Sem os movimentos de braços e pernas, o paciente vitimado por um AVC (Acidente Vascular Cerebral), comanda, por meio dos impulsos cerebrais, a sua própria cadeira de rodas, com um simples olhar na direção em que deseja chegar. Em outra situação, uma pessoa consegue se comunicar pelo celular, inclusive acessando a internet, em qualquer parte do planeta, mesmo nos lugares mais remotos onde os sinais sejam muito fracos. Em outro cenário, imagens nítidas e detalhadas informam aos profissionais da área da geologia a possível existência de estruturas favoráveis à presença de gás e petróleo. “O potencial de aplicação da técnica de processamento de sinais é enorme”, garante o docente da Unicamp João Marcos Travassos Romano ao citar exemplos dos principais projetos desenvolvidos no laboratório coordenado por ele.

O professor da Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação (FEEC), em conjunto com uma equipe de graduandos, mestrandos, doutorandos e pós-doutorandos - incluindo os docentes da mesma unidade Renato da Rocha Lopes e Romis Ribeiro de Faissol Attux - coopera com diversos grupos de pesquisadores da Universidade e de outras instituições. O objetivo é formular técnicas de processamento de sinais para o desenvolvimento de projetos de impacto para a sociedade.

“Aqui no DSPCom [Laboratório de Processamento de Sinais para Comunicações] atuamos nas áreas de sistemas adaptativos e não supervisionados, de ‘aprendizado da máquina’ e de teoria de comunicações. As principais aplicações do processamento de sinais se voltam aos sistemas modernos de telecomunicações, ao processamento sísmico para exploração de gás e óleo e ao tratamento de sinais de áudio, imagens e de natureza biológica, como no caso da comunicação homem-máquina”, especifica Romano.

O docente explica que o processamento de sinais ou signal processing, do termo em inglês, se apoia em diferentes áreas fundamentais da ciência, como a física, a matemática, e a computação. A técnica se estende a aplicações tão diversas como medicina e geologia, acrescenta.

Romano esclarece que os sinais são basicamente funções matemáticas que, no dia a dia da população, podem representar as mais variadas quantidades, indicando, por exemplo, áudio, imagem, distância, temperatura, pressão, etc. O signal processing busca extrair informações destes sinais – por meio de cálculos matemáticos e físicos – para torná-los mais adequados para aplicações variadas.  

“É uma área fundamental para formação de engenheiros eletricistas. Ela usa ferramentas da matemática clássica e aplicada; da engenharia; da física e da computação. É também multidisciplinar nas suas aplicações. Os exemplos estão em nosso laboratório: colaboramos com grupos da Unicamp e de outras universidades, incluindo parcerias com instituições da indústria, entre as quais a Petrobras, a Fundação CPqD, a Ericsson e a Transtel”, exemplifica.

Controle artificial

O pesquisador Thiago Bulhões da Silva Costa - orientado em seu mestrado em andamento pelo docente Romis Attux - vem investigando e fazendo experimentações no sentido de extrair informações dos sinais cerebrais para auxiliar no desenvolvimento de tecnologias para a locomoção de pacientes com perda de movimentos. “Tentamos identificar padrões cerebrais, via processamento de sinais, para que o indivíduo possa, por exemplo, dar o comando numa cadeira de rodas, só imaginando o movimento”, detalha o estudioso.

O seu mestrado integra amplo projeto interdisciplinar denominado Destine (Desenvolvimento de Tecnologias da Informação para Neurologia). A iniciativa, coordenada pelo docente José Raimundo de Oliveira, da FEEC, envolve uma série de docentes e pesquisadores da Unicamp e de outras instituições. Romis Attux esclarece que o Destine se estende também à área de robótica, com o desenvolvimento de sensores ‘inteligentes’ para auxiliar as pessoas nas mais diversas tarefas cotidianas.

“Transformamos um sinal cerebral bruto em sinal de controle, realizando uma série de processamentos. Este sinal de controle, por sua vez, será a entrada para um sistema robótico. A ideia é termos uma interface cérebro-computador [BCI da sigla em inglês para Brain Computer Interface] funcionando em tempo de aquisição”, conta Attux.

