Banco de Dados Neuromórfico

Banco de Dados Neuromórfico - BDNM (Neuromorphic Database - NMDB) é uma nova proposta de Banco de Dados NOSQL, uma extensão dos Bancos de Dados de Grafos (Graph Databases) para aplicação em áreas da Inteligência Artificial, em geral, e em particular para armazenar, atualizar e recuperar dados de Redes Neurais Artificias utilizadas em Aprendizagem por Máquina (Machine Learning), Bases de Conhecimento (Knowledge Base) para Sistemas Especialistas (Expert Systems) e outras aplicações mais abrangentes inerentes a IA Forte.

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Neuromorphic Database

Neuromorphic Database

1 Introdução

Banco de Dados Neuromórfico - BDNM (Neuromorphic Database - NMDB) é uma nova proposta de Banco de Dados NOSQL, uma extensão dos Bancos de Dados de Grafos (Graph Databases) para aplicação em áreas da Inteligência Artificial, em geral, e em particular para armazenar, atualizar e recuperar dados de Redes Neurais Artificias e outras aplicações mais abrangentes inerentes a IA Forte.

Banco de Dados Neuromórfico pretende ser uma subárea da Engenharia Neuromórfica (Neuromorphic Engineering), envolvendo as áreas de:

• Inteligência Artificial;
• Banco de Dados;
• Big Data;
• Inteligência de Negócios; e
• Inteligência Empresarial ou Empresa Inteligente (Smart Enterprise ou Enterprise 4.0).

Dentro da área de Banco de Dados (Database - DB), NMDB envolve as subáreas dos BD-NOSQL:

• Bancos de Dados de Grafos (Graph Database - GDB);
• Bancos de Dados Multidimensionais (Multidimensional Database - MDDB); e
• Bancos de Dados de Tensores (Tensor Database (TDB).

Dentro da área da Inteligência Artificial (Artificial Intelligence - AI) NMDB envolve as subáreas de:

• Aprendizagem por Máquina (Machine Learning - ML);
• Aprendizagem Profunda (Deep Learning - DL);
• Representação do Conhecimento (Knowledge Representation - KR);
• Sistemas Especialistas (Expert System - ES).

Dentro da área de Bigdata NMDB envolve as subáreas de:

• Data Lake;
• Data Vault;
• Stream Computing; e
• Information Integration.

Dentro da área da Inteligência de Negócios (Business Intelligence - AI) NMDB envolve as subáreas de:

• Data Warehouse;
• Data Mart;
• Data Visualisation;
• Geo BI;
• ETL; e
• Analytics.

Dentro da área da Inteligência Empresarial (Smart Enterprise ou Enterprise 4.0) NMDB envolve as subáreas de:

• Robótica (Subárea da Inteligência Artificial);
• Manufatura Aditiva;
• Realidade Virtual;
• Realidade Aumentada;
• Sensores e Atuadores;
• Inteligência Competitiva;
• Gestão do Conhecimento:
• Content Management System (CMS);
• Computer Supported Cooperative Work (CSCW);
• Engenharia Empresarial:

• Gestão da Arquitetura Empresarial;
• Gestão do Ciclo de Vida de Produtos Empresariais;
• Gestão de Processos de Negócio Empresariais;
• Gestão de Regras de Negócio Empresariais;
• Gestão da Informação Empresarial;
• Gestão de Aplicações Empresariais com foco em DevOps;
• Gestão de Dados Empresariais; e
• Gestão da Infraestrutura de TI Empresarial.

2 Neuromorphic Engineering

"Engenharia Neuromórfica, também conhecida como computação neuromórfica, é um conceito desenvolvido por Carver Mead no final da década de 1980, descrevendo o uso de sistemas de integração de grande escala ou "VLSI" (em inglês) que contenham circuitos analógicos eletrônicos para imitar as arquiteturas neurobiológicas presentes no sistema nervoso".

2.1 O que é?

A Engenharia Neuromórfica é uma área de conhecimento multidisciplinar envolvendo as áreas de biologia, física, matemática, ciência da computação e engenharia elétrica para projetar sistemas baseados em neurônios artificiais:

• sistemas de visão artificiais;
• sistemas auditivos artificiais;
• mentes artificiais; e
• robôs autônomos.

Os neurônios artificiais utilizados nesses sistemas possuem uma arquitetura física e princípios de design que são baseados nos sistemas nervosos biológicos.

A Engenharia Neuromórfica é a ciência de criar novas arquiteturas para dispositivos de computação, modeladas a partir de analogias de como o cérebro funciona. Muitas dessas arquiteturas não são arquiteturas de von Neumann.

2.2 Neuromorfismo

Neuromorfismo significa assumir a forma do cérebro, é o estudo dos mecanismos do cérebro. Um cérebro tem muitas funções, algumas com as quais não estamos tão familiarizados, mas um dispositivo neuromórfico pode ser feito para modelar apenas uma.

Para que um dispositivo ou mecanismo seja "artificialmente inteligente", deve ser dado os meios para realizar tarefas que, para um ser humano, exigiriam inteligência.

Um dispositivo neuromórfico pode funcionar em algum aspecto de maneira mecanicamente análoga à nossa compreensão de alguma parte do cérebro. Essa parte talvez seja memória, lógica, cálculo ou otimização de um método.

2.3 Ciência Neuromórfica

A ciência neuromórfica vai além da questão de saber se nossa compreensão do raciocínio pode ser simbolizada pelos valores armazenados eletronicamente por um computador digital. Ele estuda se os próprios dispositivos podem ser construídos usando mecanismos – sejam eles de estado sólido, analógicos ou uma mistura dos dois – que funcionam da maneira que acreditamos que o cérebro poderia funcionar. Algumas arquiteturas chegam a modelar a plasticidade percebida do cérebro (sua capacidade de modificar sua própria forma para se adequar à sua função) provisionando novos componentes com base nas necessidades das tarefas que estão executando no momento.

2.4 Arquitetura Neuromórfica

Uma Arquitetura Neuromórfica é composta de neurônios e sinapses, no hardware, esses são muitas vezes implementados fisicamente como neurônios e sinapses.

2.5 Computação Neuromórfica

A computação neuromórfica, que inclui a produção e uso de algumas formas de redes neurais, trata de provar a eficácia de qualquer conceito de como o cérebro desempenha suas funções – não apenas tomar decisões, mas memorizar informações e até deduzir fatos.

Fenômeno - Elemento - Coisa

Um fenômeno é um acontecimento observável, derivado da palavra grega phainomenon = observável. Segundo Kant, os seres humanos não podem saber da essência das coisas- em-si, mas saber apenas das coisas das quais possui experência, ou como nós as experimentamos. O conceito de "fenômeno" surgiu desta idéia e levou a uma tradição filosófica conhecida como Fenomenologia.

De uma forma geral, além do seu uso específico como termo de Filosofia, fenômeno é a definição de qualquer coisa observável. Os fenômenos constituem os dados em bruto da ciência, e são frequentemente construídos/alterados pela tecnologia.

Fenômenos, no entanto, não são apenas as coisas materiais que percebemos, imaginamos ou lembramos no dia a dia. Também não são, como supunha Kant, apenas as coisas naturais, estudadas pelas ciências da Natureza (física, química, biologia, astronomia, geologia, etc.). Fenômenos são também coisas puramente ideais ou idealidades, isto é, coisas que existem apenas no pensamento, como os entes estudados pela matemática (figuras geométricas, números, operações algébricas, conceitos como igualdade, diferença, identidade, etc.) e pela lógica (como os conceitos de universalidade, particularidade, individualidade, necessidade, contradição, etc.).

Além das coisas materiais, naturais e ideais, também são fenômenos as coisas criadas pela ação e pela prática humanas (técnicas, artes, instituições sociais e políticas, crenças religiosas, valores morais, etc.). Em outras palavras, os resultados da vida e da ação humanas – aquilo que chamamos de Cultura – são fenômenos, isto é, significações ou essências que aparecem à consciência e que são constituídas pela própria consciência.

A fenomenologia é a descrição de todos os fenômenos, ou eidos ou essências, ou significação de todas estas realidades: materiais, naturais, ideais, culturais.

Um fenômeno (Figura 1) pode ser caracterizado como um processo (comportamento) ou como uma estrutura, possui um estado num determinado momento do tempo, pode inteargir com outros fenômenos (a interação também é um fenômeno) e ser agrupado com outros fenômenos constituindo um sistema, que também é um tipo de fenômeno, todos esses acontecimentos são regidos por regras denominadas leis da natureza, que também são fenômenos da realidade.

Figura 1

Um fenômeno ou elemento/coisa (Figura 2) da realidade pode ser um:

• objeto (entidade) é qualquer coisa que tenha existência própria na realidade;
• interação (ligação ou relacionamento) entre elementos;
• mudança é uma alteração no estado da realidade; e
• transformação é um conjunto de mudanças relacionadas.

Figura 2

Visão do Mundo pré Platão - Mito e Realidade

O que é um Mito?

Quando estuda-se a jornada dos seres humanos, desde os tempos mais remotos até os dias atuais, percebe-se que sempre se preocuparam em buscar explicações sobre os fenômenos que ocorriam à sua volta.

O homem primitivo vivia em um mundo que ainda não compreendia e tinha de se defrontar com fenômenos que lhe causavam perplexidade,incredulidade, insegurança, ..., medo.
Para torná-los compreensíveis e, conseqüentemente, afastar o temor e a insegurança, desenvolveu uma espécie de modelo interpretativo da realidade, o mito, que explicava o mundo de forma alegórica ou poética, atribuindo a origem de tais fenômenos a deuses ou a seres que transcendiam os limites humanos.

O mito pode ser definido, assim, como um simbolismo, que dá ao homem condições de se apoderar do mundo e modela o seu comportamentos e assim, contribui para a perseverança do conhecimento e da cultura.

Homens de todos os tempos recorreram aos mitos para transmitir a experiência do mundo. Apesar de não se orientarem por um raciocínio lógico, essas narrações simbólicas são uma forma metafórica de transmitir conhecimentos que vão além das categorias do pensamento, mas são fundamentais para a sobrevivência do ser humano em meio a um mundo hostil. A mitologia baseia-se na crença de que existe um nível invisível, desconhecido por nós, que sustenta o que é visível. Os mitos nos abrem a dimensão do mistério do Universo.

No entanto, a noção de mito é complexa e mais rica do que essa posição redutora. Mesmo porque o mito não é exclusividade de povos primitivos, nem civilizações nascentes, mas existe em todos os tempos e culturas como componente indissociável da maneira humana de compreender a realidade.

A utilização de mitos representa a tentativa inicial do homem de conseguir uma “explicação da realidade”. Essa pretensão antecede à explicação filosófica.

A Filosofia, por sua vez, busca através da argumentação explicar a realidade com razão e lógica.

O termo mito, na maioria das vezes, refere-se a alguns relatos das civilizações antigas, tendo sido organizados em mitologias tendo como exemplo as mitologias: orientais, egípicia, grega, romana.

Todas as culturas modernas ou antigas têm seus próprios mitos, alguns dos quais são expressões particulares de arquétipos comuns a toda a humanidade.

Os principais tipos de mito, que correspondem a esses arquétipos são:

• Mitos de criação;
• Mitos de origem e destruição;
• Mitos de tempo e eternidade;
• Mitos de renascimento e renovação;
• Mitos de providência e destino;
• Mitos de seres superiores e seus descendentes; e
• Mitos de transformação, inclusive os ritos de passagem.

As característica comuns e marcantes em todas as mitologias podem ser vistas na figura abaixo:
Existem dois mundos: o Mundo Mitológico e Mundo Real;

• O Mundo Mitológico é composto de mitos;
• O Mundo Real é composto de fenômenos; e
• Os mitos explicam os fenômenos e Mundo Mitológico explica o Mundo Real.

Ontologia

O estudo do Ser. Para muitos filósofos o objetivo fundamental da filosofia está na compreensão integral da realidade, isto é, do Ser. Mas o que é o Ser? O ente? a substância? os acidentes? a essência? a existência?

Estes são alguns conceitos fundamentais que os filósofos foram criando para se referirem a tudo o que é, tem ser ou participa do ser.

Cosmogonias

Uma das questões decisivas da cosmologia foi sempre a da origem do cosmos. A religião foi a primeira a assumir este tema, depois a filosofia e por fim coube a vez à ciência.

1. Cosmogonias religiosas 

A explicação da origem do cosmos é na maioria das religiões um dos seus temas centrais, conferindo sentido não apenas ao mundo, mas também à existência da vida humana.

• Os gregos acreditavam que a realidade era um todo organizado (cosmos), formada por intervenção divina a partir de um caos inicial. A matéria era eterna, o que se modifica é a sua forma.
• O judaísmo e o cristianismo concebem a formação do mundo como a manifestação da vontade de Deus. Tudo foi por Ele criado a partir do nada (creatio ex nihilo). Poderia portanto não existir, ou poderá deixar de existir. Tudo depende da vontade de Deus.
• O islamismo no essencial mantém esta cosmogonia judaico-cristã.

2. Cosmogonias Filosóficas

A explicação da origem e funcionamento do cosmos foi o tema comum aos primeiros filósofos. Qual o tipo de matéria inicial e como se foi estruturando eram as grandes questões iniciais. Até aos nossos dias muitos filósofos têm desenvolvido teorias cosmogónicas.

3. Cosmogonias Científicas

A ciência moderna trouxe consigo um novo tipo de cosmogonias, as que estava conformes aos conhecimentos científicos que predominam numa dada época.

• Universo Estático. Nos séculos XVII e XVIII predominou a concepção do universo como um relógio. Criado e posto a funcionar por Deus, mantinha-se inalterável e funcionava segundo leis imutáveis. Galileu, Descartes e Newton foram três dos principais obreiros desta cosmogonia.
• Universo Evolutivo (I). Em meados do século XVIII, começam a surgir as primeiras teorias sobre a criação do cosmos a partir de uma massa caótica inicial.A intervenção divina é secundarizada ou suprimida. Diderot e Kant foram dois percursos destas teorias. No século XIX Lamarck e Darwin estenderam estas concepções evolutivas à espécie humana. A criação do universo é atribuída a uma dinâmica interna da matéria fruto de uma sucessão de felizes acasos.
• Universo Evolutivo (II). Em 1929, Edwin Hubble, após vários anos de observações dos céus com o telescópio de Mount Wilson, anunciou a teoria que o irá marcar o aparecimento das novas cosmogonias:. As galáxias estão a afastarem-se entre si. Após a IIª. Guerra Mundial George Gamow, provavelmente influenciado pelas recentes explosões atómicas, apresenta a tese do "Big Bang": o universo quando a matéria atingiu um elevado estado de compressão, entrou numa fase muito instável, o que terá desencadeado uma explosão que deu origem ao seu actual estado. Esta teoria em virtude das descobertas, em 1965, de possíveis vestígios de radiações iniciais do universo, tornou-se na principal teoria cientifica sobre a origem do universo.

Apesar de todas as teorias cosmológicas construídas ao longo da história da humanidade, as grandes questões continuam por explicar. "De Onde Viemos ?", continua a ser hoje tão enigma como há 100 mil anos atrás. A grande diferença está na atitude como a encaramos. Antes a questão mobilizava povos inteiros e era susceptível de infundir medo perante o desconhecido. Hoje tornou-se matéria de investigação e reflexão de especialistas.

Cosmologia - Ciência

No século XX a cosmologia constituiu-se também como uma ciência. Trata-se de um ramo da física que estuda a forma geométrica do mundo e as suas leis gerais. É interessante constatar que muitos cosmólogos se entregam a especulações que se aproximam mais da metafísica do que da ciência.