In my early days as a graduate student, I went on a snorkeling trip off the coast of the Bahamas. I'd actually never swum in the ocean before, so it was a bit terrifying. What I remember the most is, as I put my head in the water and I was trying really hard to breathe through the snorkel, this huge group of striped yellow and black fish came straight at me ... and I just froze. And then, as if it had suddenly changed its mind, came towards me and then swerved to the right and went right around me. It was absolutely mesmerizing. Maybe many of you have had this experience. Of course, there's the color and the beauty of it, but there was also just the sheer oneness of it, as if it wasn't hundreds of fish but a single entity with a single collective mind that was making decisions. When I look back, I think that experience really ended up determining what I've worked on for most of my career.
Assim que comecei a graduação, fiz uma viagem de mergulho na costa das Bahamas. Eu nunca havia nadado no oceano, então foi um pouco assustador. O que mais me lembro é que, logo que coloquei a cabeça na água e tentava arduamente respirar pelo "snorkel", um grupo gigante de peixes com listras amarelas e pretas veio direto em minha direção... e eu congelei. E então, como se eles tivessem mudado subitamente de ideia, vieram em minha direção e viraram para a direita e passaram por mim. Foi absolutamente hipnotizador. Talvez muitos de vocês já tenham vivido isso. Claro, existe a cor e a beleza disso, mas também uma pura unicidade, como se não fossem centenas de peixes, mas uma única entidade com uma única mente coletiva tomando as decisões. Quando me lembro da experiência, creio que ela acabou definindo meu trabalho durante toda minha carreira.
I'm a computer scientist, and the field that I work in is artificial intelligence. And a key theme in AI is being able to understand intelligence by creating our own computational systems that display intelligence the way we see it in nature. Now, most popular views of AI, of course, come from science fiction and the movies, and I'm personally a big Star Wars fan. But that tends to be a very human-centric view of intelligence. When you think of a fish school, or when I think of a flock of starlings, that feels like a really different kind of intelligence. For starters, any one fish is just so tiny compared to the sheer size of the collective, so it seems that any one individual would have a really limited and myopic view of what's going on, and intelligence isn't really about the individual but somehow a property of the group itself.
Sou cientista da computação, e minha área de trabalho é a inteligência artificial. E uma das chaves da IA é poder entender a inteligência ao criar nosso próprio sistema computacional que mostra a inteligência da forma como a vemos na natureza. As noções mais populares sobre IA vêm da ficção científica e de filmes; e sou uma grande fã de Star Wars. Mas elas tendem a ser noções antropocentristas da inteligência. Ao pensar num cardume ou num bando de pássaros, eles parecem ter um tipo muito diferente de inteligência. Para começar, um peixe sozinho é muito pequeno comparado ao tamanho do coletivo, então, parece que um só indivíduo teria uma visão míope e limitada do que está acontecendo, e a inteligência não é sobre o indivíduo, mas, de alguma forma, uma propriedade do grupo em si.
Secondly, and the thing that I still find most remarkable, is that we know that there are no leaders supervising this fish school. Instead, this incredible collective mind behavior is emerging purely from the interactions of one fish and another. Somehow, there are these interactions or rules of engagement between neighboring fish that make it all work out.
Em segundo lugar, e isso é o mais incrível, sabemos que não há líderes supervisionando o cardume. Em vez disso, o incrível comportamento mental coletivo emerge puramente das interações entre um peixe e outro. De alguma maneira, existem interações ou regras comportamentais entre os peixes vizinhos que fazem com que tudo funcione.
So the question for AI then becomes, what are those rules of engagement that lead to this kind of intelligence, and of course, can we create our own?
Agora, o questionamento da IA é: que regras comportamentais são essas, que geram esse tipo de inteligência; e podemos criar nossa própria regra?
And that's the primary thing that I work on with my team in my lab. We work on it through theory, looking at abstract rule systems and thinking about the mathematics behind it. We also do it through biology, working closely with experimentalists. But mostly, we do it through robotics, where we try to create our own collective systems that can do the kinds of things that we see in nature, or at least try to.
