Sistema de controle

Em um mundo em que quase tudo é automatizado, a maioria das pessoas dá por garantido o funcionamento desses "automatismos".

Contudo, por trás de cada aparelho, do forno de microondas ao piloto automático de um avião, existem programas de computador dizendo aos aparelhos o que eles devem fazer em cada situação.

"Tudo o que é automatizado requer um processo de controle e para isso é necessário um grande suporte da matemática," explica Tiago Roux de Oliveira, autor de um estudo realizado na Coppe/UFRJ - atualmente ele é professor da UERJ.

O que Tiago fez foi criar um novo algoritmo que permite a elaboração de processos de controle mais simples, mais eficazes e com uma resistência muito maior a falhas e variações imprevistas no processo.

Em tese, o projeto de um controlador eletrônico para automatizar um sistema envolve a descrição matemática de todas as variáveis relevantes, o processamento de todas as suas inter-relações, e a geração da saída corresponde.

Mas tudo começa a se complicar quando se depara, no mundo real, com situações que não são lineares - há muitos sistemas que são não-lineares, e há ainda alguns conhecidos como fortemente não-lineares. Além de um número maior de entradas, para se assegurar de que todos os fatores estão sendo levados em conta, o processamento interno é muito mais complexo.

Pode ocorrer, por exemplo, que a relação de entrada e saída do sistema esteja adequada, mas seus estados internos podem estar atingindo valores não previstos, ocasionando risco de danos ao sistema - pense no controle de um avião, navio, ou mesmo do piloto automático de um carro, e pode-se imaginar quais são esses riscos.

Controle do freio ABS

O trabalho de Tiago - aquele tipo de teoria com potencial de impacto imediato na prática - consistiu na criação de algoritmos de controle com uma quantidade reduzida de informações, medindo apenas algumas variáveis do sistema. Essa simplificação torna o programa de controle muito mais resistente a falhas.

"Meu objetivo inicial era trabalhar com classes mais gerais de sistemas não-lineares. Mas, à medida que trabalhávamos, fomos descobrindo aplicações para a teoria, o que foi a parte mais gratificante do trabalho," conta ele.


O primeiro experimento, ainda em nível de simulação numérica, teve como resultado uma nova proposta de controlador para os freios ABS (Antilock Braking System), o sistema que impede o travamento das rodas durante a frenagem de um carro.

Enquanto os freios comuns tentam zerar instantaneamente a velocidade angular das rodas, os freios ABS utilizam uma variável que corresponde à maior força de atrito, o que resulta em uma parada mais suave em um espaço menor, sem que a roda trave.

"Em nosso experimento na Coppe, conseguimos alcançar o ponto máximo da frenagem sem conhecer a velocidade angular ou o coeficiente de deslizamento da pista, apenas conhecendo a velocidade linear do carro," conta Tiago.

Robôs autônomos

A estratégia proposta pode também ser aplicada a outros problemas de otimização.

Por exemplo, em um tipo de sistema de navegação chamado servovisão, pelo qual o controle dos movimentos de um robô é feito através das imagens captadas por sua câmera, e não pela informação medida nos motores das suas juntas.

Hoje, a tecnologia permite a servovisão com uma câmera alinhada com o robô. Na proposta de Tiago, tornou-se possível controlar o robô com a câmera em qualquer ângulo.

É uma excelente saída para ambientes inóspitos, como o fundo do mar, e espaços com radioatividade, quando pode ser impraticável fazer ajustes na câmera.

A teoria está pronta. Agora só falta o interesse da indústria.

"Precisamos de apoio para tirar essas ideias do papel. Sobre o freio ABS, conseguimos chegar a um esquema que se mostrou mais eficiente do que o tradicional e seria muito bom testar a aplicação desse algoritmo em nossos carros. Ideias nós temos, sabemos fazer. Só faltam o interesse das empresas e os incentivos," diz Tiago.

Se dirigir à noite já apresenta sérias dificuldades de visibilidade, dirigir à noite com chuva pode ser um desafio.

Em vez de iluminar a estrada, a luz dos faróis dispersa-se ao atingir as gotas de chuva e a água no asfalto - pior do que isso, só quando vem outro carro em sentido contrário.

Mas uma solução está a caminho.

