Desenvolvimento de estratégias de controle local para a dinâmica de sistemas auto-organizados

Resumo

Na natureza, a notável eficiência com que alguns grupos de seres vivos se auto-organizam, formando sistemas capazes de resolver problemas coletivamente, inspirou esforços científicos para replicar esta capacidade de auto-organização em versões artificiais de tais sistemas. Foram feitos progressos significativos na compreensão de como tal comportamento coletivo auto-organizado emerge de mecanismos que asseguram a coesão, separação e alinhamento dos elementos. No entanto, o desenvolvimento de estratégias locais para controlar externamente estes sistemas auto-organizados permanece limitado. Para atender a essa necessidade, utilizamos ferramentas computacionais e analíticas para examinar vários aspectos estruturais e dinâmicos de estados coletivos auto-organizados. Nosso objetivo é formular novas estratégias de controle que possam transferir o comportamento coletivo desses sistemas para um estado desejado, intervindo apenas localmente em seus elementos. Para atingir esse objetivo, empregamos modelos matemáticos de sistemas auto-organizados em alta dimensão, considerando de forma abrangente as características dos elementos, incluindo inércia, relações de admissão e dissipação de energia, e interações. Neste contexto, a nossa estratégia de controle se destaca por aproveitar a resposta interna não-linear dos sistemas estudados, que dá origem a diversos fenômenos como multiestabilidade, bacias de atração com fronteiras fractais, criticalidades, dependência não-trivial às fases de oscilações e sensibilidade aos parâmetros do sistema. Todos esses fenômenos são valiosos para a controlabilidade, mas permanecem amplamente inexplorados para o controle de sistemas auto-organizados em geral. Portanto, as estratégias de controle aqui propostas introduzem novas perspectivas para regular o movimento coletivo de sistemas artificiais e até mesmo intervir em sistemas naturais. Além disso, embora desenvolvamos controle para sistemas coletivos no espaço de estados físico, nossas principais proposições também podem ser aplicáveis a intervenções locais em sistemas com espaços de estado alternativos. Por exemplo, esses princípios podem ser usados para intervir em espécies-chave de ecossistemas, estabilizando assim teias alimentares complexas, cadeias de abastecimento que são críticas para garantir crescimento urbano sustentável e vias químicas celulares específicas para prevenir a morte celular. (AU)