Redes Complexas…na “Fronteira do Caos”

“Na construção de uma “ciência da complexidade”, deve-se buscar uma visão capaz de transcender a polarização entre holismo e reducionismo…permitindo a modelagem de sistemas que apresentam, simultaneamente, as características de distinção e conexão”.

neuronio2O estudo de ‘sistemas complexos’ cresceu muito nos últimos anos, não obstante ser o conceito de complexidade, ainda muito vagamente definido…segundo diferentes teorias. O termo “complexidade” vem do latim, ‘complexus’… ou seja entrelaçado,  retorcido… — O que pode ser interpretado da seguinte maneira… para se ter um ‘sistema complexo’ é necessário…(a) duas ou mais diferentes partes ou componentes…e (b) estes componentes devem estar de algum modo interligados, formando uma estrutura estável.

Aqui, encontra-se a dualidade básica entre partes…que são – ao mesmo tempo…distintas e interconectadas. Um sistema complexo não pode ser analisado, ou separado num conjunto de elementos independentes, sem ser destruído… – Como consequência… – não é possível empregar métodos reducionistas para sua interpretação… — Se certo domínio é complexo, ele será, por definição, resistente à análise.

A consciência da existência de fenômenos que não podem ser reduzidos às suas partes em separado conduziu ao “holismo“…que pode ser visto como uma corrente de pensamento oposta ao ‘reducionismo‘, propondo a observação de um fenômeno complexo como um todo, ao invés de uma coleção de partes… Esta visão, entretanto, também negligencia um importante aspecto das entidades complexas…o fato de que elas são compostas de partes distintas, mesmo que essas partes se encontrem em estreito relacionamento. Uma forma simples de modelo que satisfaz, simultaneamente, esses dois requisitos… aparentemente contraditórios… é o conceito matemático de rede.

Uma rede consiste de nodos e conexõesou “arcos entre os nodos”, que podem ser vistos como partes de um ‘sistema complexo’, enquanto que as conexões irão corresponder às “relações”… — que se estabelecem entre si.

Esta visão tem a propriedade de ser reversível, isto é, pode-se também ver os nodos como conexões entre arcos, que então são tomados como “elementos componentes“. – Assim, a abordagem reducionista pode ser vista simplesmente como um método de tenta eliminar tanto quanto possível as ‘conexões‘, enfatizando a individualidade dos nodos, enquanto a abordagem holística elimina, tanto quanto possível, as distinções entre estes nodos.

Neste sentido, ambos os métodos reduzem o fenômeno complexo a uma representação basicamente mais simples, quer dizer, um conjunto solto     de nodos diferenciados…ou uma massa de conexões entre nodos iguais, negligenciando uma “parte essencial” das características do fenômeno.

freelance-translator-scienceO termo “complexidade” é por vezes tomado como sinônimo de desordem…caos. Porém, apenas esta noção, não é suficiente para sua definição…É necessário entender também o conceito de ‘ordem‘. Exemplos simples são estruturas cristalinas… onde sua ‘simetria‘ se define matematicamente, na ‘invariância’ sob grupos de…’operações/transformações’.

Ordem e Caos

A principal característica de um sistema ordenado é a sua previsibilidade (espacial/temporal)… Não é necessário conhecer o sistema como um todo                          para reconstruí-lo…ou prever sua estrutura… – o sistema é “redundante”.

Levada ao limite esta definição, na tentativa de produzir uma ordenação máxima, obtém-se um sistema caracterizado pelo fato de ser “invariante“… sob toda e qualquer possível transformação. A única estrutura possível para tal sistema, então se caracteriza pela total “homogeneidade”…deve ser possível mapear o sistema de uma parte qualquer para outra sem que nenhuma modificação ocorra. Além disso, o sistema deve possuir uma ‘extensão infinita’, porque de outro modo se poderia imaginar ‘transformações’ que mapeassem de uma parte do sistema…para algum elemento fora de seus limites.

Noutras palavras — um sistema de ordenação máxima iria corresponder a um “vácuo clássico”… – uma substância estendida ao infinito, na qual nenhuma componente, ou estrutura interna pode ser distinguida…Tal sistema é o oposto do que se tomou como sistema complexo, que se caracteriza por possuir uma estrutura interna diferenciada.

desordem, por outro lado, é caracterizada pela ausência de invariância, isto é, pela ausência de transformações (não triviais) que não teriam qualquer efeito distinguível sobre o sistema. No limite… isto significa que qualquer parte do sistema… – por mais insignificante que seja … deve ser diferente ou independente de qualquer outra parte.

gás perfeitoO exemplo aproximado de um tal sistema seria o do ‘gás perfeito‘… onde a velocidade de 2 moléculas são independentes … e diferentes, sem qualquer ‘vínculo‘ entre si. – Porém…observado mais de perto,     o “fenômeno” apresenta ‘diversas invariâncias‘…como exemplo…o movimento das moléculas do gás     é “contínuo” – no curto intervalo   de tempo … em que não colidem, caracterizando a conservação de momentum…Além disso, o espaço entre as moléculas pode ser considerado um “vácuo clássico“, que…como se viu…é ordenado.

