A astrofísica brasileira que simula buracos negros com inteligência artificial e é fenômeno nas redes:

Alémseu trabalho, ela se tornou uma das personalidades mais conhecidas entre divulgadoresciência no Brasil. No Twitter, ela tem mais118 mil seguidores e no Instagram eles já somam mais37 mil, e ela coleciona passagens por canaismídia, onde divulga a Física.

Inteligência artificial

O casamentoastrofísica e ciência da computação é o eixosua dissertaçãomestrado, que simula o funcionamentoum buraco negro a partiraprendizadomáquina, e foi publicadomarço deste anoedição da revista científica Monthly Notices, da associação inglesa Royal Astronomical Society, sob o título Black hole weather forecasting with deep learning: a pilot study ("Previsão das condições atmosféricasum buraco negro com aprendizadomáquina: um estudo piloto",português).

Assinada também pelo astrofísico e professor da USP Rodrigo Nemmen e pelo cientista da computação João Paulo Navarro, arquitetosoluções da empresacomputação gráfica Nvidia, a tese é frutopesquisa desenvolvida por Roberta desde 2019 e pioneira ao trilhar o caminho da inteligência artificial para buscar entender mais sobre esses objetos celestes.

A ideia veio não só pelo avanço da tecnologiasi, mas também como formaacelerar o processo, já que o estudo é complexo. "Tem muita coisa envolvida [para uma simulação]: campos magnéticos, equaçõesMaxwell, relatividade geral", enumera a doutoranda.

Tentar montar um projeto desses por vias mais tradicionais demanda tempo pela abrangência dos cálculos, além do cruzamento da enorme quantidadedados necessários na astronomia.

Ao ser questionada a respeitoquão complexo pode ser o método, Roberta explica as variáveis das operações envolvidas.

"São equaçõesconservação, então, a gente tem conservaçãomassa, conservaçãoenergia, conservação do momento e cada uma dessas são equações EDP, as equações diferenciais parciais, que dependemvariadas, ou seja, variaçõesparâmetros", diz ela. "E se você está prevendo três parâmetros, são três equações e uma depende da outra. Então, uma equação afeta a outra."

No processo, se vão alguns dias para cálculos considerados mais simples e até um mês para resultados com maior complexidade. "São cálculos numéricos, mas muito demorados porque se precisafato resolver a equação", afirma a pesquisadora. "Com a inteligência artificial, não. Ela aprende a física do que está acontecendo e retorna com os resultados."

O segredo para a máquina aprender física estáalgo intrínseco a esse tipotecnologia. "Você não precisa da matemáticafato. Ela olha padrões e entende os padrões sem resolver a física", afirma Roberta, citando pensamentoum dos pioneiros da inteligência artificial, o canadense Yoshua Bengio, vencedor do Turing2019, o prêmio Nobel da computação. "Se tende a achar que a inteligência artificial é boa na lógica, mas ela é boa para reconhecer padrão", diz ela.

Uma vez traçado o caminho e acompanhadaseu orientador na pesquisa, o professor Rodrigo Nemmen, e do cientista da computação João Paulo Navarro, a astrofísica optou então por se inspirarum modelorede neural chamado U-Net.

Criada2015 para fazer exames biomédicos mais precisos pelos pesquisadores Olaf Ronneberger, Philipp Fischer e Thomas Brox, da UniversidadeFreiburg, na Alemanha, a arquitetura digital mostrou-se muito interessante para o trabalhoRoberta, pois mais do que exibir bons resultados com as imagens, ela também se desenvolvia bem com vídeos.

E a máquina parte justamentevídeos para apresentar o que pode acontecer ao redor do objetoestudo, detentoruma gravidade tão brutal que nem a luz escapa dela.