Essa é a ideia principal na qual trabalho com minha equipe no laboratório. Trabalhamos nela usando teorias, observando sistemas de regras abstratos e pensando na matemática que há por trás delas. Também utilizamos a biologia, trabalhando de perto com os experimentalistas. Mas, em geral, usamos a robótica, com a qual tentamos criar nosso próprio sistema coletivo que pode fazer o tipo de coisas que vemos na natureza, ou, pelo menos, tentar.
One of our first robotic quests along this line was to create our very own colony of a thousand robots. So very simple robots, but they could be programmed to exhibit collective intelligence, and that's what we were able to do. So this is what a single robot looks like. It's quite small, about the size of a quarter, and you can program how it moves, but it can also wirelessly communicate with other robots, and it can measure distances from them. And so now we can start to program exactly an interaction, a rule of engagement between neighbors. And once we have this system, we can start to program many different kinds of rules of engagement that you would see in nature.
Uma das primeiras pesquisas robóticas nessa linha, foi criar nossa própria colônia de mil robôs. Vários robôs simples, mas que poderiam ser programados para exprimir uma inteligência coletiva, e foi isso que conseguimos fazer. Este é um dos robôs. É bem pequeno, do tamanho de uma moeda de 25 centavos, você pode programar seu movimento, mas ele também pode se comunicar com outros robôs, sem fios, e medir a distância entre eles. Assim, podemos começar a programar, de forma exata, uma interação, uma regra comportamental entre vizinhos. Assim que criarmos esse sistema, podemos começar a programar tipos diferentes de regras comportamentais que vemos na natureza.
So for example, spontaneous synchronization, how audiences are clapping and suddenly start all clapping together, the fireflies flashing together. We can program rules for pattern formation, how cells in a tissue determine what role they're going to take on and set the patterns of our bodies. We can program rules for migration, and in this way, we're really learning from nature's rules.
Por exemplo, sincronização espontânea, como o público bate palmas e, de repente, todos começam a bater palmas juntos. ou os vaga-lumes todos piscando. Podemos programar regras para formação padronizada, assim como as células num tecido determinam que papel terão para criarem padrões no nosso corpo. Podemos programar regras de migração, e, dessa maneira, estamos aprendendo com as regras da natureza.
But we can also take it a step further. We can actually take these rules that we've learned from nature and combine them and create entirely new collective behaviors of our very own.
Mas podemos ir adiante. Podemos pegar essas regras que aprendemos com a natureza, combiná-las e criar nosso próprio comportamento coletivo inteiramente novo.
So for example, imagine that you had two different kinds of rules. So your first rule is a motion rule where a moving robot can move around other stationary robots. And your second rule is a pattern rule where a robot takes on a color based on its two nearest neighbors. So if I start with a blob of robots in a little pattern seed, it turns out that these two rules are sufficient for the group to be able to self-assemble a simple line pattern. And if I have more complicated pattern rules, and I design error correction rules, we can actually create really, really complicated self assemblies, and here's what that looks like.
Por exemplo, imaginem que vocês tenham dois tipos distintos de regras. A primeira é uma regra de movimento em que um robô em movimento pode se mover ao redor de outros robôs imóveis. A segunda é uma regra de padrão, em que um robô assume uma cor baseado nos dois vizinhos mais próximos. Se eu começar com poucos robôs numa pequena semente padrão, essas duas regras serão suficientes para que o grupo possa se autoagrupar em um padrão simples em linha. Se eu tiver regras de padrão mais complicadas, e criar regras de correção de erros, podemos ter autoagrupamentos muito complicados, que se pareceriam com isto.
So here, you're going to see a thousand robots that are working together to self-assemble the letter K. The K is on its side. And the important thing is that no one is in charge. So any single robot is only talking to a small number of robots nearby it, and it's using its motion rule to move around the half-built structure just looking for a place to fit in based on its pattern rules. And even though no robot is doing anything perfectly, the rules are such that we can get the collective to do its goal robustly together. And the illusion becomes almost so perfect, you know -- you just start to not even notice that they're individual robots at all, and it becomes a single entity, kind of like the school of fish.
