Integração de bibliotecas de algoritmos bio-inspirados e não-lineares para a otimização de dispositivos fotônicos

Resumo

A proposta desse projeto de pesquisa de colaboração internacional tem por objetivo a integração de algoritmos bio-inspirados (Algoritmo Genético, Estratégia Evolutiva e Sistema Imunológico Artificial) desenvolvidos durante o doutorado do candidato, que foi financiado pela FAPESP sob o processo 06/57074-2, com a biblioteca de otimização não linear chamada NLopt (No-Linear Optimisation Tool), desenvolvida pelo grupo do Prof. Dr. Steven Glenn Johnson do Massachusetts Institute Technology (MIT), o qual será o supervisor desse projeto binacional. A ideia de integração dessas ferramentas surgiu durante colaborações que o candidato desenvolveu, como parte de doutorado sanduíche, em 2010, no Cornell Nanophotonics Group, sob a supervisão da Professora Dra. Michal Lipson (IEEE Fellow e OSA Fellow). Durante esse período foram realizadas algumas otimizações de dispositivos fotônicos modelados utilizando o método das Diferenças Finitas no Domínio do Tempo (Finite Difference Time Domain - FDTD) através da biblioteca Meep, que também é mantida pelo Prof. Steven G. Johnson, com a técnica de transformações geométricas e computação evolutiva. Os resultados desses trabalhos foram bem sucedidos, com as otimizações de alguns dispositivos utilizando esse conjunto de tecnologias, verificou-se que seria importante oferecer uma ferramenta numérica flexível e com recursos para a otimização de complexos dispositivos fotônicos, simples de ser utilizada, flexível de ser aplicada, gratuita e aberta para que todos possam utilizar.Os algoritmos bio-inspirados e as modelagens fotônicas vem sendo desenvolvidos com a colaboração de duas instituições públicas do Brasil, sendo a primeira delas o Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia de São Paulo (IFSP), onde o candidato atua como professor e coordenador de um grupo de pesquisa devidamente registrado no CNPq. A segunda instituição brasileira é a Universidade Estadual de Campinas (Unicamp), onde desenvolve trabalhos de pós-doutoramento junto ao grupo do Prof. Dr. Hugo Enrique Hernández Figueroa, colaborando com sua equipe em projetos que incluem o desenvolvimento de um simulador eletromagnético nas nuvens, métodos numéricos a serem processados em placas gráficas (GPU) e no desenvolvimento de algoritmos bio-inspirados para otimizações em ambientes dinâmicos e multiobjetivos. Essa última abordagem é inovadora, pois busca prover ferramentas computacionais que visam simular possíveis problemas que possam surgir durante o processo de fabricação dos dispositivos fotônicos que foram previamente modelados. Devido a esses esforços, vem sendo realizadas colaborações com o Professor Steven Glenn Johnson, do Massachusetts Institute Technology (MIT), visando integrar esses algoritmos bio-inspirados com as bibliotecas desenvolvidas e mantidas por seu grupo para otimizações não-lineares e modelagem fotônica. Com isso, será possível modelar e otimizar os dispositivos fotônicos utilizando essas ferramentas. Esse projeto de colaboração entre os grupos de pesquisa tem por contribuições o provimento dessa ferramenta de modelagem e otimização de dispositivos fotônicos à comunidade. Há também contribuições relacionadas sobre as trocas de experiências e a possibilidade de maior estreitamento das colaborações entre esses grupos. Além disso, essa experiência internacional proposta por este candidato contribuirá em práticas de pesquisa e didáticas que serão compartilhadas com os colegas dessas instituições nacionais, relacionando metodologias de pesquisa e práticas didáticas. (AU)