Uma equipe do Instituto de Tecnologia da Índia (IIT) criou um sistema baseado em inteligência artificial capaz de prever inundações antes mesmo da primeira chuva cair. Este sistema permite que funcionários municipais identifiquem em tempo real quais áreas serão inundadas primeiro, a profundidade da água, onde ocorrerá colapso de transporte e quais medidas podem reduzir os danos.
Tradicionalmente, no Índia, o gerenciamento de inundações urbanas é reativo: estradas desaparecem sob a água, o tráfego para, e os funcionários reagem depois que o dano já foi causado. No campus em Gujarat, a equipe combina conhecimentos de física, inteligência artificial e realidades cotidianas das cidades indianas para ajudar as autoridades a prevenir proativamente esses problemas.
O Centro de Resiliência e Gerenciamento de IA (ARC) no IIT Gandhinagar trabalha para que as cidades possam se preparar para inundações antes que a destruição comece. O Professor Udit Bhatia, pesquisador principal do Módulo de Inundação Urbana no Centro de Excelência em IA (AICoE) para Cidades Sustentáveis no IIT Gandhinagar, observou que na era da IA, as cidades ainda estão reagindo, e não prevendo.
As pesquisas do Laboratório de Inteligência Artificial e Sustentabilidade (MIR), sob a liderança do Professor Bhatia, já foram publicadas em revistas como Nature Cities, incluindo a modelagem da dinâmica de inundações de Surat ao longo da orla. No entanto, a equipe precisou levar essas pesquisas além da verificação acadêmica e torná-las utilizáveis nas cidades.
A necessidade de tal ferramenta tornou-se evidente durante trabalhos de campo da equipe relacionados às inundações causadas pelo Rio Tapi em Surat. As partes interessadas da cidade necessitavam de uma ferramenta que mostrasse os riscos de inundação em tempo real, ajudando na tomada de decisões, em vez de receber outro relatório sobre o problema após sua ocorrência.
Isso levou à criação do Centro ARC — um espaço de equipe de 2000 pés quadrados no Parque de Pesquisa do IIT Gandhinagar. A ideia era que as pesquisas científicas saíssem dos papéis e apresentações para apoiar as pessoas que tomam decisões complexas no local. O centro reúne pesquisadores e representantes de estruturas urbanas para criar ferramentas de IA adaptadas às realidades das cidades indianas, em vez de serem baseadas em modelos padronizados desenvolvidos em outro lugar.
Como a física garante a validade da IA
Modelos tradicionais de inundações usam simulações físicas para representar o movimento da água em rios e em terra. Embora esses modelos possam ser precisos, eles frequentemente exigem muito tempo de execução e grande poder computacional.
Dr. Vivek Kapadia, ex-secretário do Governo de Gujarat e professor prático no IIT Gandhinagar, enfatizou que em uma situação de inundação, não se pode esperar dias; é necessária uma solução 'instantânea'. Embora os modelos de IA forneçam velocidade, suas respostas podem ignorar as leis físicas que governam o movimento da água. Portanto, a equipe ARC decidiu combinar os pontos fortes de ambas as abordagens.
Dr. Kapadia explicou que eles combinaram modelos baseados em dados com modelos físicos. Essa abordagem composta oferece a velocidade da IA e a precisão da física. O Professor Bhatia acrescentou que a física garante a conservação de massa, energia e momento, limitando os resultados da modelagem pelas leis da física.
O resultado é um sistema de IA guiado pela física e operando em tempo real, capaz de realizar simulações rápidas de inundações, executar cenários e exercícios de preparação, além de gerar suporte à decisão cientificamente fundamentado.
O sistema foi testado em cenários complexos de inundação, incluindo interações costeiras e de maré, bem como sistemas fluviais dependentes de barragens, como Surat. A inteligência do sistema é baseada em hidrologia e hidráulica, o que permite que seus resultados permaneçam cientificamente explicáveis.
O Centro ARC está passando do diagnóstico para a prescrição de tratamento usando gêmeos digitais — cópias virtuais que permitem aos planejadores testar possíveis intervenções antes de gastar fundos públicos. Por exemplo, pode-se verificar como a profundidade e a duração da inundação mudarão com a expansão de uma linha de drenagem.
Dr. Kapadia enfatizou a filosofia: 'Nós não tomamos decisões pelos interessados. Nós fornecemos bases de apoio à decisão. Em vez de decisões aleatórias, as cidades podem tomar decisões informadas e treinadas'. O painel visualiza a profundidade e a velocidade da água, a propagação da inundação e seu impacto na infraestrutura, além de integrar a mobilidade.
A ideia principal é chamada de 'Chuva para Resiliência' (Rain to Resilience), que combina previsão de inundações, modelagem de mobilidade e testes operacionais de cenários dentro de um único ecossistema de IA guiado pela física.
Contextualização: por que um modelo para o Ocidente pode não funcionar em uma cidade indiana
Uma das filosofias chave do Centro ARC é a contextualização. O Professor Bhatia enfatizou repetidamente que as cidades indianas diferem muito em termos de tipo de construção e arquitetura, e não se pode simplesmente aplicar modelos ocidentais.
As cidades indianas crescem anisotropicamente, ou seja, de forma desigual e em diferentes direções, muitas vezes combinando centros históricos com novos bairros. Os sistemas de drenagem podem ser incompletos e os arquivos de dados podem ser fragmentados. O maior problema são os dados.
Para superar essa barreira, a equipe fez acordos com governos municipais, limpou e restaurou conjuntos de dados dispersos, desenvolveu sensores locais de baixo custo e utilizou métodos inovadores de inferência, como determinar rotas prováveis de drenagem através de redes rodoviárias. É importante notar que todos os canais de transmissão de dados são projetados para permanecer na Índia, cumprindo novas normas de privacidade e proteção de dados.
Inicialmente, era um laboratório de uma pessoa, mas agora conta com 25 pessoas dedicadas à missão geral. A iniciativa é apoiada por pós-graduandos, graduados em BTech e pesquisadores. Uma startup incubada no IIT Gandhinagar, a AIResQ ClimSols Pvt Ltd, apoia as ferramentas de modelagem e painéis de controle. Dr. Kapadia observou que os estudantes recebem não apenas conhecimento teórico, mas também definições de problemas reais e estruturas para resolvê-los.
Preparação para calor, tráfego e segurança de barragens
Embora inundações possam ser a primeira área operacional do Centro ARC, a equipe está desenvolvendo um sistema de inteligência climática mais amplo. A plataforma combina dados de mobilidade, calor, infraestrutura e contribuição cidadã em uma única estrutura de gêmeo digital. Ela sobrepõe simulações de precipitação ao comportamento do transporte para prever falhas em cascata.
A equipe também lida com a modelagem do efeito de ilha de calor urbana. O Professor Bhatia explicou que eles não estão apenas modelando o calor, mas determinando estratégias ótimas de mitigação usando IA explicável, para que os tomadores de decisão entendam as razões das recomendações.
A visualização 3D imersiva permite que os planejadores sintam o ambiente de inundação simulado através de dispositivos vestíveis. Dr. Kapadia observou que quando os tomadores de decisão veem isso em três dimensões, a compreensão é imediata.
Paralelamente, a equipe colabora com o Governo de Gujarat para modelar inundações a jusante de barragens e avaliar os prazos de evacuação para aldeias vulneráveis. O Professor Bhatia observou que, ao liberar água de uma barragem, é possível modelar seu fluxo rio abaixo e estimar o tempo que resta para várias aldeias até sua chegada.
A participação cidadã também faz parte da abordagem ARC. Um portal cidadão permite que os moradores registrem casos de alagamento durante as chuvas. O sistema registra automaticamente as coordenadas geográficas, anonimiza os dados e usa filtros de verificação baseados em IA antes de aplicar a informação para refinar os modelos. Esse feedback fortalece a precisão da previsão ao longo do tempo.
A arquitetura do sistema é descrita como leve e modular, projetada para ser replicada em centenas de cidades indianas sem a necessidade de infraestrutura pesada.
Amar Nat, CEO da Airawat Research Foundation, acredita que o Centro ARC é um mecanismo institucional que pode ajudar a modernizar o gerenciamento. A Airawat, uma empresa sem fins lucrativos registrada de acordo com o Centro de Excelência em IA para Cidades Sustentáveis do Ministério da Educação, atua como ponte entre inovações acadêmicas e implementação prática. Fundada no IIT Kanpur e em parceria com IIT Gandhinagar, IIT Hyderabad, IIT Calicut e IISc Bengaluru, a fundação apoia o desenvolvimento e a implementação de tecnologias de IA para aumentar a eficiência e a sustentabilidade das cidades indianas.
No IIT Gandhinagar, sob este guarda-chuva, existem duas áreas principais de funcionamento: inundação urbana e gerenciamento de energia. Enquanto as principais tecnologias para modelagem de inundações e avaliação de riscos climáticos são desenvolvidas por grupos de pesquisa do campus, a Airawat desempenha um papel de apoio crucial. Amar Nat explicou que o desenvolvimento das tecnologias é feito pelo IIT Gandhinagar, e o papel deles é atrair cidades, coordenar com órgãos municipais, redes elétricas e outras partes interessadas, pois a inundação afeta não apenas um departamento.
O projeto piloto atual em Gurugram reflete este modelo. A Airawat colabora estreitamente com as autoridades municipais para testar o funcionamento das ferramentas ARC em condições reais, sua integração com sistemas existentes, identificar problemas operacionais e definir estruturas sustentáveis para implementação de longo prazo. Para Amar Nat, a complexidade da urbanização na Índia torna essa coordenação por meio de IA necessária, permitindo que as cidades passem de reações isoladas a ações coordenadas.
