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Um grau avançado de poder de computação para universidades
A UMBC aborda temas desafiadores com o IBM Cloud for Education
Toda vez que um médico atualiza o prontuário de um paciente, um laboratório divulga um relatório de teste ou um novo artigo de pesquisa é publicado, o tsunami de dados de saúde alcança novos patamares. Com uma taxa estimada de crescimento de 36% ao ano, os dados de saúde estão se expandindo ainda mais rápido do que os dados de mídia, manufatura e finanças, aumentando assim a necessidade de utilizar essas informações vitais para melhorar a qualidade da saúde e controlar os custos.
No entanto, duas barreiras formidáveis estão no caminho para liberar todo o potencial do Big Healthcare Data. Primeiro, a maioria dos dados de saúde, como notas de médicos de forma livre, não é estruturada, dificultando a análise e o compartilhamento de registros eletrônicos de saúde. Além disso, a Lei de Portabilidade e Responsabilidade de Planos de Saúde (HIPAA) regula estritamente o acesso às informações de saúde protegidas e penaliza violações da privacidade do paciente.
"Quando se trata de dados de saúde, é um desafio muito interessante," diz a Dra. Karuna Joshi, Professora Associada de Sistemas de Informação na Universidade de Maryland, Baltimore County (UMBC) e Diretora do Centro de Análises em Tempo Real Acelerado da UMBC. "A maioria deles são dados textuais e muito confidenciais que não podem ser compartilhados livremente. No entanto, essa enorme quantidade de dados precisa ser compartilhada, especialmente com a situação da COVID-19. Então, como analisar os dados para que a privacidade e a segurança não sejam violadas?"
Automação
Forneceu serviços de nuvem para um estudo inovador de pesquisa em saúde para automatizar as regulamentações da HIPAA e agilizar o acesso a dados criptografados
Soluções para alunos
Vamos oferecer uma solução educacional na nuvem para auxiliar os professores no ensino de estudantes de ciência da computação e engenharia elétrica.
O dilema dos dados é ainda mais amplificado pelo grande volume de dados de saúde que devem ser acessados. "Temos bilhões de registros relacionados à saúde e precisamos de sistemas para processar essas informações automaticamente, pois é muito demorado para os humanos fazerem manualmente," afirma a Dra. K. Joshi.
A Dra. K. Joshi e sua equipe de análise de dados na UMBC observaram uma necessidade urgente de ferramentas de pesquisa que poderiam acelerar e automatizar o acesso a Big Healthcare Data, apesar dos obstáculos das regras de privacidade e dados não estruturados. Mas para dar suporte a essa pesquisa complexa, eles precisavam de recursos de computação além dos recursos típicos de laptops, desktops e sistemas legados de TI. "Fui apresentado à tecnologia de nuvem e à computação virtual através da IBM", diz a Dra. K. Joshi, "e foi uma progressão natural colaborar com a IBM Cloud for Education".
Quando a Dra. K. Joshi e sua equipe de pesquisa começaram a investigar formas de analisar dados de saúde altamente regulamentados e criptografados, uma das principais perguntas gira em torno da criptografia. "Você precisa entender e tomar decisões rapidamente no domínio de saúde, mas se começar a descriptografar grandes volumes de dados envolvidos, levará dias para descriptografar", diz a Dra. K. Joshi. "Então, como permitir que os dados permaneçam criptografados e, ao mesmo tempo, permitir que os algoritmos e os mecanismos de controle de acesso funcionem? Porque quando você tem essa enorme quantidade de dados criptografados e deseja consultá-los sem descriptografar, isso será um pesadelo computacional."
Ao desenvolver novas abordagens usando criptografia e raciocínio semântico, a equipe de pesquisa da Dra. K. Joshi conseguiu tirar pequenos instantâneos dos dados e descriptografar pequenas seções do registro para extrair as informações necessárias sem dedicar tempo significativo para descriptografia. “Algo inovador que estamos tentando fazer aqui é usar abordagens de IA e aprendizado profundo para acessar as informações sem descriptografar os dados”, diz a Dra. K. Joshi.
Usando a ferramenta IBM Cloud for Education para aprimorar essa estratégia, a equipe da UMBC recentemente publicou dois importantes artigos de pesquisa sobre esse tema, incluindo "A Semantically Rich Knowledge Graph to Automate HIPAA Regulations for Cloud Health IT Services" para a Conferência de Segurança de Big Data 2022 e "Delegated Access Control using Attribute-Based Encryption", patrocinado pelo Office of Naval Research.
