Quando os bloqueios da pandemia de COVID-19 interromperam abruptamente suas pesquisas nesta primavera, os engenheiros de roba³tica da Caltech e da Universidade de Michigan pegaram ferramentas que foram originalmente criadas para ajudar os robôs a andar e carros auta´nomos para dirigir com segurança e as aplicaram no desenvolvimento de uma metodologia epidemiola³gica que leva em conta as intervenções humanas (como ordens de ma¡scara e ordens de permanaªncia em casa).

"Eu estava sentado em casa em mara§o, como a maioria do resto dopaís, observando isso acontecer ao meu redor e me perguntando como poderia ajudar", diz Aaron Ames, professor de Engenharia Meca¢nica e Civil e Controle e Sistemas Dina¢micos de Bren, que dirige Laborata³rio de Mobilidade Avana§ada (AMBER) da Caltech.

Investigando os modelos epidemiola³gicos que estavam sendo usados ​​para modelar a progressão das pandemias, Ames percebeu que eles normalmente veem a progressão da infecção como algo cuja dina¢mica progride de forma auta´noma (sem a capacidade de modificar sua evolução), em oposição a um sistema cujo comportamento pode ser influenciados pelas ações humanas. No entanto, as ações humanas - coisas como distanciamento fa­sico, fechamento de restaurantes internos e obrigatoriedade de tra¡fego de ma£o única em edifa­cios - podem e realmente moldam a progressão do COVID-19.

Ames juntou esforços com seu colega Ga¡bor Orosz, professor associado de engenharia meca¢nica na Universidade de Michigan; pesquisador de pa³s-doutorado Tama¡s Molna¡r (então em Michigan e agora em Caltech); e o estudante de graduação da Caltech Andrew Singletary (MS '19). Juntos, eles construa­ram uma nova metodologia que trata os modelos epidemiola³gicos como sistemas de controle, em que várias intervenções humanas são inclua­das como "entradas" no sistema.

Os sistemas de controle generalizam o que deve acontecer em um sistema dina¢mico, permitindo que o comportamento desse sistema mude com base nas entradas. Essas entradas, com base em observações, conduzem as ações correspondentes. Por exemplo, um vea­culo auta´nomo pode detectar um obsta¡culo na estrada a  frente e, em seguida, alterar seu curso ou frear e parar. De maneira semelhante, os modelos epidemiola³gicos de "sistema de controle" desenvolvidos pela equipe Caltech / University of Michigan observam intervenções humanas para mitigação de COVID-19 e utilizam essas observações para prever como elas impactara£o a propagação da doena§a, conforme quantificado por número de pessoas infectadas, hospitalizadas e falecidas.

“Esta éuma mudança de paradigma em comparação com os modelos epidemiola³gicos tradicionais”, diz Orosz. "Utilizando os dados US COVID-19 de mara§o a maio e assumindo que os estados iriam reabrir muito rapidamente, o que aconteceu, fomos capazes de prever a onda de infecção durante o vera£o com alta precisão."

A capacidade de prever a evolução da pandemia atual com base nas intervenções humanas observadas, ou na falta dela, possibilita um resultado importante: a capacidade de sugerir intervenções futuras de modo a estabelecer limites para o número de infecções, hospitalizações e mortes. Ou seja, medidas corretivas que garantam a segurança podem ser sugeridas por meio da estrutura originalmente inventada para robôs e vea­culos auta´nomos (onde a segurança éuma prioridade). Assim como uma ação corretiva pode ser tomada para que o carro evite bater em um obsta¡culo, uma ação corretiva poderia teoricamente ser tomada na pandemia COVID-19 para limitar o surto - desde que as pessoas sigam os protocolos de segurança prescritos.

No interesse de divulgar suas descobertas a s agaªncias de saúde pública que poderiam incorpora¡-las em seus modelos, a equipe postou seu trabalho no site medRxiv.org , um servidor de pré-impressão para ciências da saúde. O estudo foi publicado posteriormente pela revista IEEE Access em 8 de outubro.

A equipe espera que este esfora§o fornea§a um primeiro passo para conectar roboticistas e teóricos de controle com epidemiologistas na luta contra COVID-19. "Este éo maior desafio de saúde que nossa sociedade deve enfrentar em pelo menos uma geração. Todos nosprecisamos contribuir e ajudar de todas as maneiras que pudermos", diz Ames.