Frase célebre

"La investigación es el proceso de recorrer callejones para ver si tienen salida." 
(Marston Bates)

jueves, 13 de agosto de 2015

Cómo hacer mejores robots (II/II)

(Este artículo es continuación de Cómo hacer mejores robots (I/II). Te recomiendo que lo leas primero).

El proceso de "selección natural" mencionado en la primera parte del artículo ya se ha usado para crear un sencillo robot que es capaz de permanecer dentro de un círculo. Y se puede imaginar que tal proceso podría funcionar para máquinas multiusos muy complejas. Al principio, estos cerebros artificiales serían como niños; y tal vez habría que esperar 10 o 15 años para que pudiéramos tomarlos en serio.

Sin embargo, una agencia gubernamental de Estados Unidos está tratando de obtener resultados útiles ahora, sin tener que esperar tanto tiempo. Se trata de la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzados de Defensa (DARPA por sus siglas en inglés). La agencia está organizando un concurso de robótica. Se creó como respuesta al desastre de Fukushima y ofrece 2 millones de dólares al equipo con el robot que mejor pueda completar una serie de tareas básicas de búsqueda y rescate.

Los 25 participantes humanoides tendrán que llegar a una zona de desastre, atravesar terrenos difíciles, mover escombros, hacer un agujero en una pared, ajustar una válvula, subir escaleras y después completar una tarea sorpresa. Estos robots tendrán una autonomía supervisada: un controlador humano puede asignar tareas e invalidar las decisiones del robot.

Sin embargo, las malas opciones que tomen los robots con inteligencia artificial podrían llegar a ser un problema. Stuart Russell, científico informático de la Universidad de California en Berkeley, expresaba su preocupación de que los robots totalmente independientes podrían tomar malas decisiones (desde un punto de vista humano y moral) a la hora de completar las tareas. El año pasado Russell y Stephen Hawking escribieron un artículo en el que opinaban que la cuestión que plantea la película Transcendence (sobre robots con subjetividad) merece ser evaluada más detenidamente. ¿Puede convertirse una máquina hiperinteligente en una fuerza imparable contra la humanidad?

Según Russell, si le pides a un robot que realice algo tan sencillo como hacer clips o calcular dígitos del número pi, si eso es lo único que se le pide, el robot puede llegar a la conclusión de que la manera más óptima de hacerlo es convertir toda la masa del planeta Tierra en instalaciones computacionales. Obviamente, eso no es lo que querríamos.

No obstante, la imagen de robots inteligentes que pinta el proyecto de DARPA es más atractiva en lo relacionado a la inteligencia artificial. Se trataría de un robot y una persona trabajando como un equipo, cada uno tratando de hacer lo que mejor se les da. Y hay quien afirma que los robots pueden hacerse más hábiles e ingeniosos, pero nunca más inteligentes que los humanos. Algo que nos tranquiliza... de momento.

Bioloid humanoid robot
Humanoide de Bioloid en el Reto de Obstáculos de AAAI 2010. [Foto original de Jiuguang Wang (Own work) [CC BY-SA 3.0 or GFDL], via Wikimedia Commons]
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Fuente:
http://www.aps.org/publications/apsnews/201504/robot.cfm

lunes, 3 de agosto de 2015

Cómo hacer mejores robots (I/II)

A día de hoy, la verdadera inteligencia artificial solo prolifera en la ficción. Los que verdaderamente se dedican a investigar en la robótica aún debaten cómo vamos a conseguir robots inteligentes en la vida real... Y qué vamos  hacer con ellos una vez los tengamos. Existen robots que pueden pasar la aspiradora; otros que pueden vencer a los mejores jugadores de ajedrez; e incluso los hay que pueden conducir coches. Estos son ejemplos de lo que se puede denominar "inteligencia de propósito especial": robots que hacen bien una sola tarea complicada, pero poco más.

Actualmente, los ordenadores tienen dificultad para reconocer rostros y aprender lenguajes hablados, habilidades ambas que los niños adquieren rápidamente. Los bebés aprenden explorando su mundo: cuando mueven los brazos y las piernas, empiezan a encontrar unos movimientos más agradables que otros. De este modo, asimilan esa información sensorial a través de un grupo de neuronas y la enlazan mediante sinapsis con otras neuronas que controlan las acciones motoras.

Hay que decir que redes neuronales artificiales que operan de modo similar han existido desde hace décadas, aunque con diversos resultados. Sin embargo, Seyoung Kim (Centro de Investigación T.J. Watson de IBM) ha presentado una nueva pieza de hardware que permitiría hacer las redes neuronales artificiales más pequeñas y más eficientes que las versiones anteriores, las cuales requerían múltiples puertas digitales y circuitos de control para simular las sinapsis.

