IA descobre que nem toda impressão digital é única

Uma equipe liderada por estudantes de graduação da Columbia Engineering usou a IA para desafiar a suposição forense de que as impressões digitais de diferentes dedos da mesma pessoa são incomparáveis, descobrindo um novo tipo de marcador forense. Apesar do ceticismo inicial, as suas descobertas, que poderão revolucionar a ciência forense, foram publicadas em Avanços da Ciência. Crédito: SciTechDaily.com

Os engenheiros da Columbia construíram uma nova IA que destrói uma crença de longa data na ciência forense – de que as impressões digitais de diferentes dedos da mesma pessoa são únicas. Acontece que eles são semelhantes, só que comparamos as impressões digitais da maneira errada!

Da “Lei e Ordem” ao “CSI”, para não mencionar a vida real, os investigadores usaram as impressões digitais como padrão ouro para ligar criminosos a um crime. Mas se um perpetrador deixar impressões digitais de dedos diferentes em duas cenas de crime diferentes, essas cenas serão muito difíceis de vincular e o rastro poderá esfriar.

É um fato bem aceito na comunidade forense que as impressões digitais de diferentes dedos da mesma pessoa – “impressões digitais intrapessoais” – são únicas e, portanto, incomparáveis.

Pesquisa liderada pelo estudante de graduação em Engenharia da Columbia

Uma equipe liderada por Gabe Guo, aluno do último ano de graduação em Engenharia da Columbia, desafiou essa presunção amplamente difundida. Guo, que não tinha conhecimento prévio de ciência forense, encontrou um banco de dados público do governo dos EUA com cerca de 60 mil impressões digitais e as inseriu aos pares em um sistema baseado em inteligência artificial conhecido como rede contrastiva profunda. Às vezes os pares pertenciam à mesma pessoa (mas com dedos diferentes) e às vezes pertenciam a pessoas diferentes.

O mapa de saliência destaca áreas que contribuem para a semelhança entre as duas impressões digitais da mesma pessoa. Crédito: Gabe Guo,/Columbia Engineering

A IA tem potencial para melhorar significativamente a precisão forense

Com o tempo, o sistema de IA, que a equipe projetou modificando uma estrutura de última geração, melhorou em saber quando impressões digitais aparentemente únicas pertenciam à mesma pessoa e quando não. O precisão para um único par atingiu 77%. Quando múltiplos pares foram apresentados, a precisão disparou significativamente maior, aumentando potencialmente a eficiência forense atual em mais de dez vezes. O projeto, uma colaboração entre o laboratório Creative Machines de Hod Lipson na Columbia Engineering e o laboratório Embedded Sensors and Computing de Wenyao Xu na Universidade de BúfaloSUNY, foi publicado hoje em Avanços da Ciência.

As descobertas do estudo desafiam – e surpreendem – a comunidade forense

Depois que a equipe verificou seus resultados, eles rapidamente enviaram as descobertas para uma revista forense bem estabelecida, apenas para receber uma rejeição alguns meses depois. O revisor e editor anônimo concluiu que “É sabido que cada impressão digital é única” e, portanto, não seria possível detectar semelhanças mesmo que as impressões digitais viessem da mesma pessoa.

A equipe não desistiu. Eles dobraram a liderança, alimentaram seu sistema de IA com ainda mais dados e o sistema continuou melhorando. Ciente do ceticismo da comunidade forense, a equipe optou por submeter seu manuscrito a um público mais geral. O artigo foi rejeitado novamente, mas Lipson, que é Professor de Inovação James e Sally Scapa no Departamento de Engenharia Mecânica e codiretor do Makerspace Facility, recorreu. “Normalmente não discuto decisões editoriais, mas esta descoberta era importante demais para ser ignorada”, disse ele. “Se esta informação fizer pender a balança, então imagino que os casos arquivados poderiam ser revividos e até mesmo que pessoas inocentes poderiam ser absolvidas.”

Embora a precisão do sistema não seja suficiente para decidir oficialmente um caso, ele pode ajudar a priorizar pistas em situações ambíguas. Depois de muitas idas e vindas, o artigo foi finalmente aceito para publicação pela Avanços da Ciência.

Revelado: um novo tipo de marcador forense para capturar impressões digitais com precisão

Um dos pontos críticos foi a seguinte questão: que informações alternativas a IA estava realmente usando e que escapou de décadas de análise forense? Após visualizações cuidadosas do processo de decisão do sistema de IA, a equipe concluiu que a IA estava usando um novo tipo de marcador forense.

“A IA não estava usando ‘minúcias’, que são as ramificações e pontos finais nas cristas das impressões digitais – os padrões usados ​​na comparação tradicional de impressões digitais”, disse Guo, que iniciou o estudo como aluno do primeiro ano da Columbia Engineering em 2021. “Em vez disso, , estava usando outra coisa, relacionada aos ângulos e curvaturas dos redemoinhos e voltas no centro da impressão digital.”

Aniv Ray, sênior da Columbia Engineering, e Judah Goldfeder, estudante de doutorado, que ajudaram a analisar os dados, observaram que seus resultados são apenas o começo. “Imagine quão bem isso funcionará quando for treinado em milhões, em vez de milhares de impressões digitais”, disse Ray.

Necessidade de conjuntos de dados mais amplos

A equipe está ciente de possíveis distorções nos dados. Os autores apresentam evidências que indicam que a IA tem um desempenho semelhante em todos os sexos e raças, onde as amostras estavam disponíveis. No entanto, observam, é necessária uma validação mais cuidadosa, utilizando conjuntos de dados com cobertura mais ampla, para que esta técnica seja utilizada na prática.

Potencial transformador da IA ​​num campo bem estabelecido

Esta descoberta é um exemplo de coisas mais surpreendentes que virão da IA, observa Lipson. “Muitas pessoas pensam que a IA não pode realmente fazer novas descobertas – que apenas regurgita o conhecimento”, disse ele. “Mas esta pesquisa é um exemplo de como mesmo uma IA bastante simples, dado um conjunto de dados bastante simples que a comunidade de pesquisa tem disponível há anos, pode fornecer insights que escaparam aos especialistas durante décadas.”

Ele acrescentou: “Ainda mais emocionante é o fato de que um estudante de graduação, sem qualquer experiência em ciência forense, pode usar a IA para desafiar com sucesso uma crença amplamente difundida em um campo inteiro. Estamos prestes a experimentar uma explosão de descobertas científicas lideradas pela IA por não especialistas, e a comunidade de especialistas, incluindo a academia, precisa de se preparar.”

Referência: “Revelando a semelhança de impressões digitais intrapessoais por meio de aprendizagem contrastiva profunda” por Gabe Guo, Aniv Ray, Miles Izydorczak, Judah Goldfeder, Hod Lipson e Wenyao Xu, 12 de janeiro de 2024, Avanços da Ciência.
DOI: 10.1126/sciadv.adi0329