Defesa e conflito
Jogos de guerra, modelos de combate, treinadores militares e física de armas: a origem de muitos dos métodos desta taxonomia.
Os militares estiveram entre os primeiros e maiores usuários de simulação, e boa parte do conjunto de ferramentas daqui começou com eles. O método de Monte Carlo foi desenvolvido para a física de armas, a pesquisa operacional para a logística de guerra e os simuladores de voo para o treinamento de pilotos. Os jogos de guerra são ainda mais antigos. Oficiais treinam com jogos de tabuleiro desde o início do século XIX. Ministérios da defesa, universidades e institutos de pesquisa hoje usam os mesmos métodos para estudar estratégia, escalada e o custo humano da guerra.
Jogos de guerra profissionais
Oficiais e analistas fazem os lados opostos de um cenário, lance a lance, com árbitros decidindo os resultados. Servem para testar planos, não para prever resultados.
Pergunta que responde: Onde o plano falha quando um oponente que pensa reage?
Deixa de fora: O julgamento de um árbitro experiente substitui a física que falta, em favor ou em detrimento da validade.
Roda em: nenhum computador. árbitros, mapas e pessoas; os computadores só ajudam na pontuaçãoDesde: 1812 o Kriegsspiel, a partir da mesa de wargame de Reisswitz pai (1811–12); as regras de seu filho, de 1824, foram adotadas por oficiais prussianos fonteNa árvore de simulações: Kriegsspiel
Jogos de crise político-militar
Equipes que encenam governos numa crise internacional em escalada, conduzidas por universidades e institutos de pesquisa, além de ministérios.
Pergunta que responde: Como as crises escalam, e o que permite aos líderes recuar?
Deixa de fora: Os jogadores costumam se comportar de modo mais racional do que líderes reais sob pressão real.
Roda em: cerca de 109 FLOPS aproximado pessoas fazendo o papel de governos; pouca ou nenhuma computaçãoDesde: 1958 já em 1958, os primeiros jogos político-militares conduzidos por institutos de pesquisa de defesa
Jogos de guerra históricos
Batalhas e campanhas do passado reencenadas sob suas condições originais, usadas por historiadores e academias militares.
Pergunta que responde: O resultado era provável, ou poderia facilmente ter sido o contrário?
Deixa de fora: Reencenar uma batalha sob condições conhecidas ainda não consegue testar decisões realmente novas.
Roda em: cerca de 1011 FLOPS aproximado o desktop de um entusiasta ou acadêmico, de segundos a minutos por execuçãoDesde: 1913 H. G. Wells publicou Little Wars, regras para reencenar batalhas com soldadinhos de brinquedo
Modelos de combate e de campanha
Forças que se desgastam mutuamente ao longo do tempo, das equações de atrito de Lanchester a grandes modelos estatísticos de campanha.
Pergunta que responde: Como o equilíbrio de forças muda o rumo e o custo de uma campanha?
Deixa de fora: A eficácia real em combate depende de moral e liderança que as equações não captam.
Roda em: cerca de 1012 FLOPS aproximado um desktop, segundos por execução das equaçõesDesde: 1916 Frederick Lanchester publicou suas equações de atrito de combate
Modelos de combate baseados em agentes
Unidades individuais com seus próprios sensores, ordens e decisões, interagindo em um terreno simulado.
Pergunta que responde: Quanto a comunicação, o moral e as decisões locais mudam o resultado?
Deixa de fora: Regras simples de decisão para cada unidade raramente captam o julgamento de soldados reais.
Roda em: cerca de 1014 FLOPS aproximado um cluster de pesquisa, minutos por batalha simuladaDesde: 1997 já em 1997, os primeiros modelos de combate baseados em agentes feitos para institutos de pesquisa militar
Logística militar
Combustível, comida, munição, peças de reposição e transporte se movendo por um teatro de operações.
Pergunta que responde: A força pode ser abastecida, e onde ela vai faltar primeiro?
Deixa de fora: O atrito, o clima e as panes do mundo real são representados só em parte.
