campo de deformação dentro do músculo para representar o estado do reservatório. A não linearidade — o fato de a entrada não afetar os nós do reservatório em linha reta — permite que os sinais de entrada sejam mapeados em um espaço de estados de alta dimensão, o que facilita cálculos complexos. Nesse caso, a entrada é o padrão de sinal do ângulo da articulação do punho.

“Uma área de aplicação potencial dessa tecnologia são os dispositivos vestíveis”, disse Kobayashi em um comunicado. “No futuro, talvez seja possível usar nosso próprio tecido como um recurso computacional conveniente. Como o tecido mole está presente em todo o corpo, um dispositivo vestível poderia delegar cálculos ao tecido, melhorando o desempenho.”

Ele também sugeriu que o processo poderia ser aplicado a dispositivos médicos e de suporte à vida, bem como a outras tecnologias de interação homem-máquina, contando com tecido humano para recursos adicionais de processamento.

Computação em um balde de água

Uma maneira comum de ilustrar como a computação de reservatórios funciona é o método do “balde d’água”. Nesse cenário, uma série de tanques de água dispostos em uma grade ou outra formação compõem o reservatório, com tubulações de vários tamanhos conectando-os de forma não linear. Isso significa que a água não flui em linha reta de um tanque para outro. Em vez disso, adicionar água ou perturbações ao sistema pode alterar o nível dos tanques de água em todo o sistema, ou essa água pode sair de um tanque em um ponto, mas ser reintroduzida posteriormente como resultado de uma única entrada

As informações são refletidas em todo o sistema na forma de níveis de água flutuando nos diversos tanques, mudando dinamicamente ao longo do tempo. O estado do reservatório é registrado ao longo do tempo pela medição do nível de água em cada tanque, e então uma camada computacional treinável lê e interpreta os resultados.

O reservatório é responsável por “distorcer” ou “misturar” o sinal de entrada de diversas maneiras não lineares, gerando um conjunto diversificado de características temporais. O reservatório não “resolve” explicitamente equações não lineares no sentido numérico tradicional. Em vez disso, ele aprende a imitar o comportamento de entrada-saída do sistema governado por essas equações. As não linearidades dentro do reservatório permitem que ele capture e represente relações não lineares presentes nos dados de entrada e na dinâmica subjacente do sistema.

O tecido humano pode funcionar como um reservatório porque compartilha algumas qualidades com um reservatório à base de água. Por exemplo, possui qualidades não lineares, especificamente a não linearidade tensão-deformação, o que significa que a relação entre a tensão aplicada ao tecido e a deformação resultante não é uma linha reta. Também é viscoelástico, o que significa que possui qualidades elásticas (como um elástico) e viscosas (como um fluido espesso) quando deformado — em outras palavras, possui uma “memória” física de sua deformação passada e, portanto, pode armazenar informações

Além das aplicações mencionadas, a computação de reservatórios tem se mostrado promissora na previsão de sistemas caóticos, como o clima. Também foi proposta como uma forma de prever outros sistemas que variam ao longo do tempo, como preços de ações ou qualidade do ar. Ao interpretar dados anteriores por meio do sistema, pode ser possível prever resultados futuros.

Como Kobayashi destacou, seu trabalho é apenas um primeiro passo — ao mesmo tempo em que reafirma seu potencial no futuro.

Este estudo realizou apenas testes de referência; portanto, é fundamental determinar a aplicabilidade do processo computacional real em cenários futuros. No entanto, essas descobertas abrem caminho para a exploração bem-sucedida da dinâmica do tecido humano em uma ampla gama de tarefas e aplicações computacionais.

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