Projetos e temas de pesquisa para alunos em 2021
Neste post apresentamos alguns temas e projetos de pesquisa que alguns dos orientadores propõe para os interessados em participar do módulo de formação Pesquisa em Engenharia de Computação em 2021. A lista não é exaustiva, e podem ser adicionadas mais informações a medida em que forem recebidas. Os orientadores estão indicados em ordem alfabética.
1. Profa. Dra. Anna Helena Reali Costa
- Meu objetivo de pesquisa consiste em investigar, propor, desenvolver e avaliar modelos e algoritmos capazes de tornar o Aprendizado por Reforço (RL – Reinforcement Learning) mais eficiente e eficaz na solução de problemas complexos. RL é uma das técnicas mais bem-sucedidas de Inteligência Artificial para treinar agentes através de interações com o ambiente. Os recentes avanços no uso do RL registraram um sucesso notável em áreas como robótica e jogos, principalmente devido aos métodos de Aprendizado Profundo usados no RL (Deep RL). Apesar dessas conquistas, o processo de aprendizado por RL requer um grande número de interações com o ambiente para que uma solução efetiva seja aprendida. Desta forma, objetivo investigar não somente modelos mais informativos para descrever tarefas e assim melhor explorar características comuns, mas também algoritmos que construam modelos eficientes a partir das interações com o ambiente e que possam agilizar o (D)RL por meio de simulações e planejamento, que sejam eficientes na atuação em espaços contínuos e parcialmente observáveis e que possibilitem um bom aproveitamento da comunicação com outros agentes no processo de aprendizado. Tenho em vista diversas aplicações, em especial a área de interação humano-máquina por meio de linguagem natural (chatbots). As pesquisas serão desenvolvidas no âmbito do C2D (Centro de Ciência de Dados) do PCS e do C4AI (Center for Artificial Intelligence), do InovaUSP. Alunos PqEP são muito bem-vindos!
2. Prof. Dr. Fabio Gagliardi Cozman
- Agente especialista sobre a Amazônia Azul: Um grupo de pesquisadores da USP está desenvolvendo um sistema que coleta informações sobre a costa brasileira (região denominada Amazônia Azul); esse sistema deverá ter uma interface conversacional e uma base de conhecimento para encontrar respostas e formular soluções. O agente especialista terá vários módulos, tanto para processamento de linguagem natural, quanto para coleta e sumarização automática de informações — módulos que podem ser objeto de pesquisas inovadoras.
- Chatbots que explicam: Atualmente chatbots se limitam a receber perguntas e oferecer respostas padronizadas, a maior parte das quais é gerada por templates. O desafio está em construir chatbots que possam de fato explicar a razão de suas recomendações e respostas. O foco deste trabalho será justamente a geração automática dessas explicações.
3. Prof. Dr. Marcos Antonio Simplício Junior
1) Análise e implementação de referência do Protocolo e Modelo de Dados para Segurança
Existem na literatura alguns trabalhos voltados a lidar com ataques de modificação de firmware. Uma das principais e mais amplas iniciativas nesse sentido é Protocolo e Modelo de Dados para Segurança (Security Protocol and Data Model — SPDM). Basicamente, a sua especificação define um conjunto de mecanismos e formatos para autenticação de hardware e firmware, na forma de um padrão industrial aberto. Além disso, o trabalho em andamento no SPDM incorpora um protocolo de acordo de chaves para proteger a confidencialidade e a integridade dos dados transmitidos entre componentes. O principal objetivo deste projeto é avaliar a arquitetura de segurança do SPDM de forma ampla, verificando se há falhas ou melhorias possíveis nesse protocolo, além de fornecer uma implementação de referência para avaliar seu desempenho na experimental.
2) USP Blockchain Research Initiative
A Iniciativa de Pesquisa para Blockchain da USP, apoiada pela Ripple, reúne pesquisadores de diferentes áreas de conhecimento e Unidades de pesquisa, como a Escola Politécnica (EP), a Faculdade de Direito (FD), a Faculdade de Economia, Administração e Contabilidade (FEA) e o Instituto de Matemática e Estatística (IME), além de contar com o apoio da Superintendência de Tecnologia da Informação (STI). O projeto conta ainda com parcerias fora da Universidade de São Paulo. O escopo da iniciativa inclui, além da busca por pesquisas pioneiras e inovações técnicas, realização de eventos para discutir tópicos que abordam o blockchain, a criptografia, a segurança cibernética e questões regulatórias.
3) Amazonia 4.0
This project aims to create an ecosystem where residents from the Amazonian region can gather data about the local biodiversity and be remunerated for it. This should create an alternative economic venue for the region, reducing inequality and helping with the environmental preservation. (Note: still an embrionic project, so the information hereby presented is deliberately incomplete).
4) Viabilidade da tecnologia DLT (Distributed Ledger Technology) no ecossistema de saúde do estado de São Paulo
O objetivo principal do projeto é criar uma plataforma segura para a gestão do ciclo de tratamento de doenças raras e com isso, (1) reduzir o tempo de diagnóstico dessas doenças, (2) garantir confidencialidade, integridade e autenticidade dos dados em questão, e (3) prover rastreabilidade e auditabilidade das informações. Assim, o projeto combina tecnologia de segurança com um tema de elevado impacto social — em particular considerando que apenas no Brasil existem 13 milhões de pacientes, e muitos acabm morrendopor falta de diagnóstico e tratamento adequados, em parte por falta de conhecimento assertivo sobre os sintomas dessas doenças. Tecnologias altamente distribuídas, muitas delas associadas ao conceito de “blockchain”, são investigadas como possíveis soluções para os problemas desse cenário.