Num sistema de ‘máxima desordem‘ deve-se ter partículas com qualquer momento físico aparecendo e desaparecendo a qualquer instante no tempo, e qualquer posição no espaço. Um exemplo de tal sistema é o “vácuo quântico“. As flutuações quânticas do vácuo criam,    e destroem continuamente “partículas virtuais”, que de tão instáveis… a princípio – são impossíveis de se observar. – Na prática, isto significa que o vácuo quântico não pode ser distinguido do ‘vácuo clássico‘ – o que conduz à conclusão de que tanto a perfeita ordem quanto a perfeita desordem… – no limite… – correspondem ao ‘vazio, isto é, à ausência de qualquer forma de complexidade.

auto-organizaçãoAuto-organização em processos dinâmicos

Outra questão fundamental é: “De onde vem a ordem?”  Segundo as leis gerais da termodinâmica parece que os “processos dinâmicos” tendem a seguir os caminhos de menor consumo de energia, até que o sistema encontre um ‘ponto de equilíbrio‘, onde permanecerá, enquanto não sofrer perturbação… – Há, entretanto… – diversos exemplos na natureza de sistemas e organismos que apresentam…além de elevada energia, grande organização interna … em aparente desafio às “leis da física“… — Alguns deles são:

  • Partículas de limalha de ferro…que se alinham segundo as                                              linhas de força do campo magnético a que são submetidas;
  • Partículas d’água… que suspensas no ar… formam nuvens;
  • Formigas ou abelhas … que formam um complexo sistema                                                  de sociedade… – altamente estruturada… e, hierarquizada.

A organização surge espontaneamente a partir da desordem e não parece ser dirigida por leis físicas conhecidas. De alguma forma a ordem surge das múltiplas interações entre as unidades componentes…e as leis que podem governar esse comportamento, não são bem conhecidas. – A perspectiva comportamental de um “sistema auto-organizável” poderia revelar, por exemplo, “padrões espaço-temporais” – ou seja… caminhos, limites, ciclos e sucessões poderiam surgir (de repente) em sistemas heterogêneos complexos.

O entendimento dos mecanismos de auto-organização pode conduzir à construção de modelos mais informativos e precisos. Os primeiros modelos de formação de padrões usados baseavam-se em uma abordagem “top-down”, onde os parâmetros descrevem níveis mais altos dos sistemas. De acordo com este enfoque, a dinâmica populacional            é representada em seus níveis mais elevados… e não como um resultado da atividade      que ocorre ao nível mais baixo dos indivíduos.

A abordagem top-down viola dois princípios básicos dos fenômenos populacionais…que são ‘individualidade’ e ‘localidade’. A individualidade tenta levar em conta as diferenças entre os indivíduos. Tais diferenças…mesmo muito pequenas…podem levar a resultados radicalmente diferentes na evolução das populações ao longo do tempo. – Já ‘localidade’    pretende significar que cada evento além de possuir localização, exerce um propósito de influência… Ignorá-la, obscurece fatores que poderiam contribuir para melhorar a visão   da dinâmica espaço-temporal dos sistemas.

Pré-condições da Auto-organização

É necessário a um sistema satisfazer diversas pré-condições, e valer-se de vários mecanismos para promover a auto-organização. Tais mecanismos são, de certa            forma redundantes e mal definidos, contudo permitem avaliar intuitivamente o          potencial de auto-organização dos sistemas. São eles:

  • Abertura Termodinâmica: Em 1º lugar, o sistema (unidade reconhecível, tal como órgão, organismo ou população) deve trocar energia e/ou massa…com o seu ambiente. Em outras palavras… – deve haver um “fluxo não-nulo” de energia através do sistema.
  • Comportamento Dinâmico: Se um sistema não está em equilíbrio termodinâmico, sua única opção é assumir algum tipo de ‘dinâmica‘ – significando contínua mudança.
  • Interação Local: Uma vez que todos sistemas naturais apresentam interações locais,  este deve ser importante mecanismo à “auto-organização” dos modelos representados.
  • Dinâmica Não-Linear: Sistemas com “laços de feedback”…positivo e negativo…são modelados por equações não-lineares. Com isso, pode ocorrer uma ‘auto-organização’ entre partes do sistema, e as estruturas emergentes em níveis hierárquicos mais altos.
  • Grande Número de Componentes Independentes: Uma vez que – a origem da auto-organização recai nas conexões, interações e ‘laços de feedback’ entre partes dos sistemas, sistemas auto-organizáveis devem possuir grande número de componentes.
  • Comportamento independente da “estrutura interna” dos componentes: Isto quer dizer que não importa do que… – ou, como os componentes do sistema são feitos, desde que façam as mesmas coisas… – Em outras palavras…isto significa, que    a mesma propriedade emergente irá surgir… em sistemas completamente diferentes.
  • Emergência: A “emergência” é provavelmente a noção menos conhecida dentre as que se relacionam com auto-organização… O todo é maior do que a soma das partes, exibindo padrões e estruturas que surgem espontaneamente, de tal comportamento.
  • Comportamento organizado… e, bem definido: Desconsiderando a estrutura interna de um sistema complexo, visto apenas como mais um ‘fenômeno emergente’, pode-se constatar que o comportamento deste sistema…é bastante preciso e regular.
  • Efeitos em Múltiplas Escalas: A emergência também aponta, para… ‘interações’ entre múltiplas escalas nos sistemas auto-organizáveis. – Estas…em pequena escala, produzem estruturas em larga escala… – que modificam atividades na escala menor.

snowball1Estruturas de Feedback

Uma estrutura de feedback é um ‘laço causal’, uma cadeia de causas e efeitos que forma um anel. Dentre essas estruturas, a mais simples    é o “feedback de reforço” … — cuja principal característica é ser… “auto-amplificador. Quanto mais “complexo” um sistema (“seres vivos”…por exemplo) maior a quantidade de estruturas de feedback, e maior também, a possibilidade de surgirem “propriedades emergentes” totalmente novas em um sistema.

A metáfora da bola de neve que rola e cresce… – ao mesmo tempo em que sua velocidade aumenta, além de representar muito bem o fenômeno demonstra também 2 movimentos completamente diferentes de perceber o processo – quando se acompanha a bola com os olhos, verifica-se que ela possui um movimento circular de rotação sobre si própria…Por outro lado… quando se observa a bola rolando… – vê-se que sua trajetória descreve uma linha reta. – Os 2 movimentos correspondem a 2 formas fundamentalmente diversas de perceber o tempo.

Na tradição científica ocidental adota-se em geral a ‘visão linear‘. O tempo é visto como passado, presente e futuro dispostos sobre uma linha. O presente é um ponto sobre esta linha, movendo-se em direção ao futuro…e deixando o traço do passado atrás de si… Na visão linear as causas estão sempre por trás dos efeitos. Este entretanto, não é o caso na visão circular, onde causa e efeito estão conectados em um ‘ciclo‘. Não faz sentido falar      em “na frente de”…ou…“atrás de” uma trajetória circular…onde qualquer ponto está ao mesmo tempo na frente e atrás do outro. Na verdade, cada uma dessas visões necessita      da outra – pois correspondem a duas diferentes perspectivas, de um mesmo fenômeno.

Sem título

A metáfora da bola de neve mostra como duas perspectivas podem ser combinadas…em 2 visões complementares…através de uma estrutura circular de feedback rolando sobre um tempo linear.  

Metabalanceamento

Frequentemente comportamentos muito organizados surgem em sistemas de extrema complexidade. – Nos organismos vivos…por exemplo… – bilhões de células interagem apresentando um comportamento, notavelmente organizado. – Ainda que os diversos ‘fenômenos emergentes’ que ali ocorrem sejam muito diferentes uns dos outros – eles possuem algo em comum. Um conceito muito importante que conecta a todos eles é o “meta-balanceamento”… Este é um conceito considerado chave para o entendimento        da “emergência“…

Um sistema “meta-balanceado” é um sistema que pode ser visto de 2 diferentes perspectivas… — A nível de detalhe… está completamente “desbalanceado”, entretanto… de uma perspectiva global, o sistema      parece estável e ordenado. – O curioso aqui é que o sistema precisa        estar desbalanceado internamente… para produzir “ordem global”.

Este é talvez um dos aspectos menos intuitivos da “teoria dos sistemas”. Corresponde a afirmar que a maneira de produzir estabilidade emergente em um sistema é conduzi-lo internamente a um estado desbalanceado…O conceito entretanto é fácil de demonstrar. Tanto o efeito “bola de neve” quanto o “efeito dominó” são fenômenos “meta-estáveis“.

efeitodomino.pngNo efeito dominó, por exemplo, há um comportamento claramente estável…e ordenado no sistema…a onda. Mesmo assim — o comportamento observado individualmente em cada dominó … é de desequilíbrio…A ‘esfera invisível’ é formada pelos dominós que caem… – e rola exatamente no ponto em que estes tombam, desbalanceados.