Aqui, vocês veem mil robôs trabalhando juntos para formar a letra "K". O "K" está de lado. O mais importante é que ninguém está no comando. Um robô fala apenas com um número pequeno de robôs perto dele, e ele usa sua regra de movimento para se mover ao redor da estrutura, procurando seu lugar baseado nas regras de padrão. E apesar de nenhum dos robôs estar fazendo nada perfeitamente, as regras são tais que o coletivo chega ao seu objetivo vigorosamente em conjunto. E a ilusão se torna quase tão perfeita que nem percebemos que eles são robôs individuais, eles se tornam uma entidade única, como um cardume.
So these are robots and rules in two dimensions, but we can also think about robots and rules in three dimensions. So what if we could create robots that could build together? And here, we can take inspiration from social insects. So if you think about mound-building termites or you think about army ants, they create incredible, complex nest structures out of mud and even out of their own bodies. And like the system I showed you before, these insects actually also have pattern rules that help them determine what to build, but the pattern can be made out of other insects, or it could be made out of mud. And we can use that same idea to create rules for robots.
Então esses são robôs e regras em duas dimensões, mas podemos pensar em robôs e regras em três dimensões. E se criássemos robôs que pudessem construir juntos? Aqui, podemos nos inspirar nos insetos sociais. Ao pensarmos em cupins ou em formigas-correição, eles criam estruturas de ninho incríveis e complexas feitas de lama e de seus próprios corpos. E como o sistema que mostrei antes, esses insetos também têm regras de padrão que os ajudam a definir o que construir, mas os padrões podem ser feitos de outros insetos ou de lama. Podemos usar essa mesma ideia para criar regras para os robôs.
So here, you're going to see some simulated robots. So the simulated robot has a motion rule, which is how it traverses through the structure, looking for a place to fit in, and it has pattern rules where it looks at groups of blocks to decide whether to place a block. And with the right motion rules and the right pattern rules, we can actually get the robots to build whatever we want. And of course, everybody wants their own tower.
Aqui estão alguns robôs simulados. O robô simulado tem uma regra de movimento que o faz andar pela estrutura, procurando um lugar para se encaixar, e tem regras de padrão que o faz procurar por grupos de blocos e decidir onde posicionar um bloco. Com as regras certas de padrão e movimento, podemos fazer os robôs construírem qualquer estrutura que quisermos. E, claro que todos nós queremos uma torre.
(Laughter)
(Risos)
So once we have these rules, we can start to create the robot bodies that go with these rules. So here, you see a robot that can climb over blocks, but it can also lift and move these blocks and it can start to edit the very structure that it's on. But with these rules, this is really only one kind of robot body that you could imagine. You could imagine many different kinds of robot bodies. So if you think about robots that maybe could move sandbags and could help build levees, or we could think of robots that built out of soft materials and worked together to shore up a collapsed building -- so just the same kind of rules in different kinds of bodies. Or if, like my group, you are completely obsessed with army ants, then maybe one day we can make robots that can climb over literally anything including other members of their tribe, and self-assemble things out of their own bodies. Once you understand the rules, just many different kinds of robot visions become possible.
Assim que criarmos essas regras, podemos fazer os corpos robóticos que combinam com elas. Aqui podemos ver um robô que consegue escalar os blocos, mas também consegue levantá-los e movê-los e pode começar a modificar a estrutura em que se encontra. Mas, com essas regras, este é apenas um tipo de robô que podemos imaginar. Podemos imaginar diferentes tipos de corpos robóticos. Podemos pensar em robôs que movam sacos de areia e ajudem a construir diques, ou podemos pensar em robôs que constroem usando materiais leves e trabalham juntos para fortalecer um prédio em colapso... temos os mesmos tipos de regras para tipos diferentes de corpos. Ou, se você for muito obcecado por formigas-correição, como meu grupo, um dia talvez possamos criar robôs que possam escalar qualquer coisa incluindo outros membros de sua tribo, e montar coisas a partir do próprio corpo. Assim que você entende as regras, muitos tipos diferentes de perspectivas robóticas se tornam possíveis.
