Um Centro de Pesquisa para Inteligência Artificial Avançada no Brasil

Há muito, a discussão sobre Inteligência Artificial (IA) atrai a atenção de pensadores das mais variadas áreas, de filósofos a escritores de ficção científica. Essa atenção adquiriu muita urgência na última década quando um avanço tecnológico explosivo demonstrou que artefatos artificiais podem de fato resolver problemas específicos normalmente associados à inteligência humana. Ao perceber que atividades como interpretação de texto ou de imagens podem ser reproduzidas por máquinas, segmentos importantes da sociedade passaram a investigar os benefícios desta tecnologia e a debater seus possíveis riscos. Um conjunto de países já produziu estudos sobre o impacto da IA e em particular planos sobre como explorar, e em alguns casos liderar, esta tecnologia. Uma das estratégias frequentemente adotadas ao redor do mundo é a criação de centros de pesquisa, em geral ligados a universidades com liderança na área. Por exemplo, os Estados Unidos criaram recentemente um conjunto de AI Research Institutes com suporte da National Science Foundation, anunciados como o investimento mais significativo em pesquisa em IA por parte do governo norte-americano. Outro exemplo importante é o Alan Turing Institute, criado no Reino Unido em 2015 por meio da colaboração entre universidades, com foco em ciência de dados e IA. Mais recentemente, em 2018,  um centro foi estabelecido na China por meio da colaboração entre empresas e universidades, a Beijing Academy of Artificial Intelligence.

Este artigo descreve, em linhas bastante gerais, a criação do Centro de Inteligência Artificial, sediado na Universidade de São Paulo e financiado em parceria com a IBM e a Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP). Resultado de um processo cuidadoso de planejamento, o Centro de Inteligência Artificial (Center for Artificial Intelligence – C4AI) é a maior iniciativa em curso no Brasil de suporte à pesquisa em Inteligência Artificial. O C4AI abriu suas portas de forma virtual em 2020, contando já com a participação de várias instituições e dezenas de pesquisadores associados. Mostramos aqui como o Centro foi concebido e como seus passos iniciais foram executados.

A Criação e Constituição do C4AI

A Universidade de São Paulo mantém, há décadas, vários grupos de pesquisadores focados em IA. Estes grupos estão disseminados em vários institutos e por campi diversos, tendo historicamente uma presença forte em unidades responsáveis por Engenharias e por Ciências da Computação. Em vista do avanço observado na última década, outros grupos de pesquisa passaram a se agregar à comunidade de IA – grupos em medicina, saúde pública, economia, administração, direito, estatística, física, etc. Diante da estratégica necessidade de congregar esforços da Universidade em torno de temas ligados a Inteligência Artificial, a pró-reitoria de pesquisa da USP anunciou, ao final de 2018, um edital destinado a mapear grupos de pesquisa interessados em sistemas inteligentes. Foram submetidas 121 propostas a este edital, permitindo que os pesquisadores ligados ao tema fossem identificados. Dessa forma, a USP iniciou o ano de 2019 organizada e pronta para liderar pesquisas na área de Inteligência Artificial. Esse esforço coincidiu com o lançamento, no início de 2019, de um edital para criação de um Centro de Pesquisa em Engenharia voltado a IA pela IBM e pela Fapesp.

A Fapesp é uma das principais agências de fomento à pesquisa científica e tecnológica do Brasil; seus recursos se destinam a bolsas e auxílios em diversos programas distintos. O programa de Centros de Pesquisa em Engenharia da Fapesp oferece suporte à pesquisa de longo prazo para projetos de grande porte e caráter multidisciplinar entre parceiros acadêmicos e empresariais. Um Centro de Pesquisa em Engenharia não está limitado a questões típicas da Engenharia; pelo contrário, os Centros já estabelecidos lidam, entre outros, com ativos biotecnológicos, bem-estar humano, biocombustíveis e medicamentos moleculares. Um Centro de Pesquisa em Engenharia deve ter múltiplos objetivos: desenvolver pesquisas de classe internacional; difundir conhecimento para a sociedade, formar pessoas e fomentar debates; transferir tecnologia para parceiros. O suporte dado pela Fapesp a um particular Centro é complementado, em igual medida, por parceiros empresariais. No caso do edital lançado no início de 2019 para um Centro voltado à IA, este parceiro foi a IBM.

