Tecnologia Científica

Enviando sinais mais claros
O professor associado Yury Polyanskiy estãotrabalhando para manter os dados fluindo a  medida que a “internet das coisas” se torna realidade.
Por Rob Matheson - 12/01/2020

Imagem: M. Scott Brauer
Yury Polyanskiy

Na cidade russa isolada onde Yury Polyanskiy cresceu, todas as informações sobre ciência da computação vieram do mundo exterior. Visitantes de Moscou distante ocasionalmente traziam de volta as últimas revistas de ciência da computação e CDs de software para a escola de Polyanskiy, para que todos pudessem compartilhar.

Um dia, enquanto lia uma revista PC World emprestada em meados dos anos 90, Polyanskiy aprendeu sobre um conceito futurista: a World Wide Web.

Acreditando que sua cidade nunca veria tantas maravilhas da internet, ele e seus amigos construa­ram os seus pra³prios. Conectando um cabo Ethernet entre dois computadores em arranha-canãus separados, eles poderiam se comunicar. Logo, um punhado de outras criana§as pediu para estar conectado a  rede improvisada.

"Foi um problema de engenharia bastante desafiador", lembra Polyanskiy, professor associado de engenharia elanãtrica e ciência da computação no MIT, que recentemente conquistou o cargo. “Nãome lembro exatamente como fizemos, mas levamos um dia inteiro. Vocaª tem uma noção do quanto contagiosa a internet pode ser. ”

Graças a  queda recente da Cortina de Ferro, a familia de Polyanskiy acabou se conectando a  Internet. Logo depois, ele se interessou por ciência da computação e depois por teoria da informação, o estudo matema¡tico de armazenamento e transmissão de dados. Agora no MIT, seu trabalho mais emocionante se concentra na prevenção de grandes problemas de transmissão de dados com o surgimento da "Internet das Coisas" (IoT). Polyanskiy émembro do Laborata³rio de Sistemas de Informação e Decisão, do Instituto de Dados, Sistemas e Sociedade e do Centro de Estata­stica e Ciência de Dados.

Hoje, as pessoas carregam um smartphone e talvez alguns dispositivos inteligentes. Sempre que vocêassiste a um va­deo em seu smartphone, por exemplo, uma torre de celular próxima atribui a vocêuma parte exclusiva do espectro sem fio por um certo tempo. Faz isso para todos, garantindo que os dados nunca colidam.

O número de dispositivos IoT devera¡ explodir, no entanto. As pessoas podem carregar dezenas de dispositivos inteligentes; todos os pacotes entregues podem ter sensores de rastreamento; e cidades inteligentes podem implementar milhares de sensores conectados em sua infraestrutura. Os sistemas atuais não podem dividir o espectro efetivamente para impedir a colisão de dados. Isso diminuira¡ a velocidade de transmissão e fara¡ com que nossos dispositivos consumam muito mais energia no envio e reenvio de dados.

“Em breve podera¡ haver uma explosão de cem vezes os dispositivos conectados a  Internet, o que obstruira¡ o espectro, e não havera¡ como garantir uma transmissão livre de interferaªncias. Sera£o necessa¡rias abordagens de acesso totalmente novas ”, diz Polyanskiy. "a‰ a coisa mais emocionante em que estou trabalhando e ésurpreendente que ninguanãm esteja falando muito sobre isso."

Da Raºssia, com amor pela ciência da computação

Polyanskiy cresceu em um local que se traduz em inglês para "Rainbow City", assim chamado porque foi fundado como um local para o desenvolvimento de lasers militares. Cercada por bosques, a cidade tinha uma população de cerca de 15.000 habitantes, muitos deles engenheiros.

Em parte, esse ambiente levou Polyanskiy a  ciência da computação. Aos 12 anos, ele começou a codificar - "e com fins lucrativos", diz ele. Seu pai estava trabalhando para uma empresa de engenharia, em uma equipe que estava programando controladores para bombas de a³leo. Quando o programador lider assumiu outra posição, eles ficaram com falta de pessoal. “Meu pai estava discutindo quem pode ajudar. Eu estava sentado ao lado dele e disse: 'Eu posso ajudar' ”, diz Polyanskiy. "Ele primeiro disse que não, mas eu tentei e deu certo."

Logo depois, seu pai abriu sua própria empresa para projetar controladores de bombas de a³leo e contratou Polyanskiy enquanto ele ainda estava no ensino manãdio. A empresa conquistou clientes em todo o mundo. Ele diz que alguns dos controladores que ajudou a programar ainda estãosendo usados ​​hoje.

Polyanskiy ébacharel em física pelo Instituto de Fa­sica e Tecnologia de Moscou, uma das melhores universidades do mundo para pesquisa em física. Mas então, interessado em fazer engenharia elanãtrica na faculdade, ele se inscreveu em programas nos EUA e foi aceito na Universidade de Princeton.