Roda em: cerca de 1013 FLOPS aproximado o servidor de um comando de logística, minutos por cenárioDesde: 1955 já em 1955, os primeiros estudos de pesquisa operacional de cadeias de suprimento militares
Dissuasão e corridas armamentistas
Estados rivais construindo e cortando armas em resposta uns aos outros, como equações de retroalimentação ou jogos repetidos.
Pergunta que responde: Quando uma corrida armamentista é estável, e quando ela sai do controle?
Deixa de fora: Pressupõe um comportamento estatal racional e simplificado. A política real é mais bagunçada.
Roda em: cerca de 1011 FLOPS aproximado um desktop, segundos para rodar as equações ou os jogosDesde: 1939 O modelo matemático de corridas armamentistas de Lewis Fry Richardson
Modelos de conflito civil
Modelos de ciências sociais sobre como queixas, legitimidade e policiamento interagem e produzem agitação ou guerra civil.
Pergunta que responde: Por que a violência irrompe em alguns lugares e em outros não?
Deixa de fora: Queixas e legitimidade são difíceis de quantificar, então os resultados são sensíveis às suposições.
Roda em: cerca de 1013 FLOPS aproximado um cluster de pesquisa, minutos por execuçãoDesde: 2002 Os modelos baseados em agentes de violência civil de Joshua Epstein
Agentes de jogos de guerra com modelos de linguagem
Modelos de linguagem interpretam líderes nacionais em um jogo de crise por turnos, escolhendo ações diplomáticas e militares.
Pergunta que responde: Como os agentes de um modelo escalam ou desescalam uma crise simulada?
Deixa de fora: As escolhas dos modelos dependem das instruções e não correspondem às de líderes reais.
Roda em: cerca de 1013 FLOPS aproximado Muitas chamadas de modelo por partidaDesde: 2024 Escalation risks from language models in military and diplomatic decision-making (2024) fonte
Simulação de combate de enxames
Muitas aeronaves ou embarcações não tripuladas simples, com regras locais, atacam ou defendem, e a simulação testa como um enxame se sai contra um alvo protegido.
Pergunta que responde: Um enxame consegue sobrepujar um alvo defendido?
Deixa de fora: As comunicações, a interferência e as regras de engajamento são simplificadas.
Roda em: cerca de 109 FLOPS aproximado milhares de agentes numa estação de trabalho.Desde: 2002 Lin e colegas, simulação de um enxame de veículos aéreos de combate não tripulados. fonte
Epidemias de vírus de computador e malware
Computadores são nós que infectam seus vizinhos com um programa, com curas de antivírus, de modo que a propagação siga modelos epidêmicos.
Pergunta que responde: Com que rapidez um malware se espalha, e que taxa de correção o detém?
Deixa de fora: A adaptação do atacante e as topologias reais de rede são simplificadas.
Roda em: cerca de 105 FLOPS aproximado equações epidêmicas ou simulações de rede em um laptop.Desde: 1991 Kephart e White, modelos epidemiológicos de grafos dirigidos para vírus de computador. fonte
Planejamento de deriva em buscas e salvamento
Milhares de possíveis trajetórias de deriva de um objeto ou pessoa perdida são simuladas com correntes e ventos para achar onde procurar.
Pergunta que responde: Qual é o lugar mais provável para procurar primeiro?
Deixa de fora: As correntes e o vento são incertos e o objeto pode se comportar de modo diferente do modelo.
Roda em: cerca de 108 FLOPS aproximado Deriva de Monte Carlo de muitas partículas em uma estação de trabalho.Desde: 1980 Richardson e Discenza, o sistema de planejamento de buscas assistido por computador da Guarda Costeira. fonte
Teoria da busca antissubmarino
A chance de encontrar um submarino escondido é calculada a partir dos caminhos de quem busca, da velocidade do alvo e do alcance em que ele pode ser detectado.
Pergunta que responde: Onde e como navios e aeronaves devem procurar para achar um submarino o mais rápido possível?
Deixa de fora: O alcance de detecção depende de condições oceânicas e de ruído que não são bem conhecidos, e o alvo pode escapar.
Roda em: cerca de 106 FLOPS aproximado de segundos a minutos em um laptop.Desde: 1956 A teoria da busca de Koopman, bases cinemáticas, em Operations Research. fonte
Simuladores militares de voo e de missão
Cabines em rede nas quais as tripulações voam missões juntas contra oponentes gerados por computador.