"Nosso raciocínio semântico e abordagens de criptografia foram muito bem recebidos pela comunidade de pesquisa", diz a Dra. K. Joshi. "As empresas têm políticas e as organizações têm regras sobre como os dados devem ser criptografados e enviados pela Internet. Essas regras não podem ser automatizadas agora e nosso objetivo é automatizar essas políticas.""
Ela continua: "A nuvem é uma ótima solução para esse trabalho porque está disponível a qualquer momento. Todo mundo pode compartilhá-lo facilmente. Devido aos enormes requisitos computacionais de nossa pesquisa, a nuvem será fundamental em nosso trabalho, e a comunidade acadêmica está entusiasmada com a ideia, assim como a comunidade de saúde com a qual interagimos.
Anupam Joshi é professor da família Oros e chefe do departamento de Ciência da Computação e Engenharia Elétrica (CSEE) da UMBC. Durante anos, ele usou o IBM Cloud for Education para apoiar seus projetos de pesquisa.
"Por exemplo, atualmente estou fazendo um projeto com os EUA e o Japão para entender o isolamento social em populações mais velhas", diz a Dra. K. Joshi. "Este estudo se baseia em dados de áudio coletados de conversas, e as ferramentas de análise do IBM Cloud fazem um ótimo trabalho em nos dar o tom e o sentimento das conversas, preservando a privacidade."
A Dr. A. Joshi também aconselha alunos graduados que usam o IBM Cloud para projetos de pesquisa e desenvolvimento de tese. "O feedback dos meus alunos é uniformemente positivo", diz ele. "Por exemplo, quando um dos meus alunos teve um problema, o problema foi resolvido em uma hora. Os alunos de pós-graduação estão em uma linha do tempo e estão profundamente gratos por uma empresa do tamanho da IBM atender às solicitações tão rapidamente."
Com base em sua experiência de pesquisa com a IBM Cloud for Education, a Dra. K. Joshi escolheu a plataforma Education Solutions on IBM Cloud para ajudar a ensinar o curso de engenharia de computação UMBC de alto nível sobre sistemas operacionais. "Fora dos algoritmos, os sistemas operacionais são um dos cursos mais difíceis de realizar em um bom currículo de ciência da computação", diz a Dra. K. Joshi. "Para executar as tarefas exigidas por este curso, estamos fazendo a transição deste curso para o IBM Cloud para aproveitar a escalabilidade da nuvem."
Durante o curso, os alunos devem fazer alterações no Linux kernel e reiniciar o sistema operacional com seu próprio kernel. "Compilar um kernel Linux pode levar muito tempo em sua própria máquina e você precisa configurar uma "grande caixa", diz a Dra. K. Joshi. "Por causa da demanda elástica, podemos girar as máquinas virtuais na nuvem ao longo do semestre, quando os projetos vencem."
Os alunos da UMBC também terão oportunidades de trabalhar em máquinas virtuais na IBM Cloud, onde poderão experimentar, gerenciar seus trabalhos e adquirir experiência em VM em preparação para empregos em engenharia de computação.
O ensino de computadores suportado pela nuvem aborda o fato de que muitos alunos são de populações carentes e não podem comprar notebooks poderosos. "A mensagem do UMBC tem sido "excelência inclusiva". Pegamos todos os que chegam e nos esforçamos muito para dar a eles os meios para ter sucesso", diz a Dra. K. Joshi. "Em vez de os alunos terem que comprar máquinas caras e de última geração, temos os recursos no IBM Cloud para dar a eles acesso a hardware e software que eles podem não ter em suas próprias máquinas."
Além do IBM Cloud for Education e Education Solutions on IBM Cloud, outras soluções e serviços da IBM que contribuem para a pesquisa e o ensino da UMBC incluem:
- IBM Cloud Bare Metal Servers, que executam cargas de trabalho do IBM Cloud for Education em servidores totalmente dedicados para desempenho máximo e inquilino único rico em segurança.
- IBM Cloud Satellite Infrastructure Service, uma solução de nuvem distribuída que implementa e executa aplicativos em nuvens públicas, data centers locais e sistemas de edge computing.