Além dos pesquisadores do DSPCom, o projeto Destine envolve a participação de Eleri Cardozo, Fernando José Von Zuben e Ricardo Ribeiro Gudwin, (todos da FEEC); Leonardo Tomazeli Duarte (Faculdade de Ciências Aplicadas de Limeira); Roberto José Maria Covolan e Gabriela Castellano (Instituto de Física ‘Gleb Wataghin’); Li Li Min e Cynthia Resende Campos Herrera (Faculdade de Ciências Médicas); Paula Teixeira Fernandes Boaventura (Faculdade de Educação Física); Ricardo Suyama (Universidade Federal do ABC) e Eliane Gomes Guimarães (Centro de Tecnologia da Informação Renato Archer). O projeto recebe recursos da Financiadora de Estudos e Projetos (Finep), agência brasileira de fomento vinculada ao Ministério de Ciência, Tecnologia e Inovação (MCTI).

A melhor imagem

Munindo-se de técnicas de processamento de sinais, pesquisadores do DSPCom trabalham no sentido de fornecer imagens, mais ricas em detalhes e sem ‘ruídos’, aos técnicos da Petrobras. Tais imagens podem indicar estruturas geológicas com condições de acumular petróleo e gás. O objetivo é orientar a petrolífera brasileira na perfuração de determinada área, atividade custosa e complexa.

“A parceria começou em 2011, quando o Cepetro [Centro de Estudos de Petróleo da Unicamp] organizou um workshop com a presença de profissionais da Petrobras. Trabalham na nossa equipe do projeto dois professores da elétrica, o Renato Lopes e eu; um professor da FCA, o Leonardo Duarte; três pós-docs; e cinco doutorandos, um deles da França, da École de Mines de Paris. É um convênio amplo, coordenado na Unicamp pelo professor Martin Tygel, do Imecc [Instituto de Matemática, Estatística e Computação Científica]”, informa João Marcos Romano.

“Por meio de algoritmos de processamento de sinais, buscamos gerar imagens de dados sísmicos com a maior resolução possível. Estas imagens vão subsidiar técnicos da área de petróleo na tarefa de identificar reservatórios”, complementa o professor Renato Lopes.

O melhor sinal

Orientado pelo docente Renato Lopes, o pesquisador Marco Aurélio Cazarotto Gomes vem estudando, em seu doutorado, métodos para promover uma espécie de ‘cancelamento de interferências’ nos sistemas de comunicação. O foco é tornar os sistemas de comunicação apropriados para transmitir dados a velocidades próximas a sua capacidade plena.

“Isso pode ser usado em qualquer sistema capaz de transmitir informações digitais de um ponto A para um ponto B. A intenção é saber o quanto se pode melhorar na taxa de transmissão de sinais. Os sistemas de celulares ainda têm muito o que ganhar até se aproximar dos limites teóricos para a velocidade de transmissão, por exemplo. No geral, os sistemas de comunicação, da forma como operam atualmente, estão a uma distância relativamente grande de chegar neste limite por questões de complexidades e uma série de problemas técnicos. Nosso objetivo é propor técnicas que contornem essas barreiras”, indica o orientador.

Livros

Três obras relevantes no âmbito do processamento de sinais já foram geradas pelas pesquisas desenvolvidas no Laboratório, salienta Romano. A mais recente, publicada ano passado, é Chaotic Signals in Digital Communications (Sinais caóticos em comunicações digitais, na tradução para o português), organizado pelo professor Romis Attux em parceria com Marcio Eisencraft, da Escola Politécnica da Universidade de São Paulo (USP); e Ricardo Suyama, do Centro de Engenharia, Modelagem e Ciências Sociais Aplicadas da Universidade Federal do ABC.

A obra mais emblemática das atividades do grupo é Unsupervised Signal Processing: Channel Equalization and Source Separation (Processamento de sinal não supervisionado: equalização de canais e separação de fonte), de 2011. O livro tem autoria de João Marcos Romano, Romis Attux, Ricardo Suyana e Charles Casimiro Cavalcante, da Universidade Federal do Ceará (UFC), estes últimos ex-pesquisadores do DSPCom.

O outro título é Independent Component Analysis and Signal Separation (Análise independente de componentes e separação de sinais), publicado em 2009. A obra conta com a organização de João Marcos Romano; Tulay Adali, da University of Maryland Baltimore County; Christian Jutten, da Université Joseph Fourier; e Allan Kardec Duailibe Barros, da Universidade Federal do Maranhão (UFMA).