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Universo Paralelo: Yo, robot

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Muy buenas tardes nuevamente, estimados tