Capacitando pequenas e médias empresas por meio da sinergia de IA e Blockchain

Por Yan Pang

A capacidade de fazer uso eficaz da tecnologia de IA permaneceu até agora na província de grandes empresas, com seu acesso a grandes quantidades de dados. Não há alguma maneira de as pequenas e médias empresas também perceberem o potencial da IA? Yan Pang acredita que existe, e aqui ele explica como.

Em todos os setores, a inteligência artificial (IA) está mudando a maneira como as grandes empresas fazem negócios. Contudo, pequenas e médias empresas (PMEs) não têm sido capazes de aproveitar os dividendos do rápido desenvolvimento de tecnologias de IA, devido à falta de dados e talento. Este artigo discute os desafios que as PMEs estão enfrentando na era da IA ​​e propõe uma estrutura colaborativa para um mercado aberto de IA. A estrutura garante o uso ético de dados em um mercado aberto de IA e capacita as PMEs por meio da sinergia de IA e blockchain. Com esta estrutura, As PMEs podem superar os desafios de dados e talento, e se beneficiam muito do rápido desenvolvimento de tecnologias de IA e blockchain.

1. Introdução

Na década passada, testemunhamos o notável aumento da inteligência artificial (IA). A tecnologia teve um impacto profundo em muitas áreas de nossas vidas diárias - desde recomendar produtos a clientes em plataformas de comércio eletrônico, para detectar fraude e risco em transações de cartão de crédito, para otimizar os fluxos de tráfego em sistemas de transporte, para fornecer apoio à decisão para médicos em hospitais. A IA já se tornou a principal prioridade para muitas grandes empresas como um catalisador na transformação digital das indústrias. Em todos os setores, A IA está mudando a forma como as grandes empresas fazem negócios e criando um tremendo valor comercial para elas. De acordo com o Alibaba, seu chatbot com tecnologia de IA pode entender mais de 90 por cento das consultas dos clientes e atende a mais de 3,5 milhões de usuários por dia [1]. O Google relata que um sistema de recomendação de IA já proporcionou economia de energia consistente de cerca de 30 por cento em média para os data centers altamente otimizados do Google [2]. Para incorporar IA nas operações empresariais e causar um impacto real nos negócios, existem dois componentes fundamentais, ou seja, modelo e dados. Técnicas de modelagem são usadas para transformar requisitos de negócios do mundo real em modelos matemáticos de IA adequados para análise científica. Os dados são usados ​​para treinar esses modelos de IA, para que eles possam fazer previsões precisas com base em novos dados (Figura 1). Embora as técnicas de modelagem ainda sejam vitais na construção de soluções de IA [3], os dados tornam-se cada vez mais críticos no desempenho da solução moderna de IA baseada em dados. Michele e Eric [4] apresentaram um estudo dos efeitos do tamanho dos dados no desempenho dos modelos de aprendizado de máquina para desambiguação de linguagem natural. Ele mostrou que o desempenho de diferentes técnicas de aprendizado de máquina poderia se beneficiar significativamente de grandes conjuntos de dados de treinamento. Com poucos dados (por exemplo, tamanho de dados de 10 ⁵ ), o melhor modelo é cerca de x por cento melhor do que o pior modelo, enquanto a melhoria de desempenho gerada por big data (por exemplo, tamanho de dados de 10 ⁹ ) é y%>> x% (Figura 2). De forma similar, Gabriel e Michael [5] demonstraram que mais dados superaram algoritmos mais inteligentes, comparando informações mútuas pontuais com análise semântica latente.