A IBM tem antiga presença no país: não só a IBM Brasil foi a primeira filial estabelecida pela IBM (em 1917), tendo feito investimentos significativos em produção e desenvolvimento de produtos no país ao longo de mais de 100 anos, como em 2010 a IBM aqui estabeleceu o seu nono laboratório de pesquisa mundial. Este laboratório, parte da rede mundial da IBM Research, foi resultado de um processo elaborado de avaliação das possibilidades de conduzir pesquisa tecnológica avançada no Brasil. Ao longo dos 10 anos seguintes, o laboratório da IBM Research no Brasil cresceu, contratando mais de uma centena de doutores, pesquisadores, engenheiros, estudantes e alcançando níveis de produtividade semelhantes aos outros laboratórios da IBM. Em paralelo, diversas iniciativas de colaboração com a comunidade científica foram feitas, incluindo um projeto em parceria com a Fapesp, que contemplou mais de 20 projetos de pesquisa em universidades paulistas com fundos de apoio à ciência nas áreas de IA e agricultura. Como resultado dessa e das demais experiências positivas com a academia brasileira, a IBM decidiu aumentar esse investimento e propor em 2019 uma parceria de maior escala com universidades no Brasil.

Diante do lançamento do edital citado, uma equipe de pesquisadores da USP se reuniu semanalmente, durante os primeiros meses de 2019, para definir uma proposta de Centro aderente ao edital lançado pela Fapesp e IBM. Este esforço contou com participação de pesquisadores de toda a Universidade em um trabalho geograficamente distribuído. Nesse processo três instituições se associaram à USP como parceiras, cada uma com contribuições específicas de alta qualidade: o Instituto Tecnológico de Aeronáutica (ITA), a Pontifícia Universidade Católica de São Paulo (PUC-SP) e o Centro Universitário FEI.

A proposta resultante foi baseada no entendimento de que a próxima fase da pesquisa em Inteligência Artificial terá como foco tanto um continuado avanço nos algoritmos que manipulam dados e aprendem a partir de observações, quanto uma maior interação entre os vários tópicos essenciais no comportamento inteligente: representação de conhecimento e raciocínio, tomada de decisão e aprendizado.  A proposta previa também um significativo investimento em alguns setores aplicados – por exemplo, saúde e agronegócio.

A proposta foi selecionada pela Fapesp e IBM em outubro de 2019. Em seguida foram conduzidas tratativas ligadas à proteção de dados e propriedade intelectual, bem como reuniões sobre gestão e organização do Centro. Resolvidos estes assuntos, o C4AI teve seu início em agosto de 2020; para comemorar esse lançamento, foi realizado um evento remoto em outubro de 2020 com autoridades da USP, da Fapesp, da IBM, bem como das instituições associadas.

Com financiamento de até 10 anos, o C4AI recebe suporte anual aproximado de R$ 2 milhões da Fapesp e R$ 2 milhões da IBM, com uma contrapartida anual superior a R$ 4 milhões da USP na forma de pessoal e facilidades físicas. Suporte de longo prazo é importante pois permite que projetos de maior fôlego e ambição sejam abordados. Contando com cerca de 80 pesquisadores diretamente associados a seus projetos, e um número equivalente de pesquisadores colaboradores, o C4AI tem condições de enfrentar os vários desafios encontrados na pesquisa em IA. Estes pesquisadores se distribuem geograficamente, com maiores grupos em São Paulo (capital) e São Carlos, além de grupos menores em outras cidades como Ribeirão Preto, Piracicaba e São José dos Campos.

Dois espaços, um em São Paulo (capital) e outro em São Carlos, são destinados a receber uma maior presença física de pesquisadores e equipamentos. O C4AI é sediado no InovaUSP, um espaço para inovação e pesquisa multidisciplinar  localizado no coração do campus Butantã da USP em São Paulo (capital).  Além disso, o C4AI conta com uma sub-sede localizada no Instituto de Ciências Matemáticas e de Computação da USP em São Carlos.

Um conjunto de comitês coordena vários aspectos do C4AI. Em alto nível, o Comitê Estratégico é composto pelo pró-reitor de pesquisa da USP (Sylvio Canuto) e pelo diretor da IBM Research (Dario Gil). O Comitê de Direção, composto por dois membros da USP (Marcos Nogueira Martins e Moacir de Miranda Júnior) e dois membros da IBM (Lisa Amini e Bruno Flach), se ocupa do relacionamento no longo prazo entre os parceiros. O Comitê Executivo, responsável pelo planejamento e gestão do C4AI, consiste no diretor e vice-diretor, o primeiro da USP e o segundo da IBM (Fabio Cozman e Claudio Pinhanez respectivamente), bem como coordenadores de Difusão (Fernando Osório) e de Impacto (Glauco Arbix), ambos da USP. Três outros comitês complementam a coordenação de atividades do C4AI: um Comitê Científico composto por lideranças de pesquisa internacionais, um Comitê de Indústria composto por lideranças empresariais e governamentais e um Comitê de Diversidade cujo objetivo é atuar para que a área de IA tenha uma maior diversidade em todas as possíveis dimensões.

O C4AI: Planos e Desafios

Embora o C4AI tenha iniciado operações em meados de 2020, desde 2019 suas atividades estão em discussão e planejamento. Pesquisadores se reuniram já em dezembro de 2019 para várias rodadas de discussão, visando encontrar temas de pesquisa comuns onde a colaboração multidisciplinar faça a diferença (esse esforço levou aos Grandes Desafios apresentados adiante). Além disso, este período serviu para consolidar a missão e a visão do C4AI, bem como o planejamento de difusão e de impacto.

