Estado da Arte da Computação Evolutiva Aplicada à Eletrónica

A Computação Evolutiva enquadra-se na área da Inteligência Artificial e é um ramo das ciências da computação que tem vindo a ser aplicado na resolução de problemas em diversas áreas da Engenharia. Este trabalho apresenta o estado da arte da Computação Evolutiva, assim como algumas das suas aplicações no ramo da eletrónica, denominada Eletrónica Evolutiva (ou Hardware Evolutivo), enfatizando a síntese de circuitos digitais combinatórios. Em primeiro lugar apresenta-se a Inteligência Artificial, passando à Computação Evolutiva, nas suas principais vertentes: os Algoritmos Evolutivos baseados no processo da evolução das espécies de Charles Darwin e a Inteligência dos Enxames baseada no comportamento coletivo de alguns animais. No que diz respeito aos Algoritmos Evolutivos, descrevem-se as estratégias evolutivas, a programação genética, a programação evolutiva e com maior ênfase, os Algoritmos Genéticos. Em relação à Inteligência dos Enxames, descreve-se a otimização por colônia de formigas e a otimização por enxame de partículas. Em simultâneo realizou-se também um estudo da Eletrónica Evolutiva, explicando sucintamente algumas das áreas de aplicação, entre elas: a robótica, as FPGA, o roteamento de placas de circuito impresso, a síntese de circuitos digitais e analógicos, as telecomunicações e os controladores. A título de concretizar o estudo efetuado, apresenta-se um caso de estudo da aplicação dos algoritmos genéticos na síntese de circuitos digitais combinatórios, com base na análise e comparação de três referências de autores distintos. Com este estudo foi possível comparar, não só os resultados obtidos por cada um dos autores, mas também a forma como os algoritmos genéticos foram implementados, nomeadamente no que diz respeito aos parâmetros, operadores genéticos utilizados, função de avaliação, implementação em hardware e tipo de codificação do circuito.Evolutionary Computation is part of the area of Artificial Intelligence and is a branch of computer science that has been applied to solve problems in several areas of engineering. This work presents the state of the art of Evolutionary Computation, as well as some of its applications in the electronics field, called Evolutionary Electronics (or Evolutionary Hardware), emphasizing the synthesis of combinatorial digital circuits. Firstly we present the Artificial Intelligence and then the Evolutionary Computation in its main aspects: the evolutionary algorithms based on the process of evolution of Charles Darwin and the swarm intelligence based on the collective behavior of some animals. Regarding the evolutionary algorithms, we describe the evolutionary strategies, the genetic programming, the evolutionary programming and with greater emphasis, the Genetic Algorithms. Regarding the Swarm Intelligence, we describe the ant colony optimization and the particle swarm optimization. Simultaneously it was also carried out a study of Evolutionary Electronics, explaining succinctly some of the application areas, including: robotics, FPGA, the routing of printed circuit boards, the synthesis of digital and analog circuits, telecommunications and controllers. In order to materialize this study, we present a case study on the application of genetic algorithms in the synthesis of combinatorial digital circuits, based on the analysis and comparison of three different authors. Through this study it was possible to compare, not only the results obtained by each of the authors, but also how genetic algorithms have been implemented, particularly in what concerns to parameters, genetic operators, the fitness function, hardware implementation and the type circuit coding