Um sistema “balanceado” (ou ‘em balanço‘) é um sistema que não dispende energia. Consequentemente um sistema está desbalanceado quando dispende energia. Assim,    para provocar o surgimento de “fenômenos emergentes” nos sistemas… é necessário    fazê-los dispender energia… – Além disso, deve-se continuamente alimentá-los com    novos componentes, e energia para sustentar o meta-balanceamento. Assim o efeito dominó somente pode ser mantido enquanto houver um novo dominó em pé… – na    frente do que está caindo.

Em outras palavras, é necessário alimentar-se constantemente a esfera invisível com novos dominós para mantê-la desbalanceada. Da mesma forma como a bola de neve precisa ser alimentada com mais neve para manter-se crescendo… – Deste modo, ao contrário dos “sistemas estáveis”, sistemas ‘meta-estáveis‘ consomem muita energia.      Em suma, o conceito de meta-balanceamento é uma propriedade universal de todos fenômenos emergentes.

extreme-surfer-riding-giant-ocean-wave-in-hawaii-Stock-Photo.jpgSobrevivência e Uniformidade

Quando se observa uma onda no oceano (ou qualquer outra onda) tem-se a sensação que, de algum modo, de um momento para outro, ela “sobrevive“…isto é… a onda se apresenta como sendo única…e de duração prolongada no tempo. – A questão é que, quando a onda se auto-reproduz — avançando ao momento seguinte… ela o faz a partir de componentes diferentes. Assim… se a onda emergente for observada a partir de uma…”gota d’água”… não será a mesma onda…Este é um caso de “fenômeno emergente“… sendo verdadeiro  para todo tipo de ondas.

Na esfera dos “seres humanos” tem-se a sensação de sobreviver de um instante para outro, no entanto o que realmente ocorre é um contínuo processo de substituição. Nova energia e novas moléculas fluem continuamente no organismo humano, onde o ciclo de substituição ao nível molecular dura cerca de sete anos…Este é o período em que todas as moléculas do corpo humano são substituídas por novas.

Assim, quando se fala em “sobrevivência” e “uniformidade” deseja-se referir à estrutura do sistema. – Ainda que todos os componentes do sistema sejam substituídos por novos… sua ‘estrutura’ permanece fundamentalmente a mesma. Ficam assim evidentes as razões pelas quais tais conceitos precisam ser analisados em conjunto – segundo suas diferentes visões:

Visão Circular Visão Linear
Estrutura

Perspectiva Global

Meta-balanceamento

Esfera Invisível

Padrão

Perspectiva do Componente

Desbalanceamento

Onda

Sistemas Complexos

A teoria da complexidade se relaciona muito de perto com a teoria dos sistemas.          Ambas por sua vez estão relacionadas com a “teoria do caos” … e a “cibernética”.            Esse relacionamento é resumido na tabela abaixo em diferentes tipos de teorias:

Sistemas Comportamento
Teoria dos Sistemas simples simples
Teoria da Complexidade complexos simples
Teoria do Caos simples complexo
Cibernética complexos complexo

A teoria dos sistemas e a teoria da complexidade se sobrepõem e são baseadas nos mesmos princípios. Qual seria então a necessidade de duas disciplinas distintas?…A razão principal parece ser o fato de que ambas pertencem a 2 diferentes tradições científicas — entretanto, há certamente outros motivos… Nem todos os sistemas são tão simples como a galinha e o ovo… – Em um sistema, constituído por milhões de componentes – projetar sua estrutura circularmente…descrevendo todos os possíveis laços de feedback – seria quase impossível. Um esquema resumido de feedback em sistemas complexos é mostrado na Figura a seguir.

Sem título2

Como o diagrama sugere, há um relacionamento circular entre a estrutura global do sistema e as interações locais entre os componentes. A estrutura global pode ser definida como a rede de todos relacionamentos locais…produzida e mantida num dado momento, pelo total de interações que ocorrem neste instante… Cada um…e todos componentes do sistema interagem com seus vizinhos imediatos – modificando assim a ‘estrutura global’.

Uma vez que cada componente responde à “estrutura global”… então o comportamento de cada indivíduo é determinado pelo todo; ao mesmo tempo em que a resposta independente de todos componentes… em um      dado momento… – produz o todo do momento seguinte.

