Docente da Universidade de Aveiro faz evoluir física das redes complexas

A publicação do único livro no mundo e de um dos artigos de revisão mais citados sobre a emocionante e ainda inexplorada área das redes complexas valeram a atribuição, em 2004, do Prémio Gulbenkian de Ciência ao Prof. Doutor José Fernando F. Mendes. Conheça algumas das conclusões que este docente e investigador do Departamento de Física da UA já conseguiu apurar num campo de investigação que tem pouco mais de cinco anos.


O mundo é pequeno! Esta expressão corre mundo de boca em boca, mas quem a utiliza está longe de imaginar que por detrás dela está um recentíssimo campo de investigação que ocupa actualmente as mentes mais curiosas de alguns físicos. José Fernando F. Mendes é um deles!
Professor e investigador no Departamento de Física da Universidade de Aveiro, este físico iniciou a sua aventura pelo complexo sistema das redes há apenas cinco anos, mas o seu «avanço no estudo das redes biológicas, redes de comunicações, como a Internet, uma matéria que, apesar dos avanços significativos dos últimos anos, continua a apresentar-se como um desafio em aberto» já foi reconhecido, em 2004, ao ser distinguido com o Prémio mais antigo atribuído em Portugal na área da Ciência: o Prémio Gulbenkian de Ciência.

Inspirado num artigo de Ducan Watts e Steve Strogatz sobre a experiência realizada por Stanley Milgram, em 1967, da qual resultou o conceito «six degrees of separation» e a expressão «small world», José F. F. Mendes, com a colaboração de S N Dorogovtsev, partiu à descoberta da profundidade desta teoria e escreveu o primeiro livro no mundo sobre redes modeladas como gráficos aleatórios, descrevendo algumas das suas propriedades estruturais fundamentais e apresentando um conjunto de exemplos do mundo real.

«Tudo o que se possa imaginar tem uma rede por trás», explicou. «É um campo muito abrangente. Vivemos num Mundo rodeado por redes, onde tudo está espantosamente perto de tudo. O conceito de 'rede' tornou-se um conceito central hoje em dia. A Internet e WWW mudaram o nosso estilo de vida e a nossa existência física está dependente de várias redes biológicas, económicas, sociais, etc, mesmo nas situações mais elementares do nosso dia-a-dia como a simples movimentação num supermercado», acrescentou.

O interesse dos físicos por este tipo de estudos é recente. A entrada da Física num campo dominado pela Matemática e a sua teoria dos grafos dá-se apenas no final da década de 90, com um interesse particular na exploração de redes reais, tanto naturais como artificiais e na compreensão das suas propriedades. Os estudos na área da Matemática eram motivados por problemas fundamentais, contudo os que levaram à formulação da teoria dos grafos não eram mais do que simples puzzles.

José F. F. Mendes começou pela descoberta das redes que nos rodeiam, da sua forma e estrutura, das leis a que obedecem e dos mecanismos que as controlam. «Da Sociologia à Internet, passando pela Biologia, muitos são os exemplos reais que apresentam uma estrutura complexa», acentuou, acrescentando que «foi o aparecimento de resultados intrigantes nestas áreas da Ciência que chamaram a atenção dos físicos e os levaram ao desenvolvimento de modelos teóricos que se ajustassem bem aos resultados empíricos».

Durante cerca de dois anos muitos foram os papers publicados pelo investigador com as conclusões do estudo, que depois de confrontadas com os resultados das investigações efectuadas por outros especialistas, acabaram colectadas num artigo de revisão. A sua publicação teve grande impacto e, a par de um outro da autoria de Albert Barabási, um dos maiores experts no assunto, é actualmente um dos papers mais citados sobre a matéria. Mais tarde, é publicado o livro «Evolution of Networks: from biological nets to the Internet and WWW», o primeiro a nível mundial sobre a temática.

Publicação pioneira

Num verdadeiro «voo» desde a Física até ao novo campo interdisciplinar das redes, «Evolution of Networks: from biological nets to the Internet and WWW» expõe os mais recentes progressos sobre o crescimento e as estruturas de redes aleatórias, explicando os mecanismos subjacentes que norteiam a evolução dos gráficos e discutem o impacto que uma propriedade estrutural de um gráfico pode ter no desempenho, tais como a propagação de um vírus ou a robustez da mesma.