"Imagina como se fosse um vídeoum buraco negro no centro só que,vezser uma imagem bonitinha,luz, como a do Gargantua, do [filme preferidoRoberta, lançado2014 e dirigido por Christopher Nolan] Interestelar, o que a gente tem é a densidadecada ponto do frame", explica a astrofísica sobre o método da pesquisa à BBC News Brasil.

"No meu trabalhomestrado, a gente utilizou a densidade porque ela é mais visual, trabalha melhor com imagem."

Assim, alimenta-se a máquina com a imagem, as camadasdensidade, e então vem o resultado. "Ela vai retornar uma imagem com esses pesos. E, no final, essa imagem que ela retornou é comparada com a que a gente espera", diz Roberta.

"Aí você calcula o erro entre as duas. O quão errada aquela que ela devolveu está [em comparação] ao que você espera."

A taxaerro foi0,8% para simulações simples e2% para simulações avançadas. Já a aceleração nos cálculos foi32.000 vezessimulações consideradas mais simples e7.000 vezes para simulações inéditas para o algoritmo.

Segundo a pesquisadora, o processomontar do zero a máquina inspirada na U-Net, treiná-la, testá-la e enfim alcançar com ela os resultados durou cercaum ano e meio.

E o trabalhoequipe fez diferença.

"O João Paulo [Navarro], como cientista da computação, foi essencial para nos dar direções porque eu e o Nemmen somos físicosformação", lembra Roberta, que tevelidar com a unidadeprocessamento GPU, feita para gráficos e renderizaçãoimagens.

O professor Nemmen, porvez, foi quem levantou a bola da inteligência artificial.

A sugestão apareceuuma conversa entre os dois, na qual Roberta falava a respeitoredes neurais ecomo gostava do tema. Era um tempoque ela ainda trabalhava com simulações numéricas, sem a ajudadeep learning, o aprendizadomáquina.

"Então, ele teve a ideia: e se a gente propusesse um novo métodosimular?", recorda ela.

À época, Nemmen andava estudando exatamente esse tipotecnologia. "Fiquei empolgado com a perspectivaaplicação dos algoritmosinteligência artificialastrofísica", lembra o professorentrevista por e-mail para a BBC News Brasil.

"Propus uma mudança radical no projeto da Roberta para passar a ser a aplicaçãointeligência artificial nessas simulaçõesburacos negros, e ela topou."

Para o professor Nemmen, o processo"idas e voltas,tentativas e erros" tem sido,acordo com suas próprias palavras, uma "montanha-russa emocional" desde o início.

"Vivendo os altos quando obtínhamos resultados interessantes, no sentido da IA conseguir aprender sobre a dieta do buraco negro, ao ser alimentada com dados, mas também os baixos, quando encontrávamos desafios no tratamento dos dados. Ou quando encontramos o lado negro da IA: os pontos onde a inteligência artificial falha."

Nemmen considera o trabalho uma viapista dupla, com resultadosdesenvolvimento nos dois campos.

"Fazemos ciência da mais alta qualidade — e inovadora — no nosso país apesar das investidas do atual governo federal contra a ciência básica. Não há ninguém mais simulando buracos negros com inteligência artificial no mundo, por exemplo, além do meu grupo [o Black Hole Group, equipepesquisadores da USP]", diz o professor. "Este é um tópicopesquisa ativo tantoastrofísica quantociência da computação".

A pista dupla alcança também o coraçãoRoberta, pois o computador é um amorberço.

Históriaamor

NascidaMogi das Cruzes, cidade paulista a 57 quilômetrosdistânciaSão Paulo, Roberta é filhauma ex-estudantedireito eum analistasistemas.

Sua históriaamor com a informática e as telas surgiu na infância, como uma herança paterna portanto. "Eu até brinco que o computador foi quase uma babá, junto com meu pai, porque ele estava sempre ali comigo, ensinando e mostrando como funcionava, mexendo no computador", lembra a astrofísica.

