Diversidade de Aplicações

Esta seção é destinada à apresentação de outros importantes trabalhos presentes na literatura abordando os SIA. Todos esses trabalhos são baseados nas técnicas imunológicas aplicadas à resolução de algum problema. Existem inúmeros outros trabalhos, porém, serão apresentados aqui os de maior relevância e que servirão de base para a construção de propostas de trabalhos futuros desta tese. Vale ressaltar que, a maioria dos trabalhos aqui apresentada, deram base para toda a teoria de SIA, portanto sendo trabalhos de grande fator de impacto para a comunidade acadêmica pertencente a esta linha de pesquisa.

O reconhecimento mútuo entre um antígeno e um anticorpo aplicado ao diagnóstico de processos foi proposto através do modelo de rede imunológica de Ishida (1993). Posteriormente, Ishida (1996a) aprimorou o seu modelo dinâmico e o aplicou para desenvolver uma rede, contendo sensores, capaz de diagnosticar falhas nos dados recebidos pelos sensores. Uma das primeiras propostas foi introduzida por Epstein e Axtell (1996), utilizando

um modelo relativamente simples com foco no estudo da dinâmica das infecções intra- e-inter- agentes aplicado a possibilidade de afetar outros processos sociais.

Existe, na literatura, uma variedade de casos de organismos de memória e de técnicas de recuperação com características diferentes, que podem afetar sua utilidade em diferentes aplicações. Hunt, Cooke e Holstein (1995) e Hunt e Fellows (1996) apresentaram uma nova abordagem para a organização da memória e recuperação de caso baseado em metáforas retiradas do sistema imunológico humano. Eles ilustraram como os SIA são inerentemente baseados em casos e como eles se apoiam em sua memória endereçável por conteúdo para realizar a tarefa de identificar novas situações similares a casos anteriores.

Um modelo binário do sistema imunológico é usado para estudar os efeitos da evolução do código genético para as moléculas de anticorpos através dos trabalhos de Hightower, Forrest e Perelson (1995) e Perelson, Hightower e Forrest (1996). Eles estudaram os efeitos da evolução na codificação genética de moléculas de anticorpos através deste modelo binário. Uma importante característica desta codificação é o fato de que nem todos os genes contidos no genótipo estão expressos no fenótipo.

Um importante trabalho foi apresentado por Ishida (1996b), onde ele faz uma comparação do sistema baseado em imunidade com outros sistemas biológicos, tais como redes neurais e algoritmos genéticos. Em seguida, ele propôs que o processo de auto-identificação é ainda um outro aspecto importante do sistema imunológico, porém pouco explorado. A aplicação destes modelos foi feita em redes de computadores.

Posteriormente, uma abordagem mais elaborada, utilizando os modelos de cooperação estabelecidos pelos SIA, foi empreendida para construir um modelo multiagente, que foi apresentado por Ballet, Tisseau e Harrouet (1997). O objetivo era realizar o estudo da cinética da proliferação de anticorpos, em resposta a vários tipos de substâncias antigênicas. Essa abordagem, possui como vantagens, a possibilidade de visualização dos agentes, sua modificação, remoção ou adição ao modelo com muita facilidade. Isso mostra a importância da aplicação, pois muitos dos antígenos letais são fracamente reconhecíveis e muito proliferativos. A proposta de Slavov e Nikolaev (1998) trouxe a abordagem de um algoritmo de busca evolutiva baseado numa versão discreta de um modelo dinâmico da rede imunológica. Neste trabalho, foram ainda apresentados resultados de evidência empírica para a superioridade desta versão imune ante o algoritmo genético simples em tarefas de indução autômatos com número

finito de estados.

Os mecanismos de reconhecimento e eliminação antigênica constituem exemplos da capacidade de reflexão do sistema imunológico, de acordo com Suzuki e Yamamoto (1998). Eles apresentaram uma proposta que sugere que o problema da distinção próprio/não-próprio fosse reduzido à comparação da reflexão de uma imagem em um espelho com um elemento externo. Este princípio foi também identificado como um padrão de arquitetura de software denominado de POSA.

O primeiro livro sobre este assunto foi lançado por Dasgupta (1998), no qual foram definidos os aspectos computacionais dos SIAs e a partir daí ele propôs várias aplicações, modelos e fenômenos com base nos SIBs. Com o lançamento deste livro, as pesquisas nessa área proporcionaram um grande avanço.

Foi exposto um SIA para a produção de schedules robustos por Hart e Ross (1998, 1999a, 1999b). Este sistema foi aplicado ao problema de alocação de tarefas em um ambiente sujeito a variações e fluxo contínuo. Exemplos de aplicações foram abordados, como bibliotecas genéticas, a maturação de afinidade e o princípio da seleção clonal

Uma versão imunológica da programação genética foi apresentada por Nikolaev, Iba e Slavov (1999) com o intuito de fazer uma busca progressiva e controlada por uma função de adaptabilidade dinâmica, baseada na analogia com um modelo de rede imunológica.

Uma estrutura, baseada na linguagem de programação Java, foi proposta por Suzuki e Yamamoto (2000), com o objetivo de construir uma rede imunológica artificial aplicada na coordenação de servidores Web abertos.

