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Na Finlândia, pesquisadores desenvolvem métodos de Inteligência Artificial para modelagem atmosférica

Fonte

Universidade de Helsinque

Data

quinta-feira, 25 agosto 2022 19:45

Um problema-chave na previsão da formação de aerossóis é o enorme número de compostos, reações e processos envolvidos, bem como a complexidade desses compostos e a dificuldade de medir os processos. O projeto ‘VILMA’ visa compreender a formação de aerossóis estabelecendo um conjunto de instrumentos e modelos virtuais.

O Laboratório Virtual para Transformações Atmosféricas de Nível Molecular, ou VILMA (da sigla em inglês), é um Centro de Excelência financiado pela Academia da Finlândia. O laboratório virtual oferece aos pesquisadores a oportunidade de enfrentar muitos problemas não resolvidos nas ciências atmosféricas, incluindo a identificação de reações responsáveis ​​pela formação e crescimento de nanopartículas orgânicas.

O VILMA combina três áreas: teoria e modelagem de fenômenos atmosféricos, experimentos e aprendizado de máquina e inteligência artificial (IA).

“No componente de IA do projeto, nosso objetivo é criar gêmeos digitais de processos atmosféricos combinando simuladores físicos e uma variedade de modelos de IA e aprendizado de máquina. Posteriormente, pretendemos investigar esses processos com várias ferramentas baseadas em IA. Isso é o que chamamos de laboratório virtual”, explicou o Dr. Kai Puolamäki, professor da Universidade de Helsinque, na Finlândia.

Um problema é que as simulações físicas atualmente em uso são computacionalmente complicadas. Uma solução para isso é desenvolver modelos de aprendizado de máquina capazes de emular rapidamente simulações físicas mais lentas.

Em outras palavras, o VILMA testará novos métodos de pesquisa cujo desenvolvimento leva anos. Não há soluções prontas – em vez disso, tudo deve ser desenvolvido pelos pesquisadores. Com o financiamento da Academia, novas ideias agora podem ser testadas e desenvolvidas em longo prazo.

O foco do Dr. Kai Puolamäki está na IA explicável, como o funcionamento dos gêmeos digitais, ou se existem modelos mais simples, mas potencialmente mais explicáveis, que poderiam ser usados ​​para descrever os processos relevantes.

“Trata-se também de como podemos construir esses gêmeos digitais de maneira interativa, enquanto entendemos como eles funcionam. Gerenciar a incerteza é outro grande problema. Podemos confiar nos resultados? Como podemos calcular os intervalos de confiança para os resultados? O modelo é usado fora de seu escopo de aplicação? Esses são problemas surpreendentemente difíceis, especialmente no caso de modelos complexos de aprendizado de máquina”, disse o professor Puolamäki.

A serviço dos objetivos de sustentabilidade e das futuras gerações de pesquisadores

Tanto no tema quanto nos objetivos, o projeto atende aos objetivos de sustentabilidade, embora a sustentabilidade não seja investigada diretamente no VILMA.

“É claro que isso é uma pesquisa básica. Os resultados do nosso trabalho dizem respeito, por exemplo, à modelagem da qualidade do ar. No entanto, vamos apresentar métodos que podem ser aplicados em outros campos, bem como na aquisição de conhecimento baseado em pesquisa”, disse o Dr. Kai Puolamäki.

Esses novos métodos podem ter um impacto significativo nas ciências naturais e na pesquisa experimental.

“Estamos resolvendo problemas-chave em ciências atmosféricas, para os quais são necessários novos métodos. Então, novamente, da perspectiva da ciência da computação, estamos investigando como métodos baseados em inteligência artificial podem ser aplicados nas ciências naturais, o que pode ter um efeito considerável na condução futura de tais pesquisas baseadas em medições”, destacou o pesquisador.

Em última análise, o objetivo é ganhar a capacidade de modelar a atmosfera de forma mais ampla também fora das transformações moleculares, foco atual do VILMA.

O objetivo é divulgar resultados e métodos de IA, por exemplo, publicando software e ferramentas de acesso aberto para o laboratório virtual. Pesquisadores de doutorado e pós-doutorado também estão sendo recrutados para o projeto.

O Centro de Excelência também está levando em consideração o público em geral. Futuramente, versões do laboratório virtual VILMA sob medida para divulgação científica também oferecerão aos alunos e ao público em geral a oportunidade de conhecer não apenas as ciências atmosféricas, mas também o método científico em geral.

Acesse a notícia completa na página da Universidade de Helsinque.

Fonte: Mia Paju, Universidade de Helsinque.