O gosto pela tecnologia foi crescendo e nunca diminuiu, tanto que, às vezes, como no meiouma das três entrevistas que deu à BBC News Brasil, ela se pergunta "como é que eu não fui fazer ciência da computação?". À própria questão, Roberta responde "que deu certo, tudo se juntou", já que trabalha diretamente com inteligência artificial hoje.

Ao prazer tecnológico se juntou aos poucos o da leitura, incentivado pelos pais, que lhe davam livrospresente. Desta forma, entre páginasrevistas, como Recreio, Superinteressante e Ciência Hoje das Crianças, e do contato com o personagem Astronauta, das históriasquadrinhos da Turma da Mônica, surgiu um interesse pela astronomia.

E não deu outra: aparecia ali mais uma área para Roberta explorar a fundo. "Quando eu era criança, achava que ia ser astrônoma, 100% astrônoma,olhar telescópio", diz ela.

O próximo passo veio por acaso. Fã das leituras sobre ciência, a menina estava um diauma unidade das lojas Americanas,Mogi das Cruzes, quando viu numa cesta o livro Buracos Negros - Uma viagem ao centroum buraco negro - Um dos maiores mistérios do Universo (Editora Moderna,1997),Heather Couper (1949-2020) e Nigel Henbest.

A obra a fisgou à primeira vista. "Aquele livro explica tudo o que os buracos negros são, os fenômenos, o que eles fazem, como são formados", explica ela sobre a publicação, da qual guarda um exemplar na casa dos pais até hoje.

"Lembro que eu li aquilo, com 10 anos, e não entendia a teoria da relatividade geral, as equações. Mas ficava lendo e lendo e lendo, como se estivesse entendendo tudo", recorda. "A partir daí eu me apaixonei por buracos negros e eles viraram meus objetos favoritos."

Mas a garota não optaria nem pela ciência da computação tampouco pela astronomia na horaescolher um curso na faculdade.

Pois um valor mais alto se levantava no ensino médio, mais precisamente nas salas do colégio particular Tomás Agostinho, onde tinha uma bolsaestudos,Mogi das Cruzes.

"Eu me apaixonei por física e, já nas primeiras aulas, achei incrível", lembra. "Tinha a questãoque gostavaciência, então, a física entrava como ferramenta para explicar."

Assim, ela deixoucidade natal para morarSão Carlos, a 232 quilômetros da capital do Estado, São Paulo, e fazer faculdade no InstitutoFísicaSão Carlos (IFSC), da USP.

Lá, alémaprender os conceitos e teorias da ciência, Roberta descobriu algumas coisas.

Uma delas foi a importânciater escolhido exatamente aquele curso. "Eu não seria nada se não fosse a física", diz ela sem pestanejar.

"Não consigo me imaginar fazendo outra coisa porque a física abriu todas as portas que eu queria. A computacional, a astrofísica. E mesmo trabalhando com inteligência artificial, a bagagem matemática para entender, aplicar e até criar os modelos veio com a física."

Outra foi a experiênciaser uma mulher formada neste curso. "A física ainda é uma área predominantemente masculina. Quando entrei [na faculdade], tinha 40 alunos na turma e só duas mulheres: 38 homens e duas mulheres", relembra.

"Chega a ser machista às vezes porque são acostumados com aluno homem. Então, quando entra uma mulher, acaba sendo um choque", diz a astrofísica, que afirma, porém, ter tido sorte, já que os colegasturma na graduação "sempre respeitaram"capacidade.

Mas, conta ela, não é raro ouvir dentroum cursofísica comentários do tipo "mulher não sabe programar".

Para tentar mudar o cenário emáreaatuação e também aumentar o númerointeressadosinteligência artificial, a astrofísica lista entre os objetivos "inspirar pessoas a seguirem carreirafísica computacional", como se pode lerseu site.

"Ainda tem uma certa resistência da parte dos pesquisadores com a inteligência artificial porque é uma coisa muito nova e coisas muito novas acabam assustando as pessoas", diz.