Posteriormente, Timmis e Neale Hunt (1999, 2000) usaram este SIA para motivar e fundamentar a construção de um modelo "transparente", aplicando-o ao problema de análise de dados e aglomeração.

São apresentadas as similaridades e diferenças entre o SIB, que possui uma estrutura distribuída, robusta, dinâmica, diversificada e adaptável, e os sistemas classificadores, através do trabalho de Forrest e Hofmeyr (1999) e Farmer, Packard e Perelson (1986).

Oprea e Forrest (1998, 1999) apresentaram uma proposta semelhante com a de Hightower, Forrest e Perelson (1995) e Perelson, Hightower e Forrest (1996), com o intuito de

explorar como a probabilidade de sobrevivência de um indivíduo está relacionada ao tamanho do repertório de anticorpos. Em seguida eles ainda estenderam esta análise para medidas de afinidade (regras de ligação ou matching) antígeno-anticorpo mais realistas.

Hofmeyr (2000) propôs um novo modelo para realizar a detecção distribuída aplicada à segurança computacional. Esse foi um importantíssimo trabalho para essa área, pois ele definiu todas as propriedades organizacionais que até hoje são conhecidas sobre os SIAs.

Dois pesquisadores brasileiros desta área de sistemas baseados em imunologia são De Castro e Von Zuben. Eles apresentaram várias abordagens aplicadas a soluções de problemas, dentre as quais pode-se citar uma abordagem baseada no algoritmo clássico de simulated

annealing, com o objetivo de gerar um conjunto inicial de candidatos à solução de um

determinado problema. Esse conjunto é dotado de certas características que possibilitam uma boa cobertura do espaço de busca (De Castro e Von Zuben, 2000b). Primeiramente, este algoritmo foi aplicado ao problema de inicialização de redes neurais com múltiplas camadas, o qual obteve grande sucesso (De Castro e Von Zuben, 2001a). Outro grande trabalho proposto por De Castro e Von Zuben (2000c), aborda o desenvolvimento de um modelo de rede imunológica artificial aplicado aos problemas de compressão de informação. Quando utilizada em conjunto com algumas ferramentas de clusterização hierárquica de dados e um método de representação de grafos, esta ferramenta demonstrou capacidade de separar clusters mesmo quando os dados de treinamento são não-linearmente separáveis e para configurações arbitrárias dos clusters (formato e distribuição dos dados). E, ainda, a rede imunológica (aiNet) foi implementada em associação com uma inferência estatística resultando em uma alternativa às RNAs.

De Castro (2001) sugeriu um novo conceito denominado Engenharia Imunológica (EI), visando fazer uma seleção dos modelos existentes de SIA, de modo a definir quais são os pontos principais e explorá-los a fim possibilitar o desenvolvimento de ferramentas de EI partindo da resenha dos SIAs e da pesquisa dos mecanismos imunológicos. Na EI, o principal objetivo é desenvolver ferramentas utilizando os princípios do sistema imunológico para resolver problemas do mundo real. Ainda neste trabalho, o autor propôs quatro novas ferramentas, denominadas de SAND, CLONALG, ABNET e a já conhecida aiNet, sendo que os algoritmos CLONALG e o aiNet vieram a ser consideradas as duas ferramentas mais populares da literatura e foi a partir dele que os sistemas baseados em imunologia ganharam uma maior notoriedade e atenção dos pesquisadores atuais desta área.

Outro importante livro foi publicado por De Castro e Timmis (2002), onde eles apresentam um novo paradigma para a inteligência computacional com base nos SIAs abordando tanto os conceitos naturais como os artificiais.

Em Lima e Minussi (2012) e Lima, Barros e Minussi (2012) foi apresentado um método para detecção e classificação de distúrbios de tensão em sistemas de distribuição de energia elétrica por meio da aplicação do ASN de um SIA. Por meio desta proposta, foi possível a criação de um método simples e de fácil modificação com objetivo de atender a grande evolução das tecnologias das subestações.

De Castro, Hruschka, Rosatelli e Campello (2004) apresentaram um relevante trabalho de revisão bibliográfica sobre o assunto de SIA. Nos últimos anos, diversos trabalhos têm surgido, onde pode-se destacar as principais propostas:

 Cazangi (2004) propôs o controle de navegação de robôs através da computação evolutiva;

 França (2005), visando a otimização dinâmica, propôs a aplicação dos algoritmos bioinspirados;

 Ferreira (2008) propôs a previsão de perdas comerciais em redes de distribuição de energia elétrica através de uma ferramenta de aprendizado de máquina;

 Greensmith e Aickelin (2007) propuseram uma nova abordagem para a detecção de intrusos em redes de computadores;

 Greensmith (2007) apresentou uma tese focando em um algoritmo baseado no funcionamento das células dendríticas, que são pertencentes ao sistema imunológico inato e responsáveis pela resposta imune;

 Silva (2009) propôs um algoritmo imunoinspirado, o qual se trata de uma junção da teoria do perigo e as células dendríticas aplicado a detecção de intrusos em redes de computadores.

Nesta seção foram apresentados os mais importantes e variados trabalhos que usam a abordagem de sistemas imunológicos aplicados aos mais diversos tipos de resolução de problemas.