A partir desses estudos, é claro que os dados são essenciais para as empresas a fim de implementar soluções de IA para melhorar seus negócios. Contudo, os dados mais valiosos são atualmente controlados por grandes empresas, por exemplo., Google, Facebook, Alibaba, Tencent, etc. É por isso que a maioria das histórias de sucesso de IA bem conhecidas veio dessas grandes empresas nos últimos dez anos. Embora essas grandes empresas façam contribuições substanciais para trazer soluções de IA para nossas vidas diárias, mais e mais pessoas fazem uma pergunta importante:como as pequenas e médias empresas (PMEs) também podem se beneficiar do rápido desenvolvimento de tecnologias de IA? Todos nós sabemos que as PMEs desempenham um papel crucial na maioria das economias, particularmente nos países em desenvolvimento. De acordo com um relatório recente do Banco Mundial [6], As PMEs representam a maioria dos negócios em todo o mundo e são contribuintes essenciais para a criação de empregos e o desenvolvimento econômico global. Eles representam cerca de 90% das empresas e mais de 50% dos empregos em todo o mundo. Atualmente, As PMEs não têm conseguido aproveitar os dividendos da IA, devido à falta de dados e talento. As PMEs geralmente não possuem um grande volume de dados em comparação com as grandes empresas. Além do mais, é difícil para eles atrair especialistas em IA, devido à intensa competição por talentos de IA. Com todas essas restrições, As PMEs ainda têm uma boa chance de competir com grandes empresas na era da IA, como eles fizeram na era da Internet? Vinte anos atrás, muitas PMEs inovadoras, por exemplo., Alibaba, Google e Facebook, rapidamente se destacou da competição com grandes empresas e cresceu para se tornar gigantes da tecnologia na era da Internet. As PMEs podem replicar as mesmas histórias de sucesso na era da IA? É um grande ponto de interrogação. Para as PMEs surgirem na era da IA, os desafios de dados e talento devem ser enfrentados. Recentemente, blockchain, um ponto a ponto, tecnologia de rede descentralizada, passou a ser considerada uma solução promissora para superar esses desafios.

2. A tecnologia Blockchain capacita as PMEs na era da IA

A tecnologia Blockchain pode potencialmente ser usada para construir um sistema colaborativo, mercado aberto de IA [7] para as PME. Por estes meios, As PMEs podem colaborar de forma eficaz para superar os desafios em dados e talento, e desenvolver soluções de IA de sucesso.

2.1. Principais conceitos de blockchain e um mercado de IA aberto

Os blocos de construção fundamentais do blockchain incluem uma rede descentralizada, um algoritmo de consenso, criptografia e um contrato inteligente. Todos estes desempenham papéis essenciais na construção de um mercado aberto de IA para as PMEs.

Rede descentralizada

Um blockchain é um livro-razão aberto de informações coletadas por meio de uma rede ponto a ponto descentralizada que fica no topo da Internet. Redes ponto a ponto são sistemas participativos que resistem ao controle por um único, superpotência centralizada. Os participantes estabelecem regras acordadas que evoluem conforme a necessidade ou complexidade surge. Ao distribuir poder e valor em uma escala global, rede descentralizada, a troca de informações e valor pode se tornar mais eficiente, equitativo e aberto. Blockchains não são controlados por nenhuma autoridade central, mas por toda a rede de participantes, que estabelecem as regras de participação e optam por evoluir o sistema de acordo com o consenso. Isso os torna resistentes à censura e inerentemente mais elásticos do que a maioria dos outros mecanismos de tomada de decisão para grandes grupos de participantes. Usando a tecnologia blockchain, As PMEs podem trabalhar juntas e construir uma rede colaborativa para diferentes participantes contribuírem com casos de uso de negócios, dados e modelos de IA. Esta rede colaborativa não é controlada por nenhuma organização centralizada, mas beneficia todo o ecossistema das PME.

Algoritmo de consenso

Um protocolo de consenso é um procedimento por meio do qual todos os pares na rede descentralizada de blockchain chegam a um acordo comum sobre o estado atual do livro-razão aberto. Desta maneira, protocolos de consenso alcançam confiabilidade na rede blockchain e estabelecem confiança entre pares desconhecidos em um ambiente de computação distribuído. Essencialmente, o protocolo de consenso garante que cada novo bloco adicionado ao blockchain seja a única versão da verdade com a qual todos os nós ativos da rede concordam. Da perspectiva dos dados, os protocolos de consenso decidirão:1) quem tem autoridade para adicionar um novo bloco de dados ao blockchain; e 2) quais dados estão incluídos no novo bloco [8]. Os protocolos de consenso garantem que os dados do blockchain sejam consistentes em nós diferentes e reduzem o risco de transações de dados falsificados. Isso melhora a qualidade dos dados significativamente, que é essencial na construção de soluções de IA de sucesso.