Um exemplo de sistema complexo é uma ‘sociedade’…consistindo em muitos componentes independentes… interagindo de modo local. – O estado corrente da sociedade é a estrutura global. – Cada um, e todos os indivíduos respondem ao ‘estado corrente’…e portanto criam o novo estado da sociedade no momento seguinte, e assim por diante… — Desse modo, um sistema complexo pode ser definido… como sendo constituído por inúmeros componentes, que interagem localmente para produzir um… “comportamento geral”… organizado e bem definido, independente da estrutura interna de seus componentes.

colmeiaNa Fronteira do Caos

Sistemas auto-organizáveis apresentam frequentemente…uma forma altamente complexa de organização… As colmeias, por exemplo… – tem padrões óbvios…e regularidades… mas não são estruturas simples. Elementos estocásticos afetam a estrutura e dinâmica de uma colmeia, gerando variáveis ‘não-determinísticas’.

Da mesma forma…as nuvens, padrões climáticos, correntes nos oceanos, assembléias comunitárias, economias e sociedades, todos exibem formas complexas… — indicando elementos de uma intensa “auto-organização”.

Justamente por ser considerada de muitas formas…não há uma definição geral apropriada para “complexidade“. Intuitivamente, a complexidade encontra-se em algum lugar entre a ordem e o caos…entre a superfície espelhada de um lago, e a turbulência de um maremoto. A ‘complexidade‘ tem sido medida através de… – entropia métrica, profundidade lógica, conteúdo de informação, e outras técnicas semelhantes. – Estas medidas são adequadas a aplicações específicas da química e física, mas nenhuma delas descreve completamente as características da “auto-organização“.

Uma forma de abordar o estudo da complexidade…considerando a ausência de definição satisfatória, é descrever certo espaço compreendido entre a ordem e o caos, denominado    fronteira do caos“…Em 1990, Chris Langton conduziu um experimento empregando autômatos celulares (AC). – Tentava-se assim…descobrir sob que condições um simples “AC” poderia suportar primitivas interações computacionais… tais como – transmissão, armazenamento e modificação de informações.

automatocelularCada célula recebe todos seus ‘inputs’ das demais células… – em sua região mais próxima… – definida como sua “vizinhança” … O estado interno das células, no momento seguinte, então   é determinado – pelo ‘estado’ de sua vizinhança e a “função de transição” que descreve qual o novo estado – a ser assumido pela célula, para um dado estado de sua vizinhança…Desse modo, então…o estado da vizinhança é associado com a transmissão… – o estado interno do autômato com o armazenamento, e a função de transição com a modificação da informação.

Para determinar como a ordem e o caos afetavam a computação…Langton formulou um valor ‘lambda‘…definindo a probabilidade de dada vizinhança produzir numa célula um determinado estado interno particular, denominado “estado quiescente… Quando λ assumia o valor zero, todas as vizinhanças moviam uma célula para o estado quiescente,     e o sistema era imediatamente organizado. No entanto ao λ assumir o valor 1, nenhuma vizinhança se movia para o estado quiescente… – e o sistema mantinha-se desordenado.

Tal experimento demonstrou a existência de um “valor crítico” para λ – correspondendo a pontos de “transição de fase, em cuja proximidade a organização computada pelo sistema é máxima. Por outro lado… ultrapassado esse valor, o caos surgia muito rapidamente… De acordo com Langton, devido a associação da computação com tal valor crítico, um sistema auto-organizado precisaria manter-se na “fronteira do caos”… para computar a si próprio.

As transições de fase nem sempre ocorrem de forma brusca como quebra entre 2 estágios. Por exemplo, a passagem de um líquido, do ponto de congelamento para o de ebulição, se dá de forma gradual, entre um estado e outro. Porém, a transformação do estado líquido para o gasoso nas vizinhanças da temperatura de ebulição, se dá num espaço muito curto entre os 2 estados. – Após um aquecimento gradual…ocorre uma mudança brusca para o estado gasoso… de forma que as 2 fases são claramente distintas, separadas por uma fina região com as condições da transição…O estudo de tais regiões é normalmente muito útil para a previsão das propriedades do sistema, ou da substância… em diferentes condições.

O mistério dos Vórtices

Redemoinhos e tornados são exemplos perfeitos de “vórtices”. O curioso sobre eles… é que parece haver alguma força em seus centros – sugando tudo o que estiver ao seu alcance… a partir de um ponto indeterminado. Isto, entretanto, é apenas uma ‘ilusão‘ ocasionada pelo movimento das massas em círculo. Se estas forem removidas do vórtice, não resta absolutamente nada. Entretanto, observando-se os vórtices, fica claro que existe uma força em algum lugar. Onde está ela?

A resposta é talvez uma das mais importantes noções da                           ‘ciência da complexidade’…ela vem de dentro do sistema.