O C4AI tem como missão produzir pesquisa avançada em Inteligência Artificial no Brasil, disseminando e debatendo os principais resultados, treinando estudantes e profissionais e transferindo tecnologia para a sociedade. Tem, como visão, ser um centro de excelência de nível mundial em Inteligência Artificial e uma organização essencial para a comunidade científica e a sociedade no Brasil.

O C4AI tem uma Coordenação de Difusão que  procura disseminar conhecimento e educar a sociedade sobre a área de IA. O plano de difusão do C4AI prevê que o Centro proverá conteúdo educacional e treinamento customizado relacionado às tecnologias de IA e manterá programas especiais voltados à diversidade e inclusão. Como primeiras atividades, o Centro já teve oportunidade de oferecer seminários internacionais com dois expoentes da área: David Cox, professor do MIT e Harvard e responsável pela direção do laboratório MIT-IBM Watson, e Pattie Maes, professora do MIT Media Lab. A proximidade com o MIT não é mera coincidência: esperamos reproduzir no C4AI algumas das melhores práticas observadas na notável parceria da IBM com o MIT em Inteligência Artificial. Aliás, o C4AI tem muito a absorver de congêneres internacionais, sendo parte da IBM’s AI Horizons Network (AIHN), rede de centros de pesquisa criada em 2016 para promover colaboração entre universidades líderes ao redor do mundo, com o objetivo de fomentar e acelerar a pesquisa e a aplicação de IA.

O C4AI tem também uma Coordenação de Impacto, preocupada com transferência de tecnologia em uma perspectiva ampla. A Coordenação de Impacto procura incentivar o uso de IA em empresas e o crescimento e criação de provedores de tecnologia de IA no Brasil. O objetivo é levar o C4AI a se tornar um participante ativo no ecossistema de IA brasileiro, contribuindo para seu avanço pela remoção de barreiras e promoção de dados e códigos abertos.

Para levar a área de IA a um novo patamar, o C4AI organiza suas atividades de pesquisa em torno de cinco Grandes Desafios que combinam tanto aspectos fundamentais de IA quanto aplicações em setores selecionados. A conexão entre os tópicos básicos de pesquisa e áreas de aplicação de IA funciona nos dois sentidos: os tópicos básicos permitem a abordagem de problemas de grande escala nas áreas de aplicação selecionadas e, por outro lado, são alimentados pelos desafios de escala nessas áreas de aplicação.

O foco em um conjunto limitado de Grandes Desafios permite que os recursos do Centro tenham máximo impacto e visibilidade, evitando excessiva dispersão; por outro lado, os grandes desafios escolhidos são amplos e exigem, para sua efetiva solução, que pesquisadores das mais diversas áreas e formações colaborem ativamente.

Obviamente, a evolução tecnológica dos temas abordados no C4AI é vertiginosa e exigirá revisões periódicas dos desafios postos, com sua eventual expansão ou substituição. No momento, os cinco Grandes Desafios em foco são:


1)
NLP2 (abreviando Natural Language Processing in Portuguese)

Foco em recursos (dados e ferramentas) para levar o processamento de linguagem natural em português para o estado da arte.

2)
KEML (abreviando Knowledge Enhanced Machine Learning)

Aprendizado de máquina enriquecido com conhecimento para responder consultas complexas sobre a costa oceânica brasileira (Amazônia Azul).

3) AgriBio

Tomada de decisão sob incerteza, através de modelos causais multicritério, em redes de produção de alimentos.

4)
GOML (abreviando Graph-Oriented Machine Learning)

Aprendizado de máquina orientado a grafos voltado a Acidentes Vascular Cerebrais (AVCs), avançando o diagnóstico, tratamento e reabilitação de pacientes.

5) AI Humanities

Políticas públicas e futuro do trabalho relativo a IA em países emergentes: mapeando, entendendo e lidando com o impacto da IA.

Do ponto de vista da USP, o C4AI é parte de uma política maior de suporte a temas importantes e multidisciplinares que exigem esforços conjuntos, agregando competências disseminadas na Universidade em torno de um projeto institucional amplo. Dentro desta perspectiva, a construção de uma rede de pesquisadores ligados a temas de Inteligência Artificial, nos mais variados ramos do saber, é uma iniciativa estratégica para a Universidade de São Paulo.

Do ponto de vista da IBM, o Centro de Inteligência Artificial atenderá a necessidades de estruturar, organizar e conectar melhor à indústria a comunidade científica de Inteligência Artificial no Brasil. A IBM considera que o Centro poderá ser um aglutinador com a possibilidade de catalisar a evolução e o crescimento da Inteligência Artificial, tanto do ponto de vista científico como no atendimento às demandas do mercado de profissionais e tecnologias específicas para o contexto brasileiro, como é o caso do processamento da língua portuguesa.

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