Uma plateia aplaude no mesmo ritmo, vagalumes piscam juntos, neurônios disparam em sincronia. Esses são exemplos de como muitos dos sistemas do planeta funcionam em rede, sincronizados. Você mesmo tem uma relação interativa com seus amigos através de uma rede social. E não seria possível pensar em ligar um computador se os pontos de geração de energia elétrica não estivessem sincronizados. E quanto mais conectadas forem essas redes, melhor, não?

Não necessariamente.

Nas diferentes redes que conectam o mundo, menos pode ser mais. Essa foi uma das conclusões do físico brasileiro Adilson Motter, da Universidade Northwestern, e do matemático Takashi Nishikawa, da Universidade Clarkson, ambas nos Estados Unidos, em artigo publicado no periódico PNAS no início deste mês.

Os pesquisadores estudaram diferentes redes e concluíram que um menor número de interações, ao contrário do que se pensava, pode melhorar a sincronia e o funcionamento da rede como um todo. As conclusões podem ser importantes para evitar problemas em diversos sistemas – de apagões elétricos a defeitos genéticos.

Veja no vídeo um esquema da proposta dos pesquisadores para otimizar redes

Todos juntos agora

A sincronia acontece, segundo a definição de Motter, é quando todos os elementos da rede tendem a fazer a mesma coisa ao mesmo tempo. De acordo com a estrutura de cada sistema, a interação harmônica pode ser mais difícil de obter do que se imagina. Os pesquisadores estudaram propriedades comuns a vários sistemas e notaram que, para funcionar, toda rede depende de algumas características específicas. 

Eles propuseram uma espécie de ‘rede inteligente’, construída artificialmente. E chegaram a um algoritmo que utiliza números de ligações e pontos fornecidos previamente para explorar a sincronização e a organização das redes de uma forma racional.

“Nossos métodos se aplicam a uma classe muito grande de sistemas, como redes de energia, relações entre insetos e até o metabolismo humano”, conta Motter.

Os resultados são respostas para a grande questão: como chegar a um equilíbrio entre pontos de uma rede? Eles perceberam que efeitos ‘negativos’, ao contrário do que se pensava, podem ser benéficos.

“Pode ser mais fácil carregar duas malas pesadas que apenas uma”, compara Motter. “Isso acontece porque gera um equilíbrio entre os seus braços”, explica. O pesquisador observa que, de acordo com cada caso, remover conexões pode melhorar a comunicação entre o todo.

Uma das aplicações dessa lógica está no tratamento de genes: retirar genes defeituosos poderia ajudar na reestruturação e recuperação celular. Esse procedimento obrigaria a célula a transferir uma função exercida pelo gene defeituoso ou a compensar pela função perdida de alguma outra forma.

Solução para apagão

Essa é a representação da solução encontrada por Nishikawa e Motter para governar variados tipos de rede (imagem: T. Nishikawa e A.E. Motter).

Na distribuição de energia elétrica, cada estação de geração de energia tem que estar conectada com as outras. No Brasil, as correntes elétricas oscilam 60 vezes por segundos.

Essas oscilações precisam ocorrer ao mesmo tempo. Muitos apagões acontecem porque há uma sobrecarga na rede – ou justamente porque os geradores se dessincronizam.

“Quando há instabilidade na rede, capaz de levar a uma cascata de falhas, uma solução é criar blecautes pequenos para tentar diminuir a sobrecarga do sistema”, explica Motter. Porém, observar a estrutura e eliminar os pontos desnecessários – e que competem com a função a ser otimizada na rede – pode também ajudar a manter a rede em sincronia, segundo o autor do estudo. 

Ele conta que esse modelo inteligente já está sendo testado em redes de computadores e em alguns sistemas de energia. “Seria ótimo aplicá-lo no Brasil, que possui uma rede elétrica grande e centralizada”, sugere.

Para ele, a fórmula pode ter as mais diversas aplicações: “O modelo matemático analisa principalmente as conexões de uma rede. Pode ser aplicado até numa estratégia de vacinação para controlar uma epidemia, identificando as pessoas com maior risco e mais contatos”, exemplifica.

Larissa Rangel
Ciência Hoje On-line