"É importante mostrar que dá para utilizá-la dentro da astronomia, da física. Tem muita coisa que pode ser feita. Então, quanto mais gente estiver trabalhando nisso, melhor."

Mostrar e compartilhar, aliás, são partes importantes na rotina diáriaRoberta.

Como um milhãopequenas estrelas brilhantes

O professor Rodrigo Nemmen conhece Roberta Duarte desde os temposque a então alunafísica o procurou para um projetoiniciação científica.

Hoje doutoranda na USP, ela é vista por seu orientador não apenas como alguém que "tem um potencial imenso", mas um "rosto da astrofísica" para os mais jovens.

"Sei que ela é extremamente popular no Twitter e Instagram pela empolgação que consegue transmitir pela astronomia", diz Nemmen.

A definiçãoseu orientador é explicada ao se observarem os números das redes sociaisRoberta. No Twitter, ela tem mais118 mil seguidores e no Instagram eles já somam mais37 mil.

Nos perfis, ela explica temas da ciência como a Teoria das Cordas e a impossibilidadese ultrapassar a velocidade da luz ou comenta a respeitobaixíssimas temperaturas registradascrateras da Lua (-248 °C).

Também indica livros sobre astronomia e astrofísica, casosUma breve história do tempo (de 1988, da editora Intrínseca),Stephen Hawking (1942-2018), e Origens (de 2004, da editora Planeta),Neil deGrasse Tyson e Donald Goldsmith, alémapresentar ao público que a acompanha cientistas como a física austríaca Lise Meitner (1878-1968).

Sem deixarlado, claro, aespecialidade, os buracos negros.

"Eu sempre gosteidivulgar,falarciênciauma forma acessível", diz a mestreastronomia. "De mostrar o que estou estudando, aprendendo, e postar nas redes sociais."

A vontadecompartilhar conhecimento dessa forma, no entanto, não caminhava junto ao apreço por essas plataformas. "Nunca fui muito fãrede social", diz.

O jogo só virou quando chegou a São Paulo para o mestrado na USP e passou a conversar com uma colega, a astrônoma Geisa Ponte.

"Ela tinha um projeto chamado #AstroThreadBR no Twitter, que era basicamente escrever threadsastronomia com linguagem acessível", lembra Roberta.

Na ocasião da festaaniversárioRoberta, dois dias após a apresentação da primeira fotoum buraco negro,abril2019, as duas se encontraram e Geisa lhe sugeriu a ideia.

"A gente começou a conversar sobre isso, e ela falou 'por que você não escreve uma thread sobre a foto? Já que você trabalha com isso, seria legal fazer uma thread'", conta.

Então, iniciou a jornadafalar a respeitociência na internet, a ser convidada para podcasts e, inclusive, a escrever com o objetivo da divulgação científicavídeos. Hoje, ela é roteirista do canal "Ciência Todo Dia",Pedro Loos, que conta com mais3 milhõesinscritos no YouTube.

Como um milhãopequenas estrelas brilhantes que acabaramse alinhar, Roberta foi vendo o númeroseguidores (enotificações) aumentar. "É difícil acompanhar", conta ela, ao mesmo tempoque afirma tentar sempre responder as mensagens.

"Precisamosmais pessoas assim", argumenta Rodrigo Nemmen. "Nosso país precisamais astrônomas, físicas, matemáticas; todo esforçodivulgação científica no Twitter, Instagram, TikTok - e, é claro, na imprensa tradicional - é importantíssimo."

Olhe o que você me fez fazer

Sentada na sala onde trabalha, no InstitutoAstronomia, Geofísica e Ciências Atmosféricas da UniversidadeSão Paulo, o IAG-USP, Roberta Duarte se anima ao falar do temaseu estudo epossíveis aplicações das pesquisas acerca das mais misteriosas regiões espaciais.