El componente de IBM en cuestión es un semiconductor con dos electrodos a ambos lados de un óxido metálico. Al hacer pasar una corriente por el aparato, se ajusta su resistencia y con ella la fuerza de las conexiones. Un conjunto de estas "sinapsis artificiales" enlazaría las señales sensoriales con las "neuronas" motoras.

En una simulación, los investigadores de IBM hicieron que las neuronas se activaran al azar, causando movimientos aleatorios de un robot parecido a los que se usan como aspirador. Como hace un bebé al explorar, el robot se mueve lentamente de un lado para otro. Sin embargo, algunos movimientos acercan el robot a un blanco, provocando una respuesta sensorial positiva. Cuando una neurona sensorial y una neurona motora se activan juntas, disminuye la resistencia del componente y adquieren una conexión más fuerte.

Sin embargo, un aparato de este tipo solo puede ampliarse hasta un límite. Y no es solo cuestión de obtener mejores componentes de hardware. La neurociencia todavía no comprende completamente el funcionamiento del cerebro como para tratar de reproducirlo en una máquina. Y por otra parte, algunos se preguntan si la evolución darwiniana podría crear cerebros artificiales capaces de sentir y experimentar subjetividad.

En las simulaciones, miles de grupos de "genes" de cerebro artificial determinan cada uno una red diferente. Cada cerebro se coloca en un robot simulado, donde controla el robot e intenta mantenerlo vivo. Al final del proceso, se transplanta el mejor cerebro (o cerebros) en robots reales. Es una especie de selección natural en un sistema artificial.

Pero, ¿qué se ha conseguido ya con este tipo de robots? ¿Cuál es el siguiente paso? ¿Qué podrían llegar a hacer en un futuro cercano? Todo esto y más en la segunda parte de este artículo.


Ejemplo de evolución de cooperación altruista en un grupo de robots. En la generación inicial, los robots apenas pueden realizar una navegación coordinada. Después de 240 generaciones de "selección darwiniana", la mayoría de los robots buscan los paquetes grandes y cooperan para llevarlos hacia la región donde está la pared blanca. [By Floreano D, Keller L [CC BY 3.0], via Wikimedia Commons]
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Fuente:
http://www.aps.org/publications/apsnews/201504/robot.cfm

miércoles, 22 de julio de 2015

Levitación mediante el sonido

Si hacemos rebotar una onda de sonido en un espejo acústico, la superposición de las ondas original y reflejada pueden dar lugar a una onda de presión estacionaria. Una partícula localizada en ese campo de presión sentirá una fuerza que la lleva a una posición de equilibrio estable. De hecho, una onda acústica estacionaria con suficiente amplitud puede incluso suspender una partícula en contra de la acción de la gravedad.
Onda estacionaria (en negro) frente a ondas que se desplazan (en rojo y azul).
Numerosos investigadores han utilizado aparatos acústicos de este tipo para estudiar el comportamiento de gotas líquidas sin las complicaciones de un recipiente contenedor. El problema con los aparatos convencionales es que la separación entre el generador de ondas y el reflector debe estar sintonizada de forma resonante para obtener una onda estacionaria.

Ahora Marco Andrade (Instituto de Física de la Universidad de São Paulo, Brasil) y sus compañeros han mostrado un aparato que puede hacer levitar partículas (y manipularlas) sin la necesidad de un ajuste fino. Su invento está basado en una propuesta de hace décadas de Charles Rey. Consiste en un transductor cilíndrico de 10 mm de diámetro que genera el sonido, y un reflector cóncavo algo más grande.

Acoustic levitation

Para el caso de geometría coaxial que aparece a la izquierda de la representación gráfica, las bolas atrapadas permanecen a una distancia fija del espejo, incluso cuando la separación entre el transductor y el espejo varía de 50 mm a 100 mm. Además, cuando se desalinean los ejes del transductor y el espejo (como aparece en la representación de la derecha), las bolas ajustan sus posiciones permaneciendo confinadas todo el tiempo.
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Fuente:
http://scitation.aip.org/content/aip/magazine/physicstoday/article/68/3/10.1063/PT.3.2712

jueves, 9 de julio de 2015

¿Cómo se formaron las galaxias enanas?

Las galaxias enanas esferoidales son pequeñas y antiguas, y contienen una proporción de materia oscura mayor que galaxias más grandes o los cúmulos globulares, que también son pequeños y antiguos. Como son poco brillantes, las galaxias enanas esferoidales que se pueden estudiar son solo las que rodean la Vía Láctea y la cercana galaxia de Andrómeda.

