Por quase 20 anos, os humanos têm mantido uma presença contínua além da Terra. A Estação Espacial Internacional forneceu um habitat onde os humanos podem viver e trabalhar por longos períodos de tempo. Ainda, apesar de ter estabelecido uma base permanente para a vida no espaço, terra firme está sempre ao alcance - dentro de 254 milhas, para ser exato. Se um membro da tripulação ficar gravemente doente, ele ou ela poderia fazer a viagem de volta à Terra em questão de horas.

"Assim que você se aventurar além da órbita terrestre baixa, para ir para Marte ou ainda mais, resgatar não é mais uma opção, "diz Wolfgang Fink, professor associado e cadeira com dotação Keonjian na Faculdade de Engenharia da UA. "Você esta por sua conta."

Fink prevê que em um futuro não muito distante, humanos trabalharão lado a lado com máquinas robóticas, inteligência não humana e dispositivos inteligentes de maneiras nunca antes vistas. A lógica e o pensamento humanos serão unidos por, e complementado por, cérebros artificiais e algoritmos de raciocínio.

Pela primeira vez na história, Fink diz, alcançamos um nível em que logo as linhas entre o que é considerado "humano" e o que é considerado "artificial" começam a se confundir.

Quando não há como voltar atrás

Uma missão tripulada a Marte, que envolve uma viagem de ida de pelo menos um ano, pode ter sucesso apenas se nenhuma parte vital do sistema quebrar além do reparo, incluindo aqueles feitos de carne e sangue. Antecipar as falhas do sistema e tratá-las antes que ocorram torna-se fundamental. Quando não há médicos por perto, não só a tripulação tem que ser autônoma, cuidados de saúde fazem, também.

"A chave aqui é o prognóstico e a gestão da saúde, um conceito que está começando a sair do reino da tecnologia, especificamente na indústria aeroespacial, onde tem sido usado por décadas, no reino da saúde humana, "diz Fink, que recentemente foi nomeado membro do Arizona Center for Accelerated Biomedical Innovation, ou ACABI, e quem está liderando uma parceria indústria-universidade, o Centro de Informática e Telessaúde em Medicina, ou InTelMed, na UA.

Por exemplo, muitas partes de um avião moderno estão conectadas a uma rede de dados, até mesmo Wi-Fi, e fornecer atualizações de status contínuas sem supervisão da tripulação. Isso permite que o pessoal de manutenção preveja defeitos antes que eles aconteçam e encontre o avião na chegada com as peças e ferramentas certas necessárias para remediar o problema.

Quer se trate de manter os aviões voando ou a saúde humana durante uma missão no espaço profundo, a ideia é a mesma, Fink diz:"Em vez de tentar tratar a pessoa quando ela está doente, você monitora constantemente seu estado de saúde para prever e remediar quaisquer problemas antes que eles ocorram. "

Financiado em parte pela National Science Foundation, A InTelMed tem o objetivo de desenvolver tecnologias de sensores vestíveis controlados por biofeedback e recursos de streaming de dados de saúde, emparelhado com análise de dados inteligente baseada em nuvem, para criar sistemas autônomos que podem monitorar o estado de saúde dos indivíduos independentemente dos prestadores de cuidados de saúde na carne.

Um dos projetos de Fink ilustra como essa abordagem pode funcionar em um futuro muito próximo. Com uma bolsa da National Science Foundation, sua equipe criou uma maneira de transformar um smartphone em um dispositivo de exame oftalmológico. A tecnologia, o que pode ser uma mudança de vida, especialmente em locais remotos, áreas carentes do mundo, usa imagem e um controle remoto, "sistema especialista" baseado em nuvem - que usa software inteligente baseado em modelos de doenças para sugerir diagnósticos como um especialista médico humano - para identificar rapidamente os pacientes em risco de perder a visão.

Na estrada, Fink diz, é fácil imaginar dispositivos semelhantes a um rastreador de atividade, com a capacidade de não apenas monitorar, mas também intervir.