Pergunta que responde: As equipes conseguem trabalhar juntas sob pressão em uma missão cara ou arriscada demais para ensaiar de verdade?
Deixa de fora: Adversários gerados por computador lutam de modo previsível em comparação com oponentes reais.
Roda em: cerca de 1013 FLOPS aproximado computadores simuladores em rede, em tempo realDesde: 1985 já em 1985, SIMNET, um programa da DARPA que ligou em rede simuladores de combate
Treinadores de veículos e tripulações
Torretas de tanques, salas de operações de navios, salas de controle de submarinos e cabines de helicópteros em réplica.
Pergunta que responde: Cada membro da equipe sabe seu papel quando ocorrem falhas?
Deixa de fora: Maquetes confinadas não conseguem replicar por completo o movimento e a tensão reais de um veículo.
Roda em: cerca de 1012 FLOPS aproximado o próprio computador do simulador, em tempo realDesde: 1954 já em 1954, os primeiros equipamentos de treinamento de tiro para tripulações de veículos blindados
Exercícios de treinamento em rede
Unidades reais, simuladores tripulados e forças geradas por computador reunidos em um único exercício compartilhado em muitos locais.
Pergunta que responde: Grandes formações conseguem se coordenar entre forças e países?
Deixa de fora: Os atrasos de rede e as simplificações fazem com que nem toda unidade se comporte como se comportaria ao vivo.
Roda em: cerca de 1014 FLOPS aproximado muitos nós de simuladores e computadores ligados, em tempo realDesde: 1983 SIMNET, um programa de defesa dos anos 1980 que ligou simuladores pela primeira vez em rede para exercícios conjuntos
Simuladores de treinamento de pontaria e de uso da força
Estandes de tiro com telas e lasers com cenários ramificados, usados por forças armadas e polícias, inclusive para praticar a desescalada.
Pergunta que responde: O aluno toma a decisão certa, inclusive a de não atirar?
Deixa de fora: Atores na tela reagem conforme um roteiro, sem a imprevisibilidade de uma pessoa real.
Roda em: cerca de 1012 FLOPS aproximado um desktop com projeção e sensores, em tempo realDesde: 1985 já em 1985, os primeiros programas de treinamento com cenários ramificados para decisões policiais e militares
Ambientes de treino cibernético (cyber ranges)
Redes de computadores inteiras simuladas, onde defensores praticam detectar e deter ataques.
Pergunta que responde: A equipe consegue identificar e conter uma invasão a tempo?
Deixa de fora: Os ataques roteirizados em um estande são menos severos que os de um adversário real e determinado.
Roda em: cerca de 1013 FLOPS aproximado um cluster de máquinas virtuais, em tempo realDesde: 2009 já em 2009, os primeiros ambientes dedicados (cyber ranges) para ensaiar ataque e defesa cibernéticos
Simuladores de treinamento para socorristas de combate
Manequins que sangram, respiram e respondem a primeiros socorros no campo de batalha, para praticar o atendimento a traumas sob fogo simulado.
Pergunta que responde: O socorrista consegue estancar o sangramento e manter a vítima viva sob pressão?
Deixa de fora: O medo e a exaustão reais em combate são difíceis de recriar em um exercício de treinamento.
Roda em: cerca de 1010 FLOPS aproximado um controlador embarcado dentro do manequim, em tempo realDesde: 1997 já em 1997, os primeiros manequins de trauma de alta fidelidade para treinar socorristas de combate
Ambientes de treino (gyms) para ciberdefesa autônoma
Uma rede simulada em que agentes de ataque e defesa que aprendem agem e são pontuados.
Pergunta que responde: Agentes conseguem aprender a defender uma rede contra um atacante?
Deixa de fora: A topologia da rede e os ataques são muito mais simples que os reais.
Roda em: cerca de 1011 FLOPS aproximado Treinamento barato com muitos episódiosDesde: 2021 CybORG: a gym for the development of autonomous cyber agents (2021) fonte
Simulação de arsenais nucleares
Desde os tratados de proibição de testes nucleares, as ogivas envelhecidas são avaliadas simulando sua física em vez de testá-las. Esse trabalho construiu alguns dos maiores supercomputadores do mundo.