"O que acontece ao redor dos buracos negros é a coisa mais energética do Universo e isso é por causa da gravidade", explica. "E se a gente conseguisse fazer isso, sabe? Quem sabe não seria a solução energética na Terra, com energia limpa?"

Enquanto roda um modelorede neural no computador, instalado numa mesa na qual também se aboletam duas canecas, uma estampada com a primeira imagemum buraco negro e a outra com personagensproduções do japonês Studio Ghibli (A ViagemChihiro, filme2001 dirigido por Hayao Miyazaki, está entre os preferidos dela), a astrofísica conversa por uma hora e dezesseis minutos com a BBC News Brasil.

Os assuntos vãointeligência artificial, passando por seu projetopesquisa, até a sérielivrosficção científica Duna, do autor norte-americano Frank Herbert (1920-1986), e ela navega entre eles no mesmo ritmo. Algo despojado, acessível nas explicações, direto.

Como nas redes sociais.

Assim ela fez sucesso com uma thread, um fio no Twitter, a respeito da divulgaçãouma imagem do aglomeradogaláxias SMACS 0723, capturada pelo telescópio James Webb,julho deste ano.

O Google Brasil indicou a leitura do fioRoberta, retuitando seus posts, e o canalnotícias GloboNews a convidou para falar sobre as fotos do James Webb no Jornal das Dez.

A participação no telejornal acabou colocandoevidência outra paixão da cientista.

E aí ela viralizou novamente, desta vez por aparecer no programa na frenteum jogoquadros com todas as capasdiscos da cantora norte-americana Taylor Swift, colocados na parede da casa dos pais,Mogi das Cruzes.

Swiftiecarteirinha, como são chamados os fãs da artista, Roberta não perde nenhuma chancedemonstrar o amor por ela. Seja nas redes sociais, sejaconversas.

O interesse inicial se deu ainda na escola, temposque um amigo era muito mais fã da loirinha do que ela. "Eu gostava, mas não era aquela coisa", lembra.

Até que Taylor Swift lançou o álbum Red,2012, e ganhou definitivamente o coraçãoRoberta.

Seu disco preferido é Reputation,2017, e a música favorita "tende a ser Look What You Made Me Do [Olhe o que você me fez fazer,português], que é desse disco também", responde a astrofísica.

"O que me fez gostar muito da Taylor, acabar acompanhando e virando fã, é que as músicas dela são sempre sobre situações pessoais. E é muito legal porque sai uma música e os fãs já vão lá tentar descobrir onde aconteceu, o que aconteceu, com quem aconteceu", explica, se divertindo. "Porque sempre tem um motivo por trás [das letras]."

Taylor Swift é inspiração da pesquisadora, assim como as igualmente norte-americanas Margaret Hamilton, cientista da computação, e Andrea Ghez, astrônoma e prêmio Nobelfísica2020. Ainda mais agora que a cantora é também doutora, graduação com a qual foi agraciada pela UniversidadeNova York,maio deste ano.

Para alcançar o título e concluirtese, o que ela espera acontecer entre o fim2024 e o início2025, Roberta segue estudando os buracos negros com usointeligência artificial.

"A gente está indo um pouquinho além, com um pouco maisfísica, digamos assim. É mais complexo simular o ambiente com uma dimensão a mais", explica a doutoranda, que no mestrado trabalhava a simulaçãolarga escala com duas dimensões e agora estuda uma região mais próxima do buraco negro utilizando três dimensões.

"Atualmente, a gente está testando novos métodos porque a áreainteligência artificial é muito rápida. Todo dia tem algo novo: o método que saiu na semana passada já está ultrapassado nessa semana. Então, é uma coisa que você precisa estar continuamente lendo papers, lendo artigos e vendo os novos métodos", diz ela.

- Este texto foi publicadohttp://vesser.net/geral-62803019

Sabia que a BBC está também no Telegram? Inscreva-se no canal .

Já assistiu aos nossos novos vídeos no YouTube ? Inscreva-se no nosso canal!