Farol inteligente

Engenheiros da Universidade Carnegie Mellon, nos Estados Unidos, descobriram uma forma de redirecionar continuamente a luz dos faróis, para que os raios de luz passem entre as gotas de chuva, evitando grande parte da reflexão.

"Se você estiver dirigindo sob uma tempestade, os faróis inteligentes farão com que ela pareça uma garoa," garante o Dr. Srinivasa Narasimhan.

O mais interessante é que o Dr. Narasimhan descobriu como contornar as gotas de chuva quando ele desenvolvia uma tecnologia para projetar imagens em cortinas de água.

• Imagens 3D interativas são projetadas em cortinas de ága

Descoberto como acertar as gotas, desviar delas foi uma questão de inverter o raciocínio e o funcionamento do equipamento.

Farol antichuva

O farol inteligente usa uma câmera para rastrear o movimento das gotas de chuva, ou dos flocos de neve.

As imagens são processadas continuamente por um algoritmo que prevê onde cada uma das gotas estará apenas uns poucos milissegundos mais tarde.


O sistema de farol inteligente antichuva então ajusta-se rapidamente em resposta a esses cálculos, desativando os feixes de luz que incidiriam sobre as gotas de chuva ou flocos de neve nas suas novas posições previstas.

"Um olho humano não é capaz de ver o piscar dos faróis," garante Narasimhan. "E como as partículas em precipitação não são iluminadas, o motorista nem mesmo verá a chuva ou a neve."

Para o olho humano, as gotas de chuva parecem linhas alongadas de água caindo em direção ao chão. Mas, para uma câmera infravermelha, elas são gotas bem pequenas e independentes, com um bocado de espaço entre elas.

Assim, segundo o pesquisador, o sistema nem mesmo precisa ser tão rápido para conseguir redirecionar os feixes de luz para os espaços vazios.

Chuva invisível

Nos testes em laboratório, o protótipo do sistema conseguiu prever a posição das gotas de chuva e ajustar o farol em 13 milissegundos.

Extrapolando esses resultados, prevê-se que, em um veículo em baixa velocidade, o sistema irá eliminar até 80% da chuva visível durante uma tempestade muito forte, ao custo de 5 a 6% de perda da iluminação do farol.

Os cientistas calculam que, para ser útil nas velocidades reais com que os carros trafegam em uma rodovia será necessário aprimorar o sistema até que ele alcance por volta de 5 milissegundos.

Eles já estão trabalhando nisso, assim como na construção de um dispositivo compacto, que possa ser instalado em um carro para testes reais.

Luz baixa automática

Outro benefício do sistema é que a câmera poderá detectar os veículos vindo em sentido contrário, eliminando os raios de luz que se dirigem na direção dos olhos do outro motorista.

Isso acabará com a necessidade de ficar alternando entre luz alta e luz baixa.

"Outra coisa boa desse sistema é que ele nunca falhará de forma catastrófica. Se tudo parar de funcionar, ele continuará sendo um farol normal," disse Narasimhan.

A IBM anunciou o término da construção e do comissionamento do primeiro supercomputador resfriado com água quente.

O supercomputador, chamado SuperMUC, foi construído para o Centro de Supercomputação de Leibniz, na Alemanha.

Seus 155.656 núcleos, montados em 9.400 nós de processamento, são resfriados por uma tecnologia que dispensa o ar-condicionado e a mais tradicional água fria, geralmente usada nos computadores de grande porte.

Os processadores e a memória são resfriados por água quente, com temperaturas que variam entre 45ºC e 60 ºC.

Microcanais levam a água diretamente até os chips, diminuindo a resistência termal para a troca de calor, mantendo os processadores sempre abaixo da temperatura segura de 85 ºC.

Segundo a IBM, isso permite a retirada muito rápida do calor, que é removido dos processadores de forma 4.000 vezes mais eficiente do que a refrigeração a ar.


Supercomputador verde

E há vários outros ganhos.

Os racks, onde são montados os nós de processamento, ficaram 10 vezes mais compactos, e o supercomputador inteiro consome 40% menos energia do que uma máquina equivalente refrigerada com ar frio.

E, durante os meses mais frios, o calor gerado pelo supercomputador será usado no aquecimento dos edifícios do instituto de pesquisa - os cálculos indicam uma economia de US$1,25 milhão por ano em aquecimento.

Na lista Top500 mais recente, anunciada ontem, o SuperMUC já aparece como o supercomputador mais rápido da Europa.