"Os sensores conectam automaticamente seus dados à nuvem, onde algoritmos de mineração de dados apresentam um prognóstico, diagnóstico ou mesmo um tratamento, " ele diz, "por exemplo, por meio de dispositivos implantáveis ​​que estimulam certas partes do cérebro e desencadeiam respostas comportamentais, como conter o desejo por comida ou acalmar uma pessoa. É um sistema de circuito fechado, muito parecido com o termostato que controla o aquecimento e o resfriamento em sua casa. "

O médico em seu pulso

Uma equipe de pesquisa liderada por Esther Sternberg e Perry Skeath do Centro de Medicina Integrativa da UA, ou UACIM, está desenvolvendo a próxima geração de dispositivos vestíveis que podem controlar o estado de saúde de uma pessoa medindo biomarcadores:bioquímicos específicos no sangue, saliva, urina ou suor que indicam como um sistema do corpo está funcionando. Depois de descobrir esse cortisol, um hormônio do estresse, é secretado pelo suor, os pesquisadores estão combinando experiência em medicina, química, engenharia e gerenciamento de dados para projetar um sensor de patch para monitorar o estresse e muitas outras moléculas de biomarcadores.

Combinado com outros sensores que monitoram outros sinais vitais, como frequência cardíaca, pressão arterial e respostas de suor, tal tecnologia poderia, em princípio, avançar ainda mais para garantir a saúde a longo prazo dos astronautas em missões espaciais profundas. Obviamente, possibilidades abundam para aplicações terrenas, também, como monitorar pacientes em risco de acidente vascular cerebral ou ataque cardíaco.

“Os dispositivos que estamos desenvolvendo são basicamente laboratórios de microquímica, para que possam ser usados ​​para muitos aplicativos, "diz Skeath, assistente de direção de pesquisa da UACIM e professora assistente da UA College of Medicine - Tucson. "A parte complicada é adaptar o conjunto de sensores à tarefa, seja um astronauta indo para Marte ou um soldado no campo de batalha. "

Embora seja um wearable, dispositivo de medição de cortisol potencialmente poderia medir o estresse em tempo real, os dados que ele gera podem ser ambíguos porque outros, fatores não relacionados ao estresse entram em jogo e mudam a leitura. É fundamental que os cientistas primeiro tenham uma compreensão sólida do que exatamente constitui o estresse e definam um conjunto preciso de medidas que captem essa condição.

Para estudar isso, a equipe montou um laboratório dedicado a rastrear várias respostas fisiológicas e moleculares aos desafios do estresse em voluntários.

"Nós os expomos a desafios de estresse controlado enquanto realizamos uma série de medições, "diz Sternberg, diretor de pesquisas da UACIM e professor da Faculdade de Medicina de Tucson. "Em seguida, verificamos qual é o conjunto mínimo de medições que capta a condição."

Assim que os pesquisadores souberem disso, eles precisam tornar cada medição confiável e precisa, de modo que o conjunto de alterações do biomarcador se concentre no desafio específico, em vez de fornecer uma leitura impulsionada por fatores não relacionados.

"Por exemplo, quando olhamos para o cortisol no suor, temos que fazer perguntas importantes sobre a fisiologia envolvida, "Skeath diz." O cortisol se degrada com o tempo? Outras substâncias o diluem? Perdemo-lo antes que passe do poro para o sensor? Assim que tivermos essas perguntas respondidas, então é hora dos engenheiros. "

Máquinas de ensino para esperar o inesperado

À medida que as máquinas se tornam mais inteligentes, esforços estão em andamento para dotá-los de autonomia e capacidade de aprendizagem suficientes para trabalhar sem qualquer supervisão humana. Esses robôs podem operar em ambientes muito perigosos para os humanos se aventurarem, por exemplo, zonas de desastres naturais, como a usina nuclear atingida pelo tsunami em Fukushima, Japão, ou além do alcance dos centros de controle de missão baseados na Terra.

Em seu Laboratório de Pesquisa em Sistemas de Exploração Visual e Autônoma, Fink e sua equipe estão trabalhando na construção de um geólogo de campo robótico. Ao contrário das missões planetárias tradicionais que se concentram em, dizer, uma espaçonave estudando um corpo planetário de uma órbita alta, ou um rover analisando características da paisagem de perto, seu conceito de reconhecimento escalonável por níveis imita a abordagem que um explorador humano tomaria ao primeiro examinar as características globais, em seguida, voltando-se para a configuração do terreno em uma determinada região, e, finalmente, investigando características interessantes de perto.

"Em vez de colocar toda a inteligência em um sistema, você os distribui entre vários sistemas diferentes e espacialmente distribuídos, "Fink explica, "e isso cria a redundância e a robustez de que você precisa para uma missão crítica como a exploração planetária."