And coming back to the snorkeling trip, we actually understand a great deal about the rules that fish schools use. So if we can invent the bodies to go with that, then maybe there is a future where I and my group will get to snorkel with a fish school of our own creation.
Retornando à minha viagem de mergulho, conseguimos entender muita coisa sobre as regras dos cardumes. Se pudermos inventar corpos que combinem com elas, talvez exista um futuro em que eu e meu grupo possamos mergulhar com um cardume criado por nós mesmos.
Each of these systems that I showed you brings us closer to having the mathematical and the conceptual tools to create our own versions of collective power, and this can enable many different kinds of future applications, whether you think about robots that build flood barriers or you think about robotic bee colonies that could pollinate crops or underwater schools of robots that monitor coral reefs, or if we reach for the stars and we thinking about programming constellations of satellites. In each of these systems, being able to understand how to design the rules of engagement and being able to create good collective behavior becomes a key to realizing these visions.
Cada um desses sistemas que mostrei nos deixa mais próximos de ter as ferramentas matemáticas e conceituais para criar nossa própria versão de poder coletivo, e isso pode gerar muitos tipos diferentes de futuras aplicações, como robôs que constroem barreiras contra inundações ou colônias de abelhas robóticas que possam polinizar plantações ou cardumes de robôs subaquáticos que fiscalizam os recifes do coral, ou, se pensarmos grande, poderemos programar constelações de satélites. Em cada um desses sistemas, ser capaz de entender como criar as regras comportamentais e ser capaz de criar um bom comportamento coletivo é a chave para fazer dessas visões uma realidade.
So, so far I've talked about rules for insects and for fish and for robots, but what about the rules that apply to our own human collective? And the last thought that I'd like to leave you with is that science is of course itself an incredible manifestation of collective intelligence, but unlike the beautiful fish schools that I study, I feel we still have a much longer evolutionary path to walk. So in addition to working on improving the science of robot collectives, I also work on creating robots and thinking about rules that will improve our own scientific collective. There's this saying that I love: who does science determines what science gets done. Imagine a society where we had rules of engagement where every child grew up believing that they could stand here and be a technologist of the future, or where every adult believed that they had the ability not just to understand but to change how science and technology impacts their everyday lives. What would that society look like? I believe that we can do that. I believe that we can choose our rules, and we engineer not just robots but we can engineer our own human collective, and if we do and when we do, it will be beautiful.
Até agora, falei de regras para insetos, peixes e robôs, mas e as regras aplicadas ao nosso próprio coletivo humano? Quero deixar-lhes com um último pensamento: a ciência em si é uma incrível manifestação de inteligência coletiva, mas, ao contrário dos lindos cardumes que estudo, sinto que ainda temos um caminho evolucionário muito grande a percorrer. Além de trabalhar para melhorar a ciência da coletividade robótica, também trabalho na criação de robôs, e na elaboração de regras que irão melhorar nosso coletivo científico. Amo este ditado: quem faz ciência define que tipo de ciência será feita. Imaginem uma sociedade em que tivéssemos regras comportamentais pelas quais toda criança crescesse acreditando que pode estar em pé aqui e ser uma tecnóloga do futuro, ou na qual todo adulto acreditasse que tem a habilidade não só de entender, mas de mudar a forma como a ciência e a tecnologia impactam seu cotidiano. Como seria essa sociedade? Acredito que somos capazes. Creio que possamos escolher nossas regras, e construir, não só robôs, mas nosso próprio coletivo humano. E se e quando conseguirmos, será lindo.
Thank you.
Obrigada.
(Applause)
(Aplausos)