Em 2005, ele se mudou para os EUA para assistir a Princeton, que veio com choques culturais "dos quais ainda não me recuperei", brinca Polyanskiy. Para iniciantes, ele diz, o sistema educacional dos EUA incentiva a interação com os professores. Além disso, as televisaµes, consoles de jogos e ma³veis em prédios residenciais e ao redor do campus não foram colocados sob chave.

"Na Raºssia, tudo estãoacorrentado", diz Polyanskiy. "Ainda não acredito que as universidades americanas apenas mantem essas coisas em aberto".

Em Princeton, Polyanskiy não tinha certeza de qual campo entrar. Mas quando chegou a hora de selecionar, ele perguntou a um aluno bastante descortaªs sobre estudar sob um gigante em teoria da informação, Sergio Verdaº. O aluno disse a Polyanskiy que ele não era inteligente o suficiente para Verdaº - então Polyanskiy ficou desafiador. "Naquele momento, eu tinha certeza de que Sergio seria minha escolha número um", diz Polyanskiy, rindo. "Quando as pessoas dizem que não posso fazer algo, essa égeralmente a melhor maneira de me motivar."

Em Princeton, trabalhando com Verdaº, Polyanskiy se concentrou em um componente da teoria da informação que lida com quanta redunda¢ncia enviar com dados. Cada vez que os dados são transmitidos, eles são perturbados por algum rua­do. Adicionar dados duplicados significa que menos dados são perdidos nesse rua­do. Os pesquisadores estudam as quantidades ideais de redunda¢ncia para reduzir a perda de sinal, mas mantem as transmissaµes rápidas.

Em seu trabalho de pós-graduação, Polyanskiy identificou pontos cra­ticos para redunda¢ncia ao transmitir centenas ou milhares de bits de dados em pacotes, que éprincipalmente a maneira como os dados são transmitidos online hoje.

Ficando viciado

Depois de obter seu PhD em engenharia elanãtrica em Princeton, Polyanskiy finalmente chegou ao MIT, sua “escola dos sonhos” em 2011, mas como professor. O MIT ajudou a abrir caminho para algumas pesquisas em teoria da informação e introduziu os primeiros cursos universita¡rios no campo.

Alguns chamam a teoria da informação de "uma ilha verde", diz ele, "porque édifa­cil entrar, mas quando vocêestãola¡, fica muito feliz. E os teóricos da informação podem ser vistos como esnobes. ”Quando ele veio ao MIT, diz Polyanskiy, ele estava concentrado em seu trabalho. Mas ele experimentou outro choque cultural - desta vez em uma cultura de pesquisa colaborativa e abundante.

Os pesquisadores do MIT estãoconstantemente se apresentando em conferaªncias, realizando semina¡rios, colaborando e "trabalhando em cerca de 20 projetos em paralelo", diz Polyanskiy. “Eu hesitava em fazer uma pesquisa de qualidade assim, mas depois fiquei viciado. Fiquei mais aberto, graças a  cultura do MIT de beber de uma mangueira de incaªndio. Ha¡ tanta coisa acontecendo que, eventualmente, vocêfica viciado em campos de aprendizado que estãolonge dos seus pra³prios interesses. ”

Em colaboração com outros pesquisadores do MIT, o grupo de Polyanskiy agora se concentra em encontrar maneiras de dividir o espectro na próxima era da Internet das Coisas. Atéagora, seu grupo provou matematicamente que os sistemas em uso hoje não possuem recursos e energia para isso. Eles também mostraram que tipos de sistemas de transmissão alternativos ira£o ou não funcionar.

Inspirado em suas próprias experiências, Polyanskiy gosta de dar aos alunos "pequenos ganchos", informações sobre a história do pensamento cienta­fico em torno de seu trabalho e sobre possa­veis aplicações futuras. Um exemplo éexplicar as filosofias por trás da aleatoriedade para estudantes de matemática que podem ser pensadores estritamente determina­sticos. "Quero dar a eles um gostinho de algo mais avana§ado e fora do escopo do que eles estãoestudando", diz ele.

Depois de passar 14 anos nos EUA, a cultura moldou o nativo russo de certas maneiras. Por exemplo, ele aceitou um estilo de ensino ocidental mais relaxado e interativo, diz ele. Mas isso se estende além da sala de aula também. No ano passado, enquanto visitava Moscou, Polyanskiy se viu segurando um trilho do metra´ com as duas ma£os. Por que isso éestranho? Porque ele foi criado para manter uma ma£o no trilho do metra´ e uma ma£o sobre a carteira para evitar roubos. "Com horror, percebi o que estava fazendo", diz Polyanskiy, rindo. "Eu disse: 'Yury, vocêestãose tornando um verdadeiro ocidental'."

 

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