Neste cenário, um orbitador supervisionaria um ou mais veículos aéreos, como dirigíveis ou quadricópteros pairando na atmosfera (em planetas que possuem um), que por sua vez comandaria uma frota de robôs miniaturizados, direcionando-os para vários pontos de interesse científico. Ter essa equipe de cientistas artificiais trabalhando de forma autônoma em diferentes níveis também aumentaria a inteligência geral inerente à missão, Fink diz.

"Especialmente para planetas ou luas do sistema solar externo, onde a distância da Terra proíbe o comando em tempo real, você pode ter tal sistema conduzindo sua própria ciência, implantar e redirecionar seus agentes conforme necessário para obter os resultados, e decidir quais são interessantes o suficiente para serem enviadas de volta à Terra, " ele diz.

Em uma mudança de paradigmas atuais, que normalmente gira em torno de um robô altamente sofisticado, a carga útil em camadas envolveria menos complexidade, unidades menos caras e mais dispensáveis, criando redundância, de acordo com Fink.

"Se você tiver apenas um rover, você não vai implantá-lo em uma área onde possa ficar preso ou sofrer danos, " ele diz, "mas se você tiver vários à sua disposição, você pode querer arriscar sacrificar alguns, se isso ajudasse a responder à pergunta se havia vida em Marte, por exemplo."

Porque esses exploradores robóticos terão que tomar decisões por conta própria, eles precisarão de habilidades cognitivas que até agora eram exclusivas dos humanos, como curiosidade.

Ao contrário da inteligência artificial, ou AI, A equipe de pesquisa de Fink está desenvolvendo algoritmos de raciocínio que não são baseados em regras para ensinar as máquinas a reconhecer características em uma paisagem que - por uma razão ou outra - um explorador humano classificaria como "interessante". No laboratório de Fink, uma pequena frota de rovers servindo como plataformas de teste:eles aprendem a explorar uma paisagem vagando livremente, evitando obstáculos e prestando atenção ao que está à sua frente.

"Equipado com nosso pacote de software Automated Global Feature Analyzer, um orbitador ou dirigível tentaria identificar anomalias no solo usando um conjunto de métodos puramente matemáticos, algoritmos imparciais, "Fink explica." Em seguida, transferiria essa informação para os rovers no solo, para que possam investigar de perto. Não seriam mais os humanos quem aperta os botões. "

O trabalho desafiador é difícil de vencer para alunos como Alex Brooks.

"O que é único em trabalhar no laboratório do Dr. Fink é que você realmente tem a oportunidade de fazer muito do trabalho real nos projetos, "Diz Brooks." Por exemplo, nos veículos espaciais, para a parte da autonomia, Na verdade, sou o desenvolvedor principal do software que os ajuda a navegar. ... Em seu laboratório, se você demonstrar que é capaz de lidar com trabalho avançado, você pode explorar isso. "

De ciborgues a super-humanos

Pode-se ver como as linhas entre "humano" e "artificial" começam a se confundir em um futuro onde humanos e máquinas se relacionam e trabalham juntos cada vez mais intimamente, e as máquinas executam missões complexas com mínima ou nenhuma supervisão humana.

Pegue o campo em expansão da bioengenharia, especialmente neuroprosthetics, onde a tecnologia implantável é usada para prevenir crises de depressão e ataques epilépticos, suprimir tremores causados ​​pela doença de Parkinson, ou restaurar a audição ou visão.

O trabalho de Fink em algoritmos de processamento de imagem e estimulação neural melhorou drasticamente o desempenho do único implante de retina aprovado pela FDA, e preparou o caminho para aprimorar sua resolução de modo que o usuário tenha a chance de ver mais do que apenas características faciais e ler letras grandes.

Devolver a visão aos cegos por meio de implantes de visão artificial ou substituir o tecido cerebral danificado por derrame por dispositivos biomiméticos são exemplos emblemáticos de uma interface cérebro / máquina humano. Mas pode-se ver como isso pode dar apenas um pequeno passo para "melhorar" indivíduos saudáveis ​​com a tecnologia.

Pode parecer coisa de romances e filmes de ficção científica, mudar de sistemas que monitoram a saúde dos astronautas, pilotos, soldados ou atletas para a criação de algum tipo de "sobre-humano". Mas de certa forma, é exatamente para onde as coisas estão indo, de acordo com Fink.

"Há um limite ético crítico que precisa ser considerado, "ele diz." Onde você para de ajudar a humanidade e entra no reino do supranatural, onde nada há de errado com um ser humano, mas você tenta superar isso?

"Onde termina o humano, e a máquina começa? Os robôs devem ter direitos? Isso é o que iremos encontrar eventualmente. "