Ainda que na aparência uma força externa esteja organizando o vórtice…são as próprias massas em movimento circular que animam o fenômeno. Uma das razões pela qual este conhecimento é tão importante, é que ele encerrou a longa disputa entre o vitalismo e o materialismo… – Os vitalistas defendiam a ideia de que a existência da vida depende de uma ‘força vital‘; enquanto que aos materialistas – não seria necessária nenhuma força externa para produzi-la…O estudo dos vórtices mostra que ambas visões estão corretas.

Os vitalistas, bastante acertadamente, identificaram uma força vital, que corresponde à força de sucção ilusória, existente no centro do vórtice. – A visão materialista é também correta, uma vez que tal força vital emerge do interior do sistema. Nada do exterior está organizando o vórtice. – A força vital é real, mas não ‘existe’, no sentido usual do termo, possuindo o que se denomina uma…”hiper-existência“…que, para ocorrer, é necessário que as seguintes condições sejam satisfeitas:

  1. O fenômeno emergente deve estar “incorporado”;
  2. Seus componentes estarem “desbalanceados”;
  3. Deve haver “feedback” no sistema.

Todas essas 3 condições são satisfeitas pelos vórtices… (a) Um vórtice não pode emergir no vácuo…ele necessita estar incorporado em um ‘meio físico‘. – O que corresponde à 1ª parte da definição de “sistema complexo” (conter vários componentes ‘independentes’).     (b) Um vórtice não pode emergir, a menos que as massas de ar ou água que o compõem estejam em movimento (desbalanceadas). (c) um vórtice é por si próprio uma estrutura circular, possibilitando feedbacks. Quando todas essas condições são satisfeitas, a força ilusória de sucção emerge no centro do vórtice.

Evolução                                                                                                                                      Os organismos que não se adaptaram ao longo da cadeia                                                    evolutiva foram extintos…filtrados para fora do processo”.

feedbackTendo em vista que as estruturas de feedback podem atuar como filtros emergentes… ficam então tipificados tais processos de redução de informação… – como uma forma de “seleção“.  Há cerca de 150 anos atrás … Charles Darwin chegou à conclusão que — o “mecanismo” da evolução biológica, correspondia justamente,     a um processo de “seleção natural” definido como a “sobrevivência” do melhor adaptado.

Darwin via os organismos como um tipo de “máquina perpétua” … atravessando um processo de filtragem natural. No contexto da complexidade, tal conceito corresponde a mecanismos capazes de perpetuar sua execução…e se reproduzir. Portanto, organismos vivos entram nesta categoria, e para se manterem em funcionamento necessitam de um contínuo fluxo de energia e matéria através de si próprios, isto é…necessitam alimentos.

Contudo, a seleção natural não é somente um filtro, ela é também uma ressonância que amplifica os organismos adequados, enquanto que os inadequados vão sendo retirados    de cena. E nesse sentido, para ser realmente criativa, precisa estar desbalanceada. Mas, então, como desbalancear um sistema biológico?… A resposta é…levar os organismos a competir por recursos limitados.

Quando os organismos competem eles tornam a própria adequação instável. O que hoje é adequado… pode não o ser amanhã. Um cenário de adequação dinâmica é fonte de novos ‘fenômenos emergentes’que tornam a seleção natural mais do que um mero processo de filtragem passiva. Esta adequação produz criatividade e inteligência – sendo o fenômeno emergente mais importante de todos – por abrir caminho para a “evolução da evolução”.

Isto pode ser constatado na seleção natural, na evolução da mente, e na evolução cultural dos povos. – Sistemas complexos são todos, constituídos de “outros todos“…mas não são criticamente dependente de seus componentes, que por sua vez são outros todos. Se uma célula morre…ou uma formiga se perde… – isto tem pouco efeito sobre o sistema ao qual pertencem.

Para estar em “meta-balanceamento”, um sistema complexo precisa        estar desbalanceado ao nível de seus componentes… – E… para isso,        precisa dar independência e liberdade a seus próprios componentes.

Sistemas complexos são ‘meta-estáveis‘ porque são constituídos de todos independentes que interagem. Quanto mais liberdade possuem os componentes, mais desbalanceado se torna o sistema… e isto é fonte de mais “meta-estabilidade global”… Tudo isto traz claras evidências de que a natureza de alguma forma oscila entre o caos e a ordem. (texto base)  ******************************(texto complementar)********************************

computação digital x computação orgânica                                                                       Beethoven, certa vez observou… que a música que compusera não era nada em comparação com a música que ouvira”… (Heinz Pagel – ‘The Dreams of Reason’)

inteligenciartificialNinguém pode simular a você ou a mim por meio de um sistema que seja menos complexo do que nós…Os produtos que fabricamos podem ser vistos como uma simulação…e, embora consigam resistir a determinadas condições…impossíveis ao nosso organismo … jamais chegam à original “complexidade” do seu criador.

