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Para onde o mundo vai

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Já imaginou controlar computador só com o cérebro? Isso pode se tornar real

Mônica Matsumoto

11/07/2019 07h21

Tecnologias mais avançadas de interface homem-máquina estão bem próximas de se tornarem produtos de mercado. Um bracelete wi-fi permitirá controlar seu aparelho digital preferido pelos estímulos dos músculos; já guiar as máquinas pelo sinal elétrico que vem direto do cérebro é algo mais ambicioso

Controlar o computador apenas por gestos parece cena de filmes de ficção. Ou, ainda, mover objetos para perto ou longe como os super-heróis, apenas com o pensamento. Diversos filmes mostram personagens, como Tony Stark, de "Homem de Ferro", ou Darth Vader, de "Star Wars", e essas cenas já estão gravadas em nosso imaginário.

Os cientistas têm trabalhado cada vez mais com esses desafios, não porque querem se tornar cavaleiros Jedi, mas para descobrir como o cérebro funciona e como os impulsos elétricos se transformam em ações finas como o movimento da mão. Mais do que pesquisa ou ficção, essas tecnologias de interface homem-máquina estão bem próximas de se tornarem produtos de mercado.

Da demanda de próteses para novas realidades

Apenas nos Estados Unidos, existem aproximadamente 540 mil pessoas que têm os membros superiores amputados. Muitos destes são ex-combatentes militares, ou operadores de maquinário que perderam parte dos braços ou mãos. As próteses têm uma variedade de apresentações, desde apenas estéticas a outras que mimetizam os movimentos da mão. Elas mimetizam ações como pegar uma lata, segurar um martelo, escrever com um lápis e pinçar um pregador.

Do ponto de vista do sistema neuromuscular, o acionamento dos músculos da mão é de controle bem intrincado. As mãos e dedos possuem destreza, força e movimentos complexos que possibilitam, por exemplo, a um cirurgião operar o paciente ou a um guitarrista tocar música. Do ponto de vista da engenharia mecânica e robótica, também é um problema complexo traduzir sinais elétricos dos músculos (eletromiografia) em ação que movimente a mão artificial. São diversos motores e servomecanismos que controlam cada falange do dedo, com controle de força, amplitude e velocidade.

Como exemplo dos avanços nas próteses, recentemente cientistas japoneses desenvolveram uma prótese de mão leve e de controle simples e preciso, trabalho que foi publicado na revista Science Robotics há duas semanas. A rede de aprendizado consegue combinar os movimentos simples de cada dedo com a sinergia dos músculos por aprendizado de máquina, com redes neurais e SVM (máquina de vetores de suporte, que analisa dados e reconhece padrões). A grande surpresa dos cientistas foi a possibilidade de aprendizagem de novos movimentos mais complexos, que não foram ensinados para a máquina, com taxas de acerto acima de 93%. A prótese conseguiu replicar até movimentos do jogo Jokempô (o nosso "papel, pedra e tesoura")!

 

As próteses de braços e mãos já evoluíram muito, e o desafio do mercado agora é torná-las mais baratas e leves, já que uma prótese de mão com controle mioelétrico custa entre US$ 25 mil e US$ 75 mil nos EUA. Por isso, o uso da impressão 3D torna muito fácil a obtenção deste modelo de prótese.

Bracelete wi-fi permitirá controlar seu aparelho digital preferido

Uma empresa baseada em Nova York (EUA) promete lançar ainda esse ano um bracelete wi-fi que permite controlar o computador, celular ou aparelho digital preferido com a atividade elétrica dos músculos do braço. Chamada de Myo armband, o bracelete também virá com uma biblioteca de software que permitirá aos desenvolvedores tornarem ideias em produtos. Assim, tudo que o mercado abraçar como tecnologia controlável por gestos da mão pode virar realidade.

O que a empresa promete é um outro tipo de conexão com o mundo externo: como se fosse uma outra forma de traduzir as nossas intenções em sinais, e estes fossem capazes de controlar objetos digitais. Bastante ambicioso, certo?

No lançamento, o executivo-chefe Thomas Reardon apresentou o conceito de controle por intenção. Ainda foi além e sugeriu que poderíamos imaginar ter até oito braços e nos propulsionarmos como um polvo, pois a intenção, imaginação e atuadores externos estariam em sincronia. Essa empresa (CTRL Labs) angariou US$ 28 bilhões em uma rodada de financiamento em fevereiro deste ano, com promessa de novos produtos que serão lançados com base na neurociência.

A vez da neurociência

Ainda mais ambicioso é o plano de controle de máquinas pelo sinal elétrico que vem direto do cérebro. Enquanto as próteses controladas por estímulos dos músculos já estão no mercado, o acionamento por intenção ainda é um grande desafio.

Nesta corrida, temos outras empresas como a Neuralink de Elon Musk. Em operação ainda secreta desde 2016, mostrou os primeiros sinais do que está sendo feito em abril deste ano, com uma publicação na BioArXiv. A invenção dos cientistas associados é uma forma automatizada de implantar um sistema de eletrodos no cérebro para gravar os sinais neuroelétricos. A máquina funciona de forma semelhante a uma máquina de costura. Isso tornaria escalável e preciso o implante dessas pequenas agulhas para monitorar atividades cerebrais.

Outra empresa na corrida é a Kernel de Brian Johnson, com um fundo de US$ 100 milhões, que aposta nessa interface com o cérebro para "expandir e melhorar a cognição", porém de forma não invasiva.

Esquema de inserção de sensores, fonte: Hanson, 2019, BioRxiv.

Considerações finais

As interfaces de controle cérebro-máquina estão cada vez mais próximas do mercado.

Talvez você esteja pensando que o controle por gestos já existe, mas vale a pena destacar que ao invés de usar gestos observados por câmeras externas que traduzem o movimento por algoritmos de visão computacional, a novidade que se mostrou viável é o caminho inverso que vem internamente do sinal elétrico do sistema nervoso. Assim, nossos impulsos elétricos controlarão diretamente os objetos digitais ao redor, que podem ser uma prótese, ou um computador.

E, de dentro para fora, o próximo passo é captar os sinais neurais do cérebro, para interagir com o mundo externo. Além da comunicação direta com a intenção e pensamento, também poderemos explorar novas formas de conexão e cognição. Você plugaria seu cérebro em um computador?

Sobre os autores

Daniel Schultz é cientista, professor de microbiologia e membro do núcleo de ciências computacionais em Dartmouth (EUA). Estuda a dinâmica dos processos celulares, com foco na evolução de bactérias resistentes a antibióticos. É formado em engenharia pelo ITA, doutor em química pela Universidade da Califórnia San Diego e pós-doutorado em biologia sistêmica em Harvard. Possui trabalhos de alto impacto publicados em várias áreas, da física teórica à biologia experimental, e busca integrar essas várias áreas do conhecimento para desvendar os detalhes de como funciona a vida ao nível microscópico.

Monica Matsumoto é cientista e professora de Engenharia Biomédica no ITA. Curiosa, ela tem interesse em áreas multidisciplinares e procura conectar pesquisadores em diferentes campos do conhecimento. Monica é formada em engenharia pelo ITA e doutora em ciências pela USP, e trabalhou em diferentes instituições como InCor/HCFMUSP, UPenn e EyeNetra.

Shridhar Jayanthi é Agente de Patentes com registro no escritório de patentes norte-americano (USPTO) e tem doutorado em Engenharia Elétrica pela Universidade de Michigan (EUA) e diploma de Engenheiro de Computação pelo ITA. Atualmente, ele trabalha com empresas de alta tecnologia para facilitar obtenção de patentes e, nas (poucas) horas vagas, é um estudante de problemas na intersecção entre direito, tecnologia e sociedade. Antes disso, Shridhar teve uma vida acadêmica com passagens pela Rice, MIT, Michigan, Pennsylvania e no InCor/USP, e trabalhou com pesquisa em áreas diversas da matemática, computação e biologia sintética.

Sobre o blog

Novidades da ciência e tecnologia, trazidas por brasileiros espalhados pelo mundo fazendo pesquisa de ponta. Um espaço para discussões sobre os rumos que as novas descobertas e inovações tecnológicas podem trazer para a sociedade.

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