Doctoral Thesis

Os recentes avanços da Inteligência Artificial têm evidenciado a necessidade do uso de abstrações conhecidas como agentes de software em soluções computacionais para problemas complexos. Em grande parte dos casos tais soluções apresentam características como distribuição da execução, baixo acoplamento e larga escala. Sistemas multiagentes (SMA) tem sido estudados há várias décadas, sendo sua engenharia um dos temas relevantes da pesquisa desde o início do século XXI. Apesar disso, a indústria ainda não adotou tais sistemas em suas soluções computacionais. Este descompasso pode ser fruto da complexidade associada ao desenvolvimento e implantação destes sistemas. Em paralelo, a área de engenharia de sistemas distribuídos (SD) está bem estabelecida e adotada pela indústria, com definição de arquiteturas e protocolos de comunicação maduros e bem aceitos nesse nicho. Esta pesquisa propõe uma abordagem inovadora para a engenharia de SMA a partir da perspectiva de SD, integrando conceitos de agentes diretamente ao domínio de SD. Essa abordagem simplifica o desenvolvimento de SMA ao (i) reduzir a necessidade de conhecimentos especializados sobre agentes e (ii) aproveitar arquiteturas e padrões consolidados de SD. A tese começa explorando os paralelos entre SD e SMA, analisando sua evolução, padrões arquitetônicos e principais diferenças. Definimos um arcabouço para a engenharia de SMA baseada no padrão arquitetônico Entity-Component-System. O arcabouço foi validado por meio de implementações iterativas e estudos educacionais. Seu uso foi analisado em disciplinas de pós-graduação introdutórias, com alunos sem conhecimento prévio da teoria de agentes. Embora os estudos tenham sido limitados em escopo, os resultados destacam o potencial de integrar conceitos de agentes em SD para o avanço no desenvolvimento e no ensino de SMA. Essa abordagem conecta a lacuna entre SMA e SD, abrindo caminho para soluções modernas, acessíveis e escaláveis para SMA.

Recent advancements in Artificial Intelligence have highlighted the need for the use of abstractions known as software agents in computational solutions for complex problems. In many cases, these solutions exhibit characteristics such as distributed execution, loosely coupling, and large scale. Multiagent systems (MAS) have been studied for several decades, with their engineering being a relevant research topic since the beginning of the 21st century. Despite this, industry has not yet adopted such systems as their computational solutions. This disconnect may be a result of the complexity associated with the development and deployment of SMA. In parallel, the field of distributed systems (DS) engineering is well-established and widely adopted in the industry, having mature and well-accepted architecture and communication protocols. This research proposes a novel approach to engineering MAS from a DS perspective, integrating agent concepts directly into the DS domain. This approach simplifies MAS development by (i) reducing the need for specialized agent knowledge and (ii) leveraging familiar DS patterns and standards. The thesis begins by exploring parallels between DS and MAS, analyzing their evolution, architectural patterns, and key differences. We also identified a minimal set of abstractions for implementing agent concepts in DS and ultimately modeled a framework for engineering MAS based on the Entity-component-system architectural pattern. The framework was validated through iterative implementation and educational studies. Its use was tested in graduate courses aimed at students with no prior agent theory knowledge. The studies indicated the frameworks effectiveness in improving learning outcomes. While the studies were limited in scope, the results highlight the potential of integrating agent concepts into DS for advancing MAS development and education. This approach bridges the gap between MAS and DS, paving the way for modern, accessible, and scalable MAS solutions.