Criptografia

Blockchains usam dois tipos de algoritmos criptográficos, ou seja, algoritmos de chave assimétrica e funções hash. As principais áreas de aplicação de algoritmos de chave assimétrica em blockchain são em gerenciamento de chave pública-privada e assinaturas digitais. As assinaturas digitais fornecem integridade ao processo de transação em blockchains. Eles são facilmente verificáveis ​​e não podem ser corrompidos, o que garante que o blockchain seja válido e os dados sejam verificados e corretos. As funções de hash são usadas para fornecer a funcionalidade de uma visualização única do blockchain para cada participante e tornar o bloco de dados à prova de violação. Uma vez que um novo bloco de dados é adicionado ao blockchain, o valor do hash, ou seja, uma sequência única de caracteres, deste registro de bloco é gerado usando funções hash, por exemplo., SHA (Secure Hash Algorithm) -256. Devido à propriedade de resistência à colisão das funções hash, se alguma coisa dentro de um bloco mudar, até mesmo uma mudança de um único dígito, o bloco obterá um valor de hash completamente diferente [9]. As tecnologias de criptografia são o núcleo do blockchain, tornando os dados do blockchain imutáveis ​​e confiáveis. Também, A privacidade e a confidencialidade dos dados podem ser bem protegidas em blockchains usando tecnologias de criptografia. Tudo isso é crucial para construir uma plataforma de IA aberta e colaborativa para PMEs.

Contrato inteligente

Contratos inteligentes são linhas de código de computador que são armazenadas em um blockchain e executadas automaticamente quando os termos e condições predeterminados são atendidos. Eles são programas executados conforme foram configurados para serem executados pelos desenvolvedores no nível mais básico. Os benefícios dos contratos inteligentes são mais evidentes em colaborações de negócios, em que são normalmente usados ​​para fazer cumprir alguns acordos, para que todos os participantes possam ter certeza do resultado sem o envolvimento de um intermediário [10]. Por meio de contratos inteligentes, tecnologias de blockchain podem potencialmente facilitar a coordenação descentralizada e o alinhamento de incentivos em uma escala que apenas centralizada, estruturas de cima para baixo anteriormente poderiam. A coordenação de grupos de participantes sem confiança na rede de blockchain descentralizada e fazer com que se comportem de maneira produtiva e pacífica pode ser conseguida usando contratos inteligentes. Em um mercado aberto de IA, podemos criar um mecanismo de incentivo justo para contratos inteligentes. Isso garante que todos os participantes do blockchain, por exemplo., contribuidor de dados, contribuidor e validador modelo, podem receber recompensas justas se suas contribuições gerarem valor comercial no mundo real.

2.2. Ética de dados em aberto Mercado de IA

Embora grandes empresas controlem a maioria dos dados, As PMEs e os consumidores são os criadores desses dados. Em um mercado aberto de IA, ética de dados, que é sobre como os dados são coletados e usados, é crucial. Um próspero mercado aberto de IA deve obedecer a um padrão ético mais elevado que crie valores de negócios juntamente com os requisitos de leis e regulamentos. A ética de dados pode, Portanto, colmatar a lacuna entre os requisitos legais e a criação de valor comercial. Na verdade, o uso ético de dados faz sentido para os negócios para que as PMEs colaborem no mercado aberto de IA. O uso respeitoso e justo dos dados pode melhorar a reputação da empresa e aumentar a confiança do mercado. Quando o mercado de IA aberto garante que os dados pessoais sejam usados ​​de forma ética por meio de tecnologias de blockchain, os indivíduos terão maior confiança na proteção de seus dados. Por sua vez, a confiança dos clientes aumentará e se tornará uma vantagem competitiva para o mercado aberto de IA.

Tecnologia Blockchain, por design, oferece uma solução confiável para coleta de dados, intercâmbio e análise. Em uma rede descentralizada blockchain, os pares compartilham o acesso a um livro-razão aberto, que serve como confiável, banco de dados somente para acréscimos e a única fonte de dados transacionais. Os algoritmos de consenso garantem que apenas os dados confiáveis ​​para a maioria dos nós de pares serão adicionados ao blockchain. As trocas de dados no blockchain são bem protegidas por tecnologias criptográficas e contratos inteligentes. As políticas de ética também podem ser implementadas como contratos inteligentes no blockchain. Se os dados são tendenciosos ou se os modelos de IA atendem aos requisitos éticos, podem ser adicionados ao livro-razão aberto do blockchain. Portanto, os nós de pares do blockchain saberão se os dados e modelos atendem aos requisitos éticos, e decidir se construirá soluções de IA com base nisso.

3. Uma Estrutura Proposta Para um mercado aberto de IA

A seção 2 descreve como o blockchain pode ajudar a construir um mercado de IA aberto e colaborativo para PMEs. Uma estrutura detalhada é proposta nesta seção por meio da sinergia das tecnologias de IA e blockchain (Figura 3). Na estrutura atual da Internet, embora as PMEs e os consumidores sejam os criadores da maioria dos valiosos dados da Internet, grandes empresas obtêm a maior parte do valor comercial gerado por esses dados. Não existe um mecanismo eficaz para retornar o valor comercial aos verdadeiros criadores de dados. Com tecnologias de blockchain, As PMEs e os consumidores podem se tornar os verdadeiros proprietários de seus dados e aproveitar o valor comercial criado com seus próprios dados. Um autônomo, A plataforma de dados aberta pode ser construída usando tecnologias blockchain. Modelos de incentivos adequados podem ser projetados usando contratos inteligentes para encorajar os proprietários de dados a compartilhar dados nesta estrutura. Portanto, o poder da IA ​​não é mais controlado apenas por grandes empresas, mas beneficia as PME.

Na proposta colaborativa, estrutura de IA aberta, existem cinco tipos diferentes de participantes:1) iniciadores de tarefas de IA, 2) tradutores modelo, 3) contribuidores de dados, 4) contribuidores de modelo e 5) validadores de modelo. Cada participante é totalmente autônomo e responsável por seu comportamento individual. Os iniciadores de tarefas de IA geralmente são PMEs. Embora as PMEs não tenham experiência e dados para construir e treinar os modelos de IA, eles geralmente têm um conhecimento profundo dos negócios. Eles podem identificar valiosos casos de uso de IA que potencialmente geram enormes valores de negócios. Os iniciadores de tarefas de IA descreverão as tarefas de IA usando linguagem de negócios, por exemplo., contexto e objetivos de negócios, e definir compromissos de compensação financeira. Alguns modelos de tarefas de negócios de IA podem ser fornecidos na estrutura colaborativa para ajudar os iniciadores de tarefas de SME a explicar as tarefas de negócios de IA com mais precisão. Essas tarefas de IA serão automaticamente empacotadas em contratos inteligentes e publicadas na rede blockchain descentralizada.

Assim que as tarefas de IA forem publicadas, os nós do conversor de modelo na rede blockchain receberão os requisitos de negócios. Eles então transformarão esses requisitos de negócios em requisitos técnicos do modelo de IA, por exemplo., dados de entrada, critérios de avaliação do modelo, dados de saída, etc. Esses requisitos técnicos do modelo de IA serão então transmitidos na rede blockchain usando contratos inteligentes. A relação correspondente entre as tarefas de negócios de IA originais e os requisitos técnicos do modelo será definida nos contratos inteligentes.

Depois que os requisitos técnicos do modelo de IA são definidos, os nós descentralizados na rede blockchain saberão quais tipos de dados são exigidos pela tarefa de IA. Alguns dos nós podem ter dados relevantes para o treinamento do modelo de IA. Esses contribuidores de dados em potencial podem avaliar os compromissos de compensação financeira definidos no contrato inteligente e decidir se participam dessa tarefa de IA. Se eles escolherem contribuir para a tarefa de IA, eles podem compartilhar seu conjunto de dados via armazenamento descentralizado (DS), como o Interplanetary File System (IPFS) [11]. Esses dados compartilhados serão bem protegidos usando DS e técnicas de criptografia. Portanto, os direitos e interesses dos contribuidores de dados podem ser bem protegidos. Com requisitos de negócios claros, requisitos técnicos e conjuntos de dados compartilhados, contribuidores de modelo podem construir e treinar modelos de IA adequados. Os contribuidores do modelo treinam os modelos de IA localmente para uma determinada tarefa usando um ativo de dados local ou os dados compartilhados pelos contribuidores de dados associados. Depois de treinar o modelo de IA local com sucesso de acordo com os critérios definidos pelo tradutor de modelo por meio de contratos inteligentes, como uma pontuação de precisão acima de 90%, os colaboradores do modelo anunciam a conclusão do treinamento e compartilham o modelo de IA com a rede blockchain por meio do DS. As tecnologias de aprendizagem federada (FL) [12] podem ser usadas nesta fase para criar modelos de IA de alto desempenho para as tarefas, ao mesmo tempo em que protege a privacidade dos dados.

Os validadores de modelos disponíveis são selecionados pela rede blockchain usando protocolos de consenso adequados [13] para verificar as contribuições dos modelos de aprendizagem treinados localmente. A verificação é realizada de acordo com os critérios definidos pelos tradutores modelo por meio de contratos inteligentes, por exemplo, se a precisão pode ser melhorada após a fusão do modelo reivindicado. A votação por maioria entre os validadores de modelo é usada para determinar a contribuição dos contribuidores de modelo correspondentes. O iniciador da tarefa de IA é informado sobre a conclusão da votação por maioria. Se esta conclusão for positiva, a transação do modelo de IA treinado localmente verificado, também chamado de modelo privado, é estabelecido entre o iniciador da tarefa de IA e os colaboradores associados, ou seja, tradutor de modelos, contribuidor de dados, contribuidor e validador de modelos. Portanto, esses contribuintes recebem uma compensação financeira e o iniciador da tarefa de IA obtém acesso ao modelo de IA no IPFS. Adicionalmente, os validadores de modelo envolvidos na tarefa também são compensados ​​pelos iniciadores por seu esforço. Depois que a janela de tempo atribuída à tarefa de IA termina, o iniciador do aplicativo funde todos os modelos privados verificados recebidos para atingir o metamodelo que será aplicado para abordar a tarefa de IA.

Nesta estrutura, um nó na rede blockchain pode participar da função de tradutor de modelo, contribuidor de dados, contribuidor de modelo e validador de modelo ao mesmo tempo. Contudo, essas funções diferentes geralmente serão desempenhadas por nós diferentes. Os contratos inteligentes desempenham um papel crítico em toda a estrutura para criar um modelo de incentivo justo para todos os participantes. Ele definirá as recompensas que diferentes colaboradores podem obter se os aplicativos de IA realmente criarem valores de negócios. Por causa da propriedade imutável do contrato inteligente blockchain, os colaboradores estão altamente motivados para trabalhar juntos e fazer contribuições.

4. Conclusão e Trabalho futuro

Embora a IA tenha mudado a forma como as grandes empresas operam hoje e tenha tido impactos profundos e abrangentes em seus negócios, a maioria das PMEs ainda não pode se beneficiar do rápido desenvolvimento de tecnologias de IA. Este artigo discute os principais desafios que as PMEs enfrentam na era da IA, ou seja, a falta de dados e talento. Para superar esses desafios, este artigo propõe o uso de tecnologias de blockchain para construir um ambiente colaborativo, mercado aberto de IA. Uma estrutura colaborativa detalhada de mercados abertos de IA é proposta para capacitar as PMEs na era da IA. Essa estrutura garante o uso ético de dados no desenvolvimento de soluções de IA. Diferentes participantes no mercado aberto de IA, ou seja, Iniciador de tarefa de IA, tradutor de modelos, contribuidor de dados, contribuidor e validador de modelos, pode colaborar de forma eficaz para construir soluções de IA de sucesso para PMEs. Todos os participantes podem receber uma compensação financeira justa por suas contribuições, definindo o mecanismo de incentivo usando contratos inteligentes no blockchain. Por meio dessa estrutura, o poder da IA ​​não é controlado por grandes empresas, mas beneficia um grande número de PME.

Tanto a IA quanto o blockchain ainda têm um longo caminho pela frente, e mais pesquisas precisam ser feitas para desbloquear totalmente o potencial da sinergia de IA e blockchain [14]. No futuro, podemos explorar mais como projetar e implementar uma estrutura semelhante nas áreas de ética da IA ​​[15] e IA explicável [16]. Além disso, a integração da computação de ponta em uma estrutura semelhante também é uma área de pesquisa emergente e importante para fornecer soluções inclusivas de IA para PMEs [17].