A cibernética de Wiener

Por Felipe Pait

O filósofo e matemático Norbert Wiener criou o termo "cibernética" para designar a ciência do controle, comunicação e cognição. A ciência clássica do Renascimento e Iluminismo se ocupava da matéria, e grandes avanços a partir do século XIX se basearam no conceito de energia. Na visão de Wiener, que se mostrou acertada, a ciência a partir da segunda metade do século XX se desenvolveria em torno da informação. Até certo ponto um desenvolvimento paralelo ocorre na economia a partir da revolução industrial, com a indústria de manufatura perdendo o papel de liderança, primeiro para as indústrias ligadas à energia, depois para a informática. Correndo o risco de esgarçar a metáfora, podemos observar que diversas tentativas de implantar dirigismo econômico no Brasil apontam na direção de reestimular setores industriais atrelados aos pontos de vista científicos e tecnológicos de ciclos anteriores, com resultados previsíveis.

Talvez a maior contribuição matemática do professor do Massachusetts Institute of Technology tenha sido o estudo dos processos que permitem analisar variáveis com evolução temporal aleatória, tais como ruídos brancos e movimentos brownianos. Esses são conceitos aplicáveis em várias áreas das ciências, engenharias e finanças, cuja análise formal é bastante complicada. Figura um pouco excêntrica dentro de uma escola de engenharia na sua época, Wiener foi também indivíduo marcante na transformação do MIT de uma instituição de treinamento técnico para um centro de investigações científicas e tecnológicas avançadas.

Dos 3 aspectos da cibernética, o avanço das comunicações é o mais claramente visível no quotidiano. A operação de todo dispositivo de comunicações moderno depende do processamento da informação e dos sinais: codificação, compressão, correção de erros, transformação de sinais em formas apropriadas para uso dos diversos meios de transmissão possíveis, e operações conhecidas como multiplexação e modulação, que permitem o compartilhamento de um canal de transmissão por muitos usuários simultaneamente. A teoria das comunicações abstrai o significado dos sinais transmitidos para se concentrar nos modelos matemáticos da transmissão -- um versão cibernética da máxima de Marshall McLuhan, "o meio é a mensagem". A engenharia do controle automático, em comparação, muitas vezes é descrita como uma "tecnologia escondida": indispensável para o funcionamento regular e eficiente de máquinas, fábricas, dispositivos eletrônicos, veículos, navios, aviões, e foguetes espaciais, o usuário raramente toma conhecimento da operação dos mecanismos de controle, exceto nos raros eventos nos quais ocorre uma falha.

O aspecto da cognição talvez tenha tido um desenvolvimento mais distinto da visão integrada da cibernética. Os avanços da inteligência artificial se beneficiaram do enorme crescimento das capacidades dos computadores eletrônicos, mais do que de um entendimento fundamental acerca de como os seres vivos adquirem, compreendem e processam as informações. E a cada novo avanço na mecanização de um procedimento que anteriormente se entendia exigir a inteligência humana -- resolução de problemas matemáticos, o xadrez, a busca em bibliotecas, o desenho técnico -- parece que o horizonte onde se enxerga o surgimento de real inteligência artificial fica mais distante. Com uma certa ironia, a palavra cibernética e o prefixo "ciber" entraram para a linguagem popular em conexão com a robótica e inteligência artificial, enquanto caíam em desuso dentro das comunidades científicas. Um exceção foi a antiga União Soviética, onde o termo cibernética, após uma resistência inicial das autoridades, recebeu um selo de pureza ideológica e se tornou uma descrição aceitável para um ramo de estudos bastante ativo.

Será que a cibernética tentou englobar disciplinas científicas disjuntas, ou de fato formava uma unidade que se rompeu por pressões explicáveis pela sociologia da comunidade acadêmica? Essa questão deve permanecer como objeto de especulação. Voltando aos aspectos centrais da cibernética, o conceito mais frutífero para o estudo de um sistema de comunicações e controle é a resposta em frequência, que quantifica a amplificação e a defasagem entre um sinal medido na saída do sistema e um sinal de entrada periódico. Experimentos de resposta em frequência podem ser usados para obter os modelos matemáticos indispensáveis para a análise; e inversamente, quando o modelo é conhecido, a resposta em frequência pode ser calculada sem necessidade de mais experimentos.

A descrição frequencial caracteriza completamente os sistemas lineares, sendo suficiente para analisar muitos processos quando sofrem pequenas variações em torno do ponto de operação projetado. A análise dos diagramas de resposta em frequência serve para prever o comportamento do sistema quando for controlado por realimentação com o objetivo de obter um comportamento especificado. O projeto então consiste em buscar um meio termo entre desempenho e robustez -- exigir um comportamento otimizado significa aceitar fragilidade quando as hipóteses de projeto não forem plenamente satisfeitas, como inevitavelmente ocorre na prática. Compromissos são inevitáveis e a teoria nos ensina a quantificá-los.

Um ponto de vista alternativo vem da teoria dos jogos desenvolvida a partir do trabalho de John von Neumann, que considera ruídos, distúrbios, erros de medição, e comportamentos dinâmicos não previstos nos modelos como adversários que podem causar dano máximo aos objetivos especificados. A tarefa do projetista consiste em escolher a estratégia que minimiza o impacto da pior ação que o adversário pode executar. A visão de mundo implícita na cibernética de Wiener é mais humanista e afável do que a visão dura e litigiosa de Johnny, como von Neumann gostava de ser chamado. Bastante popular entre os estrategistas "realistas" durante a guerra fria, a teoria dos jogos teve sucessos notáveis em economia, aplicação na qual já rendeu alguns prêmios Nobel; mas não é exatamente uma generalização nem um caso particular da teoria de controle ótimo. Na engenharia de sistemas de realimentação, são visões complementares. Talvez as semelhanças e diferenças sejam mais poéticas do que científicas; e certamente não se deve buscar um significado profundo nos humores sugeridos pela terminologia matemática.

Felipe Pait é professor no Laboratório de Automação & Controle da Escola Politécnica da Universidade de São Paulo. Estudou engenharia elétrica na USP e na Universidade Yale.