- IBM Cloud App ID para adicionar autenticação, proteger back-end e APIs e gerenciar dados específicos do usuário para aplicativos móveis e web.
- IBM Cloud Object Storage com armazenamento em nuvem flexível, econômico e escalável em locais remotos para dados não estruturados, como registros de saúde e dados de imagem.
- IBM Db2 on Cloud, um banco de dados gerenciado em nuvem SQL com recursos de IA que oferece uma equipe de operações dedicada, recuperação pontual e expansão independente para aplicativos empresariais.
- Red Hat OpenShift on IBM Cloud para automatizar atualizações, dimensionamento e provisionamento com resiliência para lidar com aumentos não planejados.
O IBM Cloud for Education é o culminar de anos de colaboração entre a IBM e faculdades e universidades nas Américas e na Europa. “O IBM Cloud for Education é baseado em uma solução desenvolvida pela IBM há quase duas décadas, chamada Virtual Computing Lab (VCL). O estado da Carolina do Norte foi a instituição líder e a UMBC participou desde o início”, diz a Dra. K. Joshi. “Foi uma das primeiras soluções em nuvem desenvolvidas especificamente para a educação, numa época em que o termo ‘computação em nuvem’ ainda não havia pegado.”
"A IBM forneceu-me acesso ao VCL e foi assim que fui apresentado à tecnologia de nuvem e máquinas virtuais", diz a a Dra. K. Joshi. "A IBM também tem sido muito receptiva à colaboração com pesquisadores e troca de informações e ideias. Se eu tiver uma ideia, sei que posso encontrar alguém que possa investigá-la.”
Como exemplo, ela lembra quando um advogado da IBM veio à UMBC para uma palestra e depois se encontrou com ela para discutir alguns dos desafios legais relacionados à conformidade de dados. "O advogado passou meia hora comigo e isso é muito raro quando você tem o conselho de uma grande empresa discutindo ideias de pesquisa. Essa é outra razão pela qual nosso relacionamento com a IBM Cloud funciona."
No outono de 2022, a Dra. K. Joshi ensinará análise de dados de nível sênior e espera usar recursos do IBM Cloud for Education para ajudar seus alunos. “Estou pensando em fornecer aos meus alunos acesso às ferramentas de análise IBM Watson. Eles gostariam de aprender o software para que possam ser especialistas quando se formarem, e essa é uma das colaborações que espero estabelecer.”
Além de apoiar a pesquisa acadêmica e o ensino em sala de aula, o IBM Cloud for Education também foi desenvolvido como uma plataforma de nuvem de uso geral. Ele pode apoiar o lado empresarial das universidades, e um laboratório de aplicativos integrado à plataforma pode se conectar a outros serviços da IBM de interesse para os membros do corpo docente, incluindo IA, blockchain, IoT e outras soluções.
A IBM Cloud for Education também é apoiada pelo IBM Center for Advanced Studies (CAST), que gerencia as relações universitárias para uma das maiores comunidades de desenvolvimento da IBM, incluindo a UMBC e muitas outras instituições de ensino superior norte-americanas.
"Acreditamos que o IBM Cloud for Education é a maneira certa para o futuro, especialmente para cursos especializados que precisam de combinações especiais de hardware e software, como engenharia da computação e segurança da computação", diz Joshi. "Continuaremos explorando as possibilidades e aproveitando o entusiasmo que temos para esse recurso de computação."
Sobre a Universidade de Maryland, Condado de Baltimore
UMBC (link externo ao site ibm.com) é uma universidade de pesquisa pública conhecida por seu ensino inovador, pesquisa de alto impacto e uma comunidade de apoio que capacita e inspira mentes inquisitivas. O UMBC atende 14.000 estudantes de graduação e pós-graduação e é uma das comunidades de ensino mais inclusivas do país. O US News & World Report classifica a UMBC #6 nacionalmente em ensino de graduação e inovação, e a NSF classifica a UMBC entre as melhores universidades do país em apoio à pesquisa federal, particularmente no financiamento da NASA e das ciências sociais. A universidade contribui para o desenvolvimento econômico por meio de parcerias governamentais e industriais, avançando em empreendedorismo, treinamento da força de trabalho, educação K-16 e comercialização de tecnologia.
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Produzido nos Estados Unidos da América, janeiro de 2022.
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