As pesquisas feitas em nossa cidade pelos cientistas da UFSCar, USP e EMBRAPA, continuam a nos surpreender diariamente e torna-se impossível passarem despercebidas. O destaque científico desta semana, que está prestes a acabar, vai para uma equipe composta por pesquisadores do Instituto de Física de São Carlos (IFSC/USP), que conquistou no início deste mês o 2º lugar ex aequo com mais duas equipes internacionais no “Vesuvius Challenge 2023 Grand Prize”, um desafio cuja missão é utilizar a Inteligência Artificial (IA) na leitura de pergaminhos romanos carbonizados em uma biblioteca da cidade “Herculano”, após a erupção do Vesúvio em 79 d.C. Compuseram a equipe o Prof. Odemir Bruno, do IFSC/USP, o Mestrando em Física Computacional no IFSC/USP, Elian Rafael Dal Prá, o Pós-Doutorando no IFSC/USP, Leonardo Scabini, o administrador de sistemas, Sean Johnson, o graduando de Ciências de Computação no ICMC/USP, Raí Fernando Dal Prá, o graduando de Física no IFSC/USP, João Vitor Brentigani Torezan, o mestrando em Engenharia Química no GIMSCOP/UFRGS, Daniel Baldin Franceschini, o graduando de Enfermagem na UNOPAR, Bruno Pereira Kellm e o empreendedor Marcelo Soccol Gris. Saliente-se que o Prof. Odemir Bruno, o Mestrando Elian Rafael Dal Prá e o Pós-Doutorando Leonardo Scabini, pertencem ao Grupo de Computação Científica do IFSC/USP. O “Desafio do 
Vesúvio”, mais do que uma competição de aprendizado de máquina e visão computacional que no final do ano de 2023 explorou o enigma dos “Papiros de Herculano” e concedeu mais de US$ 1 mi em prêmios, é considerada, acima de tudo, uma grande colaboração internacional onde a ciência saiu grandemente beneficiada. A etapa que se encerrou no final de 2023 desafiava pesquisadores a decifrar, pela primeira vez, algumas passagens completas de um dos pergaminhos. Os cientistas deveriam desenvolver algoritmos que pudessem detectar tinta em imagens de tomografia computadorizada obtidas dos papiros carbonizados, que consequentemente revelariam o texto neles contido. A equipe vencedora deste desafio, que faturou US$ 700 mil, foi constituída pelos jovens pesquisadores Youssef Nader (Alemanha), Luke Farritor (Estados Unidos) e Julian Schillinger (Suíça). Às outras três equipes, incluindo a equipe de brasileiros, foi concedido o posto de segundos colocados e dividiram um prêmio de US$ 150 mil.
Contextualizando
“Herculano” foi uma cidade localizada na comuna moderna de Ercolano, Campânia, Itália, tendo sido enterrada sob as cinzas provocadas pela erupção do vulcão do Monte Vesúvio. Como a cidade vizinha de Pompeia, “Herculano” é famosa por ser uma das poucas cidades antigas que ficou preservada - mais ou menos intacta - após a ação do vulcão, pois as cinzas que cobriram a cidade também a protegeram contra saques e intempéries. Embora hoje seja menos conhecida do que Pompeia, ela foi a primeira - e por muito tempo a única - cidade enterrada pelo vulcão Vesúvio a ser encontrada (em 1709), enquanto Pompeia só foi revelada a partir de 1748 e identificada em 1763. Ao contrário do que aconteceu em Pompeia, o material que cobriu “Herculano” - principalmente piroclástico - carbonizou e ao mesmo tempo preservou as madeiras e diversos objetos, como telhados, camas e portas, além de outros materiais de base orgânica, como alimentos e papiros.
Para entender a história
No ano de 79, o Monte Vesúvio entrou em erupção e, na cidade de “Herculano”, vinte metros de lama quente e cinzas enterraram uma enorme villa que pertencia ao sogro daquele que muitos consideram ter sido o primeiro Imperador de Roma - Júlio César. No interior, havia uma vasta biblioteca com rolos de papiro. Os pergaminhos foram carbonizados pelo calor dos detritos vulcânicos, mas, curiosamente, essa ação também provocou a sua preservação. Durante séculos, enquanto praticamente todos os textos antigos expostos ao ar se deterioravam e desapareciam, a biblioteca da “Vila dos Papiros” (assim se chamava) subsistia no subsolo, intacta. No ano de 1750, um fazendeiro descobriu a vila enterrada e um de seus funcionários, ao cavar um poço, encontrou um pavimento de mármore. As escavações revelaram belas estátuas e afrescos, bem como centenas de pergaminhos carbonizados e acinzentados, apresentando-se extremamente frágeis. Mas, a tentação de abri-los era grande, já que, se lidos, isso mais do que duplicaria o corpus de literatura que existe desde a antiguidade. Infelizmente, as primeiras tentativas de abrir os pergaminhos provocaram a destruição de grande parte deles. Entretanto, alguns foram cuidadosamente desenrolados por um monge ao longo de várias décadas, tendo-se descoberto que continham textos filosóficos escritos em grego. Mais de seiscentos pergaminhos permanecem ainda hoje fechados e ilegíveis. Em 2015, o pesquisador, Dr. Brent Seales, da Universidade de Kentucky (EUA), junto com sua equipe, foi pioneiro no designado “desembrulhamento virtual”, ao conseguir ler o pergaminho de En-Gedi (um oásis localizado a Oeste do Mar Morto, perto de Massada, e que é mencionado diversas vezes nos escritos bíblicos) sem abri-lo, utilizando para isso a tomografia de raios X e visão computacional. Descoberto na região do Mar Morto, em Israel, o pergaminho contém um texto do livro de Levítico - o terceiro livro da Bíblia hebraica. Desde então, a técnica de “desembrulhamento virtual” emergiu como um campo em crescimento com múltiplos sucessos. O trabalho de Brent Seales e de sua equipe mostrou que a indescritível tinta de carbono dos pergaminhos de “Herculano” também pode ser detectada através de tomografia de raios X, estabelecendo as bases para o citado “Desafio do Vesúvio”.
O “Desafio do Vesúvio” - ou “Vesuvius Challenge” - foi lançado em março de 2023 para reunir os pesquisadores de todo o mundo para lerem os pergaminhos de “Herculano”. Junto com outros prêmios, foi estipulado um Grande Prêmio destinado à primeira equipe que recuperasse 4 passagens de 140 caracteres de um pergaminho, dando-se início à descoberta do quebra-cabeça dos papiros de “Herculano”, após 275 anos. Mas, a busca para descobrir os segredos dos pergaminhos está apenas começando. A edição de 2023 do “Desafio do Vesúvio” foi marcante, já que abriu as portas para algo sem precedentes: o acesso a pergaminhos que não são lidos há cerca de dois milênios, com a participação de equipes de pesquisadores. Nesta edição de 2023 do “Vesuvius Challenge - Grand Prize”, a grande vitória do IFSC/USP, que participou da “competição”, não foi apenas alcançar o 2º Prêmio, em igual posição com outras duas equipes internacionais, mas sim integrar um grupo extraordinário de pesquisadores que empreenderam um enorme trabalho para atingirem essa extraordinária meta. A metodologia utilizada pela equipe do IFSC/USP para fazer a leitura dos pergaminhos consistiu em escanear um papiro carbonizado, tendo sido feita uma tomografia utilizando um acelerador de partículas e, com essa geometria do papiro, ele precisou ser “desenrolado”. A partir dessa ação, a equipe precisou obter algum sinal da tinta desse papiro, ou seja, algo que começasse a formar letras. Conforme explica Elian Rafael Dal Prá, cujo sua participação teve origem em seu trabalho de Iniciação Científica, a parte de pegar, escanear e desenrolar o papiro foi realizada pelo próprio pessoal do “Desafio do Vesúvio” e, a partir daí, esse resultado foi enviado para todos os que estavam participando dos estudos desses dados, sendo que a proposta foi exatamente tentar achar o sinal de tinta. Contudo, houve uma pessoa - Casey Handmer -, que descobriu que havia um sinal de rachadura nesses dados - designado “crackle”- que sinalizava a tinta da escrita. Dessa forma, os pesquisadores são-carlenses conseguiram possível descobrir muitas letras nesses papiros que já estavam escaneados e planificados. Basicamente, o que eles fizeram foi aplicar um método de Inteligência Artificial (IA), um método de aprendizado de máquina que buscasse esses padrões de “crackles”. Para essa ação, ele pediu ajuda a alguns amigos, que compuseram a equipe, para tentar encontrar esses “crackles”, algo que se concretizou através da criação de um banco de dados para fazer com que o algoritmo de aprendizagem de máquina aprendesse isso. “A partir daí, o que fizeram foi jogar na IA repetidamente os dados que foram criados, que aprenderam, até serem formados os textos.
Em relação à “competição” propriamente dita e no que diz respeito ao primeiro colocado, a disponibilidade de recursos e o tempo para a concretização do projeto foram um desafio para os cientiotas da USP. O time que iria vencer o desafio já tinha vencido etapas anteriores, como detectar as primeiras letras no pergaminho, em agosto, levando-os a alcançar resultados muito bons na etapa final de 2023. Como eles já tinham resultados bons em novembro passado a equipe do IFSC/USP aproveitou esses resultados e, a partir daí, inicioui todo o seu processo. T
Abrindo novas fronteiras
A partir do momento em que foi divulgado o prêmio dessa etapa da competição, todo o código, modelo e os resultados obtidos pelos participantes ficaram públicos, sendo que a próxima etapa será bem mais complexa. De fato, o que o time vencedor conseguiu foi ler em torno de 5% apenas de um pergaminho. Agora, a próxima etapa é a restante leitura e já tem gente trabalhando nisso, sendo que a equipe de cientistas de São Carlos. Para os nossos cientistas, apesar de ter existido uma classificação com um primeiro lugar e três equipes colocadas em segundo lugar, as contribuições de todos se somaram e quem ganha é a ciência e a humanidade. Para a próxima etapa eles já estão se organizando para continuar ativamente pensando em como melhorar a sua própria IA.
Em conversa com o Prof. Odemir Bruno, ele destacou que a contribuição científica é muito mais valiosa do que o prêmio financeiro da competição. O desafio de ser revelado um pergaminho carbozinado há 2000 anos e praticamente considerado no passado como impossível de ser lido, demonstra o grande potencial da Inteligência Artificial. Muito se fala sobre a IA na mídia, na maioria das vezes posicionando-a como uma ameaça. Entretanto, ao revelar um conteúdo histórico de valor inestimado, a área da inteligência artificial, se revela com uma nova revolução na Ciência, com potencial para trazer grandes benefícios para a humanidade. Ainda em relação ao desafio, o cientista destacou que as quatro equipes vencedoras conseguiram resolver o problema seguindo caminhos diferentes. Para Odemir Bruno, na Ciência, as contribuições se somam e agora que os códigos das quatro equipes foram publicados, eles poderão desenvolver métodos ainda mais eficientes. Os novos métodos, baseados nos quatro vencedores podem ser usados tanto na continuidade do problema dos pergaminhos como em outras áreas. E, se os cientistas conseguiram ler um pergaminho que se carbonizou há dois mil anos, existe a firme convicção de que eles poderão olhar para a lâmina de um microscópio e detectar uma célula tumoral, ou olhar uma nanoestrutura e descobrir um material novo. Para o Prof. Odemir Bruno, no futuro haverá possibilidade de olhar para a estrutura de uma máquina, de um avião, e detectar falhas com uma razoável antecedência, prevenindo dessa forma possíveis catástrofes. A IA pode realizar coisas que hoje parecem impossíveis - por exemplo, descobrir a cura para uma doença ou detectar o surgimento de um tumor em tempo hábil. Isso demonstra que estamos vivendo uma revolução na ciência, tudo por conta da IA e com certeza a humanidade vai ser beneficiada. O que é importante é que na ciência tudo se soma.
A participação do IFSC/USP neste desafio - que tem sua continuação mais para a frente - mostra que a ciência brasileira é muito competitiva internacionalmente, mesmo com recursos e verbas bem inferiores aos que os países desenvolvidos possuem. Será uma questão de criatividade que supera tudo e todos? Talvez!!! O certo é que a ciência brasileira está forte, consolidada e competitiva.
O autor é jornalista profissional / correspondente para a Europa pela GNS Press Association / EUCJ - European Chamber of Journalists / European News Agency) - MTB 66181/SP.
Esta coluna é uma peça de opinião e não necessariamente reflete a opinião do São Carlos Agora sobre o assunto.