Questões como: quais são os princípios gerais da organização e evolução de redes? Como é que as leis da natureza funcionam nas redes de comunicações, biológicas ou sociais? Quanto robusta é uma rede contra ataques? - etc, são postas e respondidas neste livro. A obra está escrita de uma forma introdutória, onde os conceitos são apresentados de uma forma clara e pedagógica.

Como o autor explicou, o trabalho tem tido muito impacto. «O nosso grupo está certamente entre os três primeiros ao nível mundial e a prova disso é o livro que não tem concorrente. Ele faz um apanhado da maior parte das redes que já são conhecidas, como sejam os circuitos electrónicos, as leis de potência dos cabos eléctricos e as suas derivações, as redes que estruturam os blogs, a World Wide Web, o negócio do sexo ou o mundo dos actores… e apresenta um desenvolvimento das várias teorias já existentes».

O desafio é cada vez mais interessante e já não se coloca apenas ao nível da estrutura das redes. As perguntas vão sendo mais cada vez mais específicas e direccionadas. Mais importante do que as ligações, é, actualmente, para José F. F. Mendes, «descobrir o peso dessas ligações, os tipos de relações, o seu efeito quando são mais fortes ou mais fracas ou a vulnerabilidade para perceber quanto robusta é uma rede. Parece simples mas não é, porque tentamos aplicar este conhecimento a modelos matemáticos; formulamos o problema matematicamente, tentamos resolvê-lo e comparamo-lo com outros dados para tentarmos descobrir a linha orientadora dos vários sistemas».

A área da biologia é a que está a atrair mais atenções. Esta vai ser certamente a ciência deste século, assim como a Física o foi no anterior, segundo o docente, que salientou que o objectivo das suas próximas investigações vai centrar-se precisamente nessa área, para tentar perceber alguns dos fenómenos relacionados com as redes do genoma e de proteoma. As empresas farmacêuticas têm em mãos o projecto de desenhar medicamentos personalizados, uma vez que cada indivíduo tem um DNA específico. Como explicou, «no futuro não se comprará um medicamento genérico específico para cada doença, mas sim para determinada pessoa, com um determinado DNA. A física e, em particular, o campo das redes, poderá dar um grande contributo porque permite simular a biologia do corpo humano».

Para além desta área, foi convidado a integrar um projecto de uma equipa finlandesa ao nível do Planeamento Urbano, para planeamento de cidades e estudo do tráfego e integra outro a nível europeu no estudo do comportamento humano através do estudo da dinâmica de redes sociais.


[b]José Fernando Ferreira Mendes

José Fernando Ferreira Mendes licenciou-se em Física na Faculdade de Ciências da Universidade do Porto, em 1987, ficando aí a leccionar como Assistente. Após o seu doutoramento passa a Professor Auxiliar, lugar que mantém até 2002, ano em que vem para a Universidade de Aveiro. Ainda no Porto, faz o Mestrado e, posteriormente, o Doutoramento em Física em 1995, no mesmo ano ruma para Boston, onde faz o seu Pós-doutoramento. Em 2002, vem para a Universidade de Aveiro, onde é actualmente Professor Associado com Agregação. Um artigo de Watts e Strogatz na revista Nature despertou-lhe a atenção para o tópico das redes e, juntamente com Sergey Dorogovtsev, inicia a sua investigação neste campo. Embora estejam actualmente centenas de cientistas a trabalhar neste tópico, foi um dos primeiros físicos a investigar esta área, contando já no seu currículo com o primeiro livro publicado sobre redes e com um dos artigos de revisão mais citados sobre a matéria, factores determinantes para a obtenção do Prémio Gulbenkian de Ciência em 2004. Para um futuro próximo, o interesse do investigador está virado para a área da biologia e a importância das redes para o seu desenvolvimento.

Uma vez li um artigo na Gazeta de Física sobre as redes complexas.
É um ramo mesmo muito excitante e que tem um grande poder de compreensão. Quem domina a física das redes complexas consegue ver coisas que outros não conseguem...