A pesar de sus peculiaridades, las enanas esferoidales son bastante similares al entorno galáctico en el que se hallan, de modo que es posible que se empezaran a formar al mismo tiempo. Aunque esta suposición deja en el aire algunos aspectos. Por ejemplo, alrededor del 60% de las enanas esferoidales de Andrómeda ocupan aproximadamente un halo esférico en torno a la galaxia; y el resto ocupa una delgada región con forma de torta que abarca el plano galáctico de Andrómeda. Una distribución de este tipo es difícil de producir si todas las enanas empezaron a formarse con la galaxia anfitriona cuando colapsó por primera vez.

Pegasus dSph
Enana esferoidal Pegaso, galaxia satélite de
Andrómeda. [Imagen original de la NASA 
(http://apod.nasa.gov/apod/ap990122.html) 
[Public domain], via Wikimedia Commons]
Una posible alternativa supone que las enanas del plano galáctico se formaron después de las otras, a partir del material que se esparció por el sistema cuando Andrómeda se fusionó con otra galaxia. Para arrojar algo de luz sobre el misterio, Michelle Collins (Universidad Yale) y sus colaboradores han utilizado el instrumento DEIMOS del telescopio Keck II para observar dos de las enanas esferoidales que se hallan en el plano galáctico de Andrómeda. Después de determinar la composición química y otras propiedades de las enanas, los investigadores las compararon con otras observaciones que existen de 12 enanas esferoidales del plano galáctico y 17 del halo esférico, todas en la galaxia de Andrómeda.

Tras la comparación, no encontraron diferencias apreciables entre los dos tipos de enanas esferoidales, lo que sugiere que todas ellas se formaron al mismo tiempo y del mismo material. Con el marco cosmológico actual, no es fácil explicar una distribución tan claramente bimodal. Pero eso es lo bueno de la astronomía: siempre hay algo nuevo que explicar mejor.
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Fuente:
http://scitation.aip.org/content/aip/magazine/physicstoday/article/68/3/10.1063/PT.3.2710

viernes, 26 de junio de 2015

Un hidrogel que se comporta como el cartílago

En el campo de la bioingeniería, los hidrogeles son considerados como materiales multiuso. Consisten en redes de polímeros hidrófilos entrelazados y suelen ser blandos, biocompatibles y muy absorbentes. Se pueden utilizar como cápsulas para la aplicación controlada de fármacos, como películas delgadas en las lentes de contacto e incluso como sensores en los alcoholímetros.

En la ingeniería de tejidos (o medicina regenerativa), los hidrogeles se usan a menudo como soportes para las células que van a reemplazar los tejidos. Ahora Takuzo Aida, Yasuhiro Ishida (ambos del instituto de investigación RIKEN de Japón) y Takayoshi Sasaki (Instituto Nacional de Ciencias de Materiales de Japón) y sus equipos de investigadores han diseñado un hidrogel que puede hacer las funciones del tejido mismo.
Elbow joint - deep dissection (anterior view, human cadaver)
Vista del cartílago articular (articular cartilage) de la articulación
del codo. [Imagen original de Anatomist90 (Own work) 
[CC BY-SA 3.0], via Wikimedia Commons]

El nuevo material se comporta como el cartílago articular que lubrica las articulaciones: puede soportar una carga pesada a lo largo de una dirección, a la vez que estirarse y deformarse con facilidad en las otras. En el cartílago real, el comportamiento lubricante es el resultado de la interacción compleja entre las células, las fibras de colágeno y una multitud de proteínas extracelulares. En la versión sintética, es el producto de una receta más sencilla: los investigadores mezclaron copos de óxido de titanio en una solución de moléculas precursoras del hidrogel y lo sometieron al campo intenso de un imán superconductor, que hizo el resto.

Un hidrogel de este tipo se prepara mediante un proceso de cuatro pasos. Se mezclan nanohojas de óxido de titanio con una solución de moléculas precursoras del hidrogel; se aplica un campo magnético que orienta las hojas en capas espaciadas de forma regular; las moléculas precursoras se polimerizan para envolver las nanohojas en una matriz de hidrogel; finalmente, se quita el campo magnético. La repulsión culombiana entre las nanohojas cargadas negativamente endurece el material en la dirección normal a las capas, pero permite que se pueda estirar y deformar fácilmente a lo largo del plano de las capas.

Sin embargo, para que pueda llegar a ser una solución viable como sustituto del cartílago, el nuevo hidrogel tendrá que verificar que es capaz de soportar ciclos de carga mucho más duros que los que se usaron en las mediciones preliminares de los investigadores. Y dado que el mecanismo que hace posible el comportamiento anisótropo del material depende de interacciones electrostáticas, se debería estar seguro de que sus propiedades se mantendrían en el entorno altamente iónico del interior del cuerpo. De momento, Aida y sus colaboradores han demostrado que, después de una semana inmerso en suero fisiológico, el hidrogel retiene sus propiedades estructurales y mecánicas.

El equipo de investigadores también considera que el hidrogel podría usarse como aislador de vibraciones. La anisotropía mecánica del material hace que la energía vibracional se concentre en modos paralelos a las capas de titanato. Como experimento de prueba, pusieron un plato de cristal equilibrado sobre pilares de hidrogel que se apoyaban a su vez sobre una mesa que podía oscilar mecánicamente. Cuando el eje rígido del hidrogel está alineado verticalmente, el plato permanece nivelado, incluso si tiembla la mesa. Cuando se cambian los pilares por un hidrogel más convencional, el plato se tambalea y la esfera que estaba encima para verificar el equilibrio se cae.

Esta capacidad de aislar las vibraciones es especialmente relevante y prometedora para países que suelen sufrir terremotos, como Japón, país de origen de los investigadores.
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Fuente:
http://scitation.aip.org/content/aip/magazine/physicstoday/article/68/3/10.1063/PT.3.2707

sábado, 13 de junio de 2015

Preciosos fenómenos ópticos: los halos

El fenómeno óptico conocido como halo se forma cuando la luz del Sol o de otra fuente es refractada por los cristales de hielo de la atmósfera de la Tierra. Aunque normalmente se encuentran en los cirros, nubes altas y ligeras, los cristales conocidos como prismas de hielo a veces se pueden hallar cerca del suelo.

Los halos se observan con mayor frecuencia que los arcoíris. Y de las muchas configuraciones de halos, el más común es el halo circular o de 22°. Este tipo de halo se produce cuando los cristales de hielo hexagonales presentan una amplia distribución de orientaciones; lo de los 22° hace referencia al ángulo con el que los cristales desvían la luz en el borde interior del círculo.

En la foto, tomada en una tarde fría en una playa escocesa, se pueden apreciar varias características asociadas a los cristales de hielo de la atmósfera, entre los que destaca el halo circular que rodea el sol.
Ice halos above Foveran beach - geograph.org.uk - 675126
Halo circular sobre una playa de Escocia. [Autor de la foto: 
Martyn Gorman [CC BY-SA 2.0], via Wikimedia Commons]
La Organización de las Naciones Unidas (ONU) ha declarado el año 2015 como el Año Internacional de la Luz y las Tecnologías basadas en la Luz. Uno de los principales proyectos de la celebración se denomina "Light: Beyond the Bulb" (Luz: Más allá de la bombilla). Desarrollado por el Observatorio Chandra de Rayos X y patrocinado por SPIE con apoyo de la Unión Astronómica Internacional, el proyecto muestra la diversidad de la ciencia basada en la luz que se está investigando en la actualidad en todo el espectro electromagnético, en todas las disciplinas científicas y en todas las plataformas tecnológicas.

Que la luz nos acompañe siempre.
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Fuente:
http://scitation.aip.org/content/aip/magazine/physicstoday/article/68/2/10.1063/PT.3.2698

domingo, 31 de mayo de 2015

Seguridad cuántica para las tarjetas de crédito

Entre las muchas características extraordinarias que distinguen la mecánica cuántica de la mecánica clásica está el llamado teorema de imposibilidad de clonación cuántica. Resumidamente, viene a decir que es imposible duplicar perfectamente un estado cuántico desconocido.

La criptografía cuántica trata de explotar esta propiedad para así poder mantener las comunicaciones seguras y a salvo de posibles oídos ajenos. Pues bien, ahora Pepijn Pinkse y sus colaboradores de la Universidad de Twente y de la Universidad Técnica de Eindhoven han demostrado cómo proporcionar una identificación física a prueba de fraudes utilizando autentificación de seguridad cuántica (QSA por sus siglas en inglés).

Las claves en su experimento consistían en finas capas de pintura blanca que recubrían las "tarjetas" que se deseaba autentificar. Cuando un pulso de luz (con sólo unos pocos fotones) se enfoca sobre una clave, el patrón de la luz reflejada depende de la forma espacial del pulso de fotones, que se puede programar, y de las posiciones al azar e irreproducibles de más de un millón de nanopartículas de óxido de zinc que se encuentran en la pintura.

Después de medir y anotar esa dependencia en un "registro" inicial de la clave, los investigadores podían examinar la misma con un pulso de forma arbitraria y comparar así la respuesta esperada con lo que realmente se observaba. La clave correcta se distinguía claramente de una clave incorrecta, e incluso de un intento optimizado de falsificación basado en información robada del registro.

Y otras características que añaden atractivo a la técnica QSA es que no depende de datos secretos guardados en algún sitio y que se puede implementar con la tecnología actual. Como vemos, la seguridad cuántica está cada vez más cerca.

Bank cards
Foto original de MediaPhoto.Org (mediaphoto.org Own work) [CC BY 3.0], via Wikimedia Commons.

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Fuente:
http://scitation.aip.org/content/aip/magazine/physicstoday/article/68/2/10.1063/PT.3.2676
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