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segunda-feira, 28 de setembro de 2015

Em busca da identidade perdida

Pesquisadores do Rio de Janeiro desenvolvem novo método digital de reconstrução do rosto de cadáveres a partir de seus crânios. O trabalho tem aplicações importantes nas investigações forenses. 
 
Por: Valentina Leite
Publicado em 28/09/2015 | Atualizado em 28/09/2015
Em busca da identidade perdida
À esquerda, o crânio digitalizado por meio de tomografia computadorizada. À direita, o rosto gerado a partir do método desenvolvido na UFRJ. (imagem: Ricardo Marroqum).
 
“Por baixo da pele, somos todos iguais”. Essa é uma frase conhecida que prega a igualdade entre todos os seres humanos – afinal, somos todos feitos de carne e osso. Mas o fato é que os ossos podem trazer informações fundamentais sobre quem somos, a ponto de identificar os indivíduos após a morte quando não há outras referências. Para garantir maior precisão a esse processo e diminuir a quantidade de ossadas sem dono, pesquisadores da Universidade Federal do Rio de Janeiro (UFRJ) desenvolveram um método de reconstrução de rostos a partir de crânios com o uso de um software.

Nessa técnica, o crânio – que não pode estar danificado – é escaneado tridimensionalmente por lasers e, em seguida, as informações são processadas pelo programa. Baseado em pontos geométricos do rosto determinados a partir de cálculos matemáticos, o software gera uma imagem aproximada de como seria o rosto da pessoa em vida.

O projeto teve início em 2012, quando a dentista Andreia Breda, funcionária do Instituto Médico Legal Afrânio Peixoto (IML), entrou em contato com o Laboratório de Computação Gráfica do Instituto Alberto Luiz Coimbra de Pós-Graduação e Pesquisa de Engenharia (Coppe) da UFRJ. Breda estudava a reconstrução facial a partir de ossadas no curso de doutorado em Odontologia da Universidade do Estado do Rio de Janeiro e decidiu propor a digitalização do processo. “Essa nem era uma linha de pesquisa do nosso laboratório, não tínhamos conhecimento da área. Foi um trabalho multidisciplinar que deu muito certo”, conta Ricardo Marroquim, especialista em engenharia de sistemas e computação da Coppe, que participou da iniciativa.
Rosto digitalizado
Digitalização do rosto real correspondente ao crânio acima, para comparação. (imagem: Ricardo Marroqum)
Após um levantamento inicial de estudos já realizados sobre o tema, concluiu-se que a união entre conceitos de anatomia e ferramentas da computação poderia trazer bons resultados. No total, foram dois anos de pesquisa e desenvolvimento para a criação do programa, cuja fidelidade das reconstruções faciais foi testada com a participação de voluntários.

Menos arte, mais ciência

Até agora, a reconstrução facial era um trabalho não só científico, mas também artístico: desenhos feitos à mão e moldes de argila ocupavam o espaço que hoje os computadores dominam. A prática manual, mesmo com auxílio de computadores, tinha lá suas dificuldades. Encontrar profissionais com este perfil é um desafio e apostar na total precisão do trabalho, arriscado.

“Apesar de ser um trabalho meticuloso e admirável, o problema do procedimento manual é que profissionais diferentes podem acabar atribuindo características diversas aos rostos”, explica Marroquim. “Por exemplo, se cinco profissionais se baseiam num mesmo crânio, vão gerar cinco rostos diferentes”.
Com o processo automatizado, os resultados prometem ser mais confiáveis. Além disso, a inovação também agiliza o processo. “Enquanto o processo manual leva cerca de três dias, nosso software finaliza o trabalho em menos de uma hora”, justifica o pesquisador.

Quem é quem

A reconstrução possui aplicações que vão da arqueologia à pesquisa forense. Esta última busca, por exemplo, desvendar a identidade de indivíduos desconhecidos após sua morte, usando ossadas encontradas. “Há métodos eficazes para identificar um cadáver, como coletar amostras de seu DNA”, explica Marroquim. “Mas, na maioria dos casos, esses métodos se aplicam apenas quando sabemos quem é a pessoa. Para comparar o material genético é preciso conhecer os parentes da vítima”.
Digitalização de crânio
Processo de digitalização de um crânio. (foto: Ricardo Marroquim)
A falta de conhecimentos específicos sobre os donos das ossadas torna a reconstrução facial valiosa para a ciência forense. Mas há limitações. A principal delas é que detalhes como cabelos e cores dos olhos ficam fora do ‘retrato’ final. “Se não sabemos nada sobre a pessoa, não podemos atribuir uma cor ao cabelo ou algo parecido – somos fiéis ao que o programa vai identificar, que são só os traços do rosto”, explica Marroquim.

Valentina Leite
Especial para a Ciência Hoje On-line

quinta-feira, 30 de agosto de 2012

Programa de computador mimetiza evolução humana

16/08/2012
Por Karina Toledo

Agência FAPESP – Árvores de Decisão são ferramentas computacionais que conferem às máquinas a capacidade de fazer previsões com base na análise de dados históricos. A técnica pode, por exemplo, auxiliar o diagnóstico médico ou a análise de risco de aplicações financeiras.

Mas, para ter a melhor previsão, é necessário o melhor programa gerador de Árvores de Decisão. Para alcançar esse objetivo, pesquisadores do Instituto de Ciências Matemáticas e de Computação (ICMC) da Universidade de São Paulo (USP), em São Carlos, e do Instituto de Ciência e Tecnologia (ICT) da Universidade Federal de São Paulo (UNIFESP), em São José dos Campos, se inspiraram na teoria evolucionista de Charles Darwin.
“Desenvolvemos um algoritmo evolutivo, ou seja, que mimetiza o processo de evolução humana para gerar soluções”, disse Rodrigo Coelho Barros, doutorando do Laboratório de Computação Bioinspirada (BioCom) do ICMC e bolsista da FAPESP.
A computação evolutiva, explicou Barros, é uma das várias técnicas bioinspiradas, ou seja, que buscam na natureza soluções para problemas computacionais. “É notável como a natureza encontra soluções para problemas extremamente complicados. Não há dúvidas de que precisamos aprender com ela”, disse Barros.
Segundo Barros, o software desenvolvido em seu doutorado é capaz de criar automaticamente programas geradores de Árvores de Decisão. Para isso, faz cruzamentos aleatórios entre os códigos de programas já existentes gerando “filhos”.

“Esses ‘filhos’ podem eventualmente sofrer mutações e evoluir. Após um tempo, é esperado que os programas de geração de Árvores de Decisão evoluídos sejam cada vez melhores e nosso algoritmo seleciona o melhor de todos”, afirmou Barros.
Mas enquanto o processo de seleção natural na espécie humana leva centenas ou até milhares de anos, na computação dura apenas algumas horas, dependendo do problema a ser resolvido. “Estabelecemos cem gerações como limite do processo evolutivo”, contou Barros.

Inteligência artificial

Em Ciência da Computação, é denominada heurística a capacidade de um sistema fazer inovações e desenvolver técnicas para alcançar um determinado fim.
O software desenvolvido por Barros se insere na área de hiper-heurísticas, tópico recente na área de computação evolutiva que tem como objetivo a geração automática de heurísticas personalizadas para uma determinada aplicação ou conjunto de aplicações.
“É um passo preliminar em direção ao grande objetivo da inteligência artificial: o de criar máquinas capazes de desenvolver soluções para problemas sem que sejam explicitamente programadas para tal”, detalhou Barros.
O trabalho deu origem ao artigo A Hyper-Heuristic Evolutionary Algorithm for Automatically Designing Decision-Tree Algorithms, premiado em três categorias na Genetic and Evolutionary Computation Conference (GECCO), maior evento da área de computação evolutiva do mundo, realizado em julho na Filadélfia, Estados Unidos.

Além de Barros, também são autores do artigo os professores André Carlos Ponce de Leon Ferreira de Carvalho, orientador da pesquisa no ICMC, Márcio Porto Basgalupp, da Universidade Federal de São Paulo (Unifesp), e Alex Freitas, da University of Kent, no Reino Unido, que assumiu a co-orientação.
Os resultados do artigo premiado são, também, resultado do projeto de pesquisa "Programação Genética para evolução de algoritmos de indução de árvores de decisão", conduzido por Basgalupp com apoio da FAPESP por meio do Programa Jovens Pesquisadores em Centros Emergentes.

Os autores foram convidados a submeter o artigo para a revista Evolutionary Computation Journal, publicada pelo Instituto de Tecnologia de Massachusetts (MIT). “O trabalho ainda passará por revisão, mas, como foi submetido a convite, tem grande chance de ser aceito”, disse Barros.
A pesquisa, que deve ser concluída somente em 2013, também deu origem a um artigo publicado a convite no Journal of the Brazilian Computer Society, após ser eleito como melhor trabalho no Encontro Nacional de Inteligência Artificial de 2011.

Outro artigo, apresentado na 11ª International Conference on Intelligent Systems Design and Applications, realizada na Espanha em 2011, rendeu convite para publicação na revista Neurocomputing.