Empédocles (2.500 A.C) explica a visão humana em analogia com a tocha de fogo, Kepler (1604) comparou à luneta… – e Fritz Kahn (1939)…ao filme fotoquímico cinematográfico. Atualmente, assim como em Santaella e Deleuze, a “lógica cibernética” é aplicada para explicar e descrever os sistemas de funcionamento da complexa ‘máquina humana’. Cada vez é mais comum encontrarmos textos explicando o funcionamento do “corpo biológico” através das teorias da ciência da computação. – No entanto, não devemos nos basear nos computadores digitais para explicar o cérebro; a cibernética é o que sabemos fazer, e não como funciona a “computação orgânica“.

Para o biólogo Michael Conrad, o hábito de criar “teorias orgânicas” baseadas na estrutura das máquinas disponíveis…é como refletir sobre a vida – por uma abordagem mecanicista. Conrad propõe inverter a perspectiva…em direção à uma visão organicista da computação, inspirada na sabedoria da natureza… que há bilhões de anos experimenta e testa… através de violentos embates de seleção natural … eficientes soluções para transmitir informações orgânicas.

Conrad adverte que os adorados computadores digitais não chegam nem aos pés de nosso cérebro, ou mesmo do cérebro de lesmas ou ratos, assim evidenciando impedimentos da cibernética — para atingir a tão sonhada ‘inteligência artificial’.

Apesar da estrutura biológica não resistir à determinadas condições…que os dispositivos atuais suportam, a composição de carbono do cérebro, o torna um suporte material mais resistente e adaptável que o silício dos computadores atuais. Desse modo Conrad admite que “a vida sabia o que estava fazendo, quando escolheu o carbono como seu substrato para computar”… Por ser uma molécula capaz de assumir milhões de formas diferentes,    a computação orgânica se baseia no contato, ou combinação de formas para achar a solução de um problema. E o carbono foi o material utilizado pela natureza para achar a solução do problema.

O computador digital de silício computa de forma linear, através de sequências simbólicas, de zeros e uns… – que representam – a presença…ou ausência de um elétron… passando por um único processador…o “gargalo de Von Neumann”, por onde, ‘obrigatoriamente’, devem passar todas as informações…O processamento linear permite obter uma máquina estável – previsível e segura – mas, desprovida de vida. – Segundo Conrad…a capacidade e velocidade de processamento, necessárias para realizar atividades básicas em ‘organismos vivos‘… extrapolam em muito os limites atuais da computação…Ele explica:

“A velocidade vertiginosa dos modernos processadores…nem de longe se aproxima da potência necessária à realização dessas funções… Ou seja, o computador digital não é  um “cérebro gigante”; é só uma máquina confiável e versátil que podemos controlar”.

Conrad afirma que o segredo do desempenho previsível…está na harmonia dos seus componentes (uniformemente) padronizados, pois funcionam a partir de comandos específicos, onde qualquer programador no mundo…pode consultar o manual, para      criar programas. – Anula-se assim… a possibilidade de correlações ativas… e efeitos colaterais dos componentes isolados – mesmo daqueles que poderiam ser benéficos.

Este controle inerente à cibernética é o motivo por que computadores, contrariamente ao nosso cérebro, não são passíveis de aprendizagem.

Neste sentido, para Conrad, em comparação à ‘computação orgânica’ a evolução dos nossos computadores está imobilizada. – Um meio de tornar os computadores mais rápidos seria encurtar o tempo de viagem de elétrons, pela redução das “chaves“, as reunindo num espaço menor. Porém, existe um limite de redução dos componentes eletrônicos, apontado pelos engenheiros da computação… – o chamado ‘Ponto Um’:

“Abaixo de 0,1 micrômetro (espessura de um segmento de DNA…ou 1/500 da espessura de um fio de cabelo humano) os elétrons simplesmente ‘riem-se’ das chaves fechadas… e passam direto”.

Outra possibilidade é o ‘multiprocessamento‘. Contudo, Conrad adverte que a falta de controle causaria a paralisação do sistema… – “não haveria como ter certeza absoluta do que poderia acontecer, quando muitos programas fossem usados ao mesmo tempo… Os programadores não poderiam simplesmente consultar o ‘manual do usuário’ – e, então prever como os programas se relacionariam entre si”.