Pergunta que responde: O arsenal continua seguro e confiável sem testes explosivos?
Deixa de fora: Simular materiais que envelhecem sem testes reais ainda deixa alguma física incerta.
Roda em: cerca de 1018 FLOPS de livro didático um dos maiores supercomputadores do mundo, uma grande fração dele, por semanasDesde: 1995 o Stockpile Stewardship Program dos EUA começa após a moratória dos testes
Balística
Projéteis pelo cano, pelo ar e pelo alvo, como três problemas separados.
Pergunta que responde: Onde o projétil vai cair, e o que acontece no impacto?
Deixa de fora: O vento e a variação de fabricação ainda tornam os tiros individuais mais difíceis de prever do que a média.
Roda em: cerca de 1012 FLOPS aproximado um desktop, segundos por tacada simuladaDesde: 1945 ENIAC, um dos primeiros computadores eletrônicos, cujo primeiro trabalho calculou tabelas de tiro de artilharia
Proteção contra explosão e impacto
Ondas de choque e impactos atingindo edifícios, veículos e coletes balísticos, usados para projetar proteção.
Pergunta que responde: A estrutura, e as pessoas dentro dela, vão sobreviver?
Deixa de fora: Os detalhes finos de fratura e fragmentação ainda são difíceis de captar com exatidão.
Roda em: cerca de 1015 FLOPS aproximado um cluster universitário ou de laboratório de defesa, horas por casoDesde: 1961 já em 1961, os primeiros hidrocódigos em laboratórios nacionais modelam ondas de explosão
Desempenho de radares e sensores
Sinais de radar, sonar e infravermelho viajando pelo ambiente e refletindo nos alvos.
Pergunta que responde: O que o sensor consegue detectar, a que distância, com este tempo?
Deixa de fora: O clima e a desordem do terreno reais são mais difíceis de captar por inteiro do que o modelo supõe.
Roda em: cerca de 1014 FLOPS aproximado o cluster de uma empresa de defesa, minutos por cenárioDesde: 1963 já em 1963, os primeiros modelos computacionais de propagação e ruído de radar
Simulação de armas de energia dirigida
Um feixe de laser ou de micro-ondas de alta potência atravessando o ar e aquecendo ou inutilizando um alvo.
Pergunta que responde: Quanta potência chega ao alvo, e quanto tempo até que ela surta efeito?
Deixa de fora: A turbulência e a poeira atmosféricas reais espalham o feixe de modo mais imprevisível do que o modelo supõe.
Roda em: cerca de 1014 FLOPS aproximado o cluster de um laboratório de defesa, horas por cenárioDesde: 1974 já em 1974, os primeiros modelos de propagação de feixe para armas de laser de alta energia
Simulação de torpedos e armas submarinas
O trajeto, a guiagem e a explosão de um torpedo ou mina naval na água, e o som que faz nesse processo.
Pergunta que responde: Ele vai encontrar, alcançar e neutralizar o alvo?
Deixa de fora: O ruído real do oceano e as camadas de temperatura da água confundem a orientação mais do que o modelo limpo supõe.
Roda em: cerca de 1014 FLOPS aproximado um cluster de pesquisa naval, horas por cenárioDesde: 1960 já em 1960, os primeiros modelos digitais de guiagem e hidrodinâmica de torpedos
Plumas de riscos químicos, biológicos e radiológicos
A liberação de um agente perigoso é carregada pelo vento e pela turbulência num modelo de nuvem para prever a área atingida e a dose.
Pergunta que responde: Quem fica exposto depois de uma liberação, e para onde deve evacuar?
Deixa de fora: O terreno urbano e as condições de vento incertas limitam a precisão.
Roda em: cerca de 109 FLOPS aproximado modelos de puff rodam em segundos a minutos em uma estação de trabalho.Desde: 1996 Sykes and colleagues, SCIPUFF, a generalised dispersion model. fonte
Efeitos climáticos da guerra nuclear
Modelos climáticos alimentados com a fumaça de cidades em chamas, para rastrear o resfriamento e as quebras de safra que resultariam.
Pergunta que responde: Quantas pessoas uma guerra nuclear atingiria longe de onde foi travada?
Deixa de fora: Quanta fumaça realmente chega à estratosfera ainda é motivo de debate.
Roda em: cerca de 1016 FLOPS aproximado um supercomputador nacional de modelagem climática, uma parte dele por semanasDesde: 1983 o estudo TTAPS modelou a fumaça de cidades em chamas esfriando o clima
Fluxos de deslocados e refugiados
Pessoas fugindo de conflitos, escolhendo rotas e destinos, usadas por agências humanitárias para planejar a ajuda.
Pergunta que responde: Para onde as pessoas vão, e onde o socorro deve estar à espera?
Deixa de fora: As decisões reais das pessoas sobre para onde fugir são mais difíceis de prever do que o modelo supõe.
Roda em: cerca de 1013 FLOPS aproximado o servidor de uma agência humanitária, minutos por cenárioDesde: 2015 já em 2015, os primeiros modelos baseados em agentes preveem o movimento de refugiados em tempo de guerra
Resposta a vítimas e humanitária
Pessoas feridas, equipes médicas, suprimentos e rotas de evacuação depois de um conflito ou desastre.
Pergunta que responde: Como salvar o maior número de vidas com os recursos disponíveis?
Deixa de fora: Pressupõe que suprimentos e transporte chegam como planejado, o que raramente acontece na prática.
Roda em: cerca de 1012 FLOPS aproximado o desktop de planejamento de um hospital ou das forças armadas, minutos por cenárioDesde: 1996 já em 1996, as primeiras simulações de eventos discretos de triagem e evacuação de vítimas em massa
Planejamento de remoção de minas terrestres e munições não detonadas
Campos minados suspeitos mapeados e programados para desminagem, equilibrando segurança, custo e a terra de que as pessoas precisam de volta.
Pergunta que responde: Quais campos devem ser limpos primeiro, e quanto tempo vai levar?
Deixa de fora: Os registros reais de onde as minas foram colocadas muitas vezes são incompletos ou errados.
Roda em: cerca de 1010 FLOPS aproximado o laptop de uma organização humanitária de desminagem, minutos por cenárioDesde: 1994 já em 1994, os primeiros modelos de planejamento para a limpeza humanitária de campos minados
Modelagem econômica e de reconstrução de guerra
A economia de um país depois de um conflito, acompanhando a infraestrutura danificada, os trabalhadores perdidos e a ajuda e o investimento necessários para reconstruir.
Pergunta que responde: Quanto tempo vai levar a recuperação, e para onde deve ir primeiro o dinheiro da reconstrução?
Deixa de fora: A reconstrução real depende de uma estabilidade política que o modelo econômico não consegue prever.
Roda em: cerca de 1011 FLOPS aproximado o desktop de uma agência de desenvolvimento, minutos por cenárioDesde: 1993 já em 1993, os primeiros modelos econômicos de reconstrução pós-conflito
Modelagem de sanções e de guerra econômica
O comércio, a moeda e os suprimentos de um país bloqueado ou sancionado, acompanhando quanta pressão econômica se acumula e quem ela de fato atinge.
Pergunta que responde: Quanta dor econômica estas sanções vão causar, e por quanto tempo o alvo consegue resistir?
Deixa de fora: As sanções reais vazam por contrabando e por terceiros países mais do que o modelo limpo supõe.
Roda em: cerca de 1011 FLOPS aproximado o desktop de um instituto de pesquisa, minutos por cenárioDesde: 1985 já em 1985, os primeiros modelos econômicos de sanções comerciais e bloqueios
Modelos de resposta a ataques biológicos
Como uma doença se espalha depois de uma liberação deliberada, com vacinação, isolamento e capacidade hospitalar acrescentados, para que os planos de resposta possam ser comparados.
Pergunta que responde: Vacinação em massa ou rastreamento direcionado: o que é melhor depois de uma liberação?
Deixa de fora: Pressupõe as propriedades do patógeno e o atraso antes da detecção.
Roda em: cerca de 107 FLOPS aproximado simulações epidêmicas em um laptop.Desde: 2002 Kaplan, Craft e Wein, resposta de emergência a um ataque de varíola: os argumentos a favor da vacinação em massa. fonte