5) Criptografia pós-quântica eficiente para a construção de serviços avançados de segurança
A criptografia pós-quântica consiste em algoritmos cuja segurança se baseia em problema matemáticos para os quais não se conheça um método de resolução eficiente, seja usando computadores clássicos ou quânticos. O interesse de pesquisa nessa é crescente, por razões como: (1) é necessário garantir a segurança de sistemas caso computadores quânticos tornem-se uma realidade prática (e esquemas seguros devem estar disponíveis antes que isso aconteça, para permitir a migração dos sistemas atuais); (2) órgãos de padronização internacional de algoritmos de segurança, como o NIST, declararam recentemente o interesse específico em tais primitivas; e (3) os esquemas utilizados em geral envolvem operações razoavelmente simples, de modo que o uso de tais mecanismos pode trazer ganhos de desempenho com relação a algoritmos existentes, tanto por meio de implementações em hardware dedicado como em cenários com limitação de recursos computacionais. Neste contexto, este projeto de pesquisa tem como foco a especificação, desenvolvimento e análise de esquemas criptográficos pós-quânticos com dois objetivos principais: (1) para níveis equivalentes de segurança, reduzir os tamanhos de chaves, assinaturas e textos cifrados de esquemas pós-quânticos capazes de prover serviços básicos, cifração, autenticação e assinaturas digitais, tornando-os mais competitivos com esquemas tradicionais (i.e., não resistentes a computadores quânticos); e (2) construir esquemas provendo funcionalidades avançadas, como assinaturas cegas e cifração (parcialmente) homomórfica, ampliando a gama de serviços possíveis com algoritmos pós-quânticos.
4. Profa. Dra. Tereza Cristina Melo de Brito Carvalho
- Amazônia 4.0 – Tecnologias Digitais como ferramenta para Alavancar a Economia da Amazônia. O Projeto Amazônia acolhe os LCAs (Laboratórios Criativos da Amazônia), onde serão realizadas pesquisas e desenvolvidas soluções de transformação digital das cadeias produtivas da Amazônia, disseminação das soluções e troca de conhecimentos com a população local para que a mesma possa incorporar novas práticas alinhadas à Industria 4.0 em seus negócios voltados a essas cadeias e usufruir de seus resultados melhorando sua competitividade e retorno financeiro. Neste momento, estão em fase de concepção e desenvolvimento 3 LCAs referentes às cadeias produtivas do cacau/cupuaçu, castanha do Brasil e açai. Como resultados deste projeto deve-se obter a garantia da rastreabilidade de produtos amazônicos e sua a maior competitividade nos mercados nacional e internacional, a garantia da distribuição mais justa dos ganhos advindos da comercialização dos produtos amazônicos entre todos participantes da cadeia de valor, o fortalecimento da economia local e a consequente redução do desflorestamento da Amazônia. Assim, o principal objetivo deste projeto é pesquisar, desenvolver e avaliar soluções baseadas em tecnologias digitais como Suporte às Cadeias Produtivas Amazônicas dentro do contexto dos LCAs tendo como premissa a aplicação de conceitos da Indústria 4.0, envolvendo tecnologias como 5G, Internet das Coisas, Computação em Nuvem, Inteligência Artificial, Blockchain e outros. Alguns importantes desafios desse projeto são:
- Comunicação entre diversos participantes das cadeias produtivas da Amazônia empregando-se a tecnologia 5G. Isso deve ser feito em nível macro (por exemplo, comunicação entre a comunidade ribeirinha e extrativista e os benfeitores de castanha do Brasil) e em nível micro (por exemplo, comunicação entre as diferentes máquinas de beneficiamento de castanha do Brasil numa Cooperativa ou Empresa de Beneficiamento).
- Garantia da rastreabilidade de quaisquer produtos extraídos (por exemplo, castanha do Brasil, cacau, açaí), e produzidos na Amazônia usando para isso tecnologias digitais relacionadas à Internet das Coisas, Computação em Nuvem, Blockchain, entre outras.· Monitoração dos pontos críticos das cadeias produtivas, valorização dos resultados das atividades realizadas pelos diferentes participantes e compartilhamento dos recursos financeiros obtidos. Isso só será possível, fazendo-se uso de 5G, IoT, BlockChain, Computação em Nuvem e Serviços de Segurança.
5. Prof. Dr. Pedro Luiz Pizzigatti Corrêa
- As áreas envolvidas estão relacionadas à Big Data Analytics e Data Science, aplicadas em projetos de pesquisa que utilizam técnicas avançadas de análise (Deep Learning) e gestão de grandes volumes de dados científicos. Esses projetos de e-science são apoiados pela FAPESP em cooperação com empresas privadas, relacionados a dados atmosféricos da Bacia Amazônica, imagens de satélite, além de dados coletados em vias de transporte ferroviário no Brasil.