Conrad observa que, para conhecer o verdadeiro computador do futuro…“temos de pousar o cursor sobre o ‘neurônio’…e clicar duplamente”. A vida – afirma ele…não se alimenta de números, pois “computa”… tateando os caminhos em busca de soluções. Nos neurônios, o reconhecimento de padrões é um processo físico … analítico – e não lógico; como é o caso quando nossos computadores reconhecem um…”padrão clássico”… – de “zeros” e “uns“.

inevitavelAlém disso, ‘neurocientistas’ não encontraram uma “sede física” da consciência; o que os levou à conclusão de que não existe um   “comando central“. Como afirma Kevin Kelly, quem manda é a “sabedoria da rede”…constituída por uma malha de nódulos (‘neurônios‘) ligados em “democrático paralelismo” – milhares ligados a milhares, ligados, por sua vez, a milhares de outros – todos os quais podem ser usados paralelamente para a solução de um problema.

Esta atuação em “rede dos neurônios” não é pela interligação de simples interruptores… ou processadores – pois se trata da conexão entre bilhões de computadores complexos… – Este conexionismo, e multiprocessamento, realizado pelo cérebro para gerar pensamentos, sonhos ou ações, revela que… “cada neurônio da rede cerebral é um sábio por si mesmo”. – Neste sentido, ficou claro, em pouco tempo, para outros cientistas, que a comunicação entre neurônios era um ‘fenômeno eletroquímico’, espécie de dança bem mais complexa que o simples ‘sim’ ou ‘não’ da ativação neuronal.

Conrad compreende que… enquanto a computação tradicional é obcecada por controle, o cérebro é imprevisível… por não ser uma estrutura programável – tal qual os dispositivos digitais. Além disso, de forma orgânica, processa simultaneamente em paralelo, tateando formas de encaixes moleculares; e não de modo lógico, ou simbólico… – como trabalham computadores digitais de processamento linear.

“Desta forma…o cérebro consegue ligar 100 bilhões desses computadores numa intrincada rede neural…Dentro de cada neurônio, existem dezenas      de milhares de moléculas envolvidas num fantástico ‘pega-pega’ químico iniciado toda vez que, por exemplo, o telefone toca”.

Como comparou biofísico alemão Helmut Tributsch, para chegar ao resultado dos biomas atuais, a vida fez experiências como se fosse uma criança brincando. Ela se especializa em todas áreas computacionais possíveis, e aprende a resolver criativamente seus problemas, aproveitando do seu “armazém natural”…cada uma das forças físicas… – elétrica, térmica, química, fotoquímica e quântica…para aprimorar fisicamente os neurônios e suas formas de comunicação entre si. Quando pequenas mudanças são permitidas sem problema… há o acumulo gradual de efeitos benéficos – e a evolução avança para outro degrau na escala.

A comparação entre o cérebro…e os computadores digitais… demonstra que — ao pretendermos melhorar o desempenho computacional, temos  que avaliar…as reais possibilidades do cérebro…Ou seja, 1º precisamos criar processadores, por si mesmos potencialmente capazes. – E então, projetá-los à imagem e semelhança da natureza; usando materiais que sejam maleáveis à evolução… num sistema…flexivelmente embutidos.

Conrad dessa forma, reitera a facticidade da computação orgânica feita por humanos, ao afirmar que…“Não tenho ilusões…trabalhei num laboratório de pesquisas da origem da vida, e sei quanto ela é fantástica. Para imitar a natureza…nosso 1º desafio é conseguir descrevê-la em seus próprios termos”.

Através de uma ‘Engenharia Biofísica’, o sentido da associação entre o corpo orgânico, e tecnologias computacionais que produzimos, foi invertido. – Ou seja, esta ciência busca desenvolver tecnologias inspiradas em soluções mecânicas da vida, que após 3,8 bilhões      de anos de evolução, aprendeu o que funciona. O que é apropriado, o que dura. Assim, a ‘Biomimética‘ reconhece a mágica sabedoria da natureza como fonte de inspiração para construir máquinas mais eficientes. A natureza…criativa por necessidade, já resolveu os problemas que tentamos resolver. Nosso desafio é aproveitar essas ideias, testadas pelo tempo, e reproduzi-las em nosso cotidiano.

Os “bioengenheiro” copiam e usam modelos orgânicos para solucionar nossos problemas através das “obras-primas” da natureza… – fotossíntese, automontagem, seleção natural, ecossistemas, olhos, ouvidos, peles, conchas, etc… A inovação, vinda da natureza, inspira computadores mais resistentes e adaptáveis… capazes de aprender e evoluir. (texto base)

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Sobre Cesarious

estudei Astronomia na UFRJ no período 1973/1979.
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Uma resposta para Redes Complexas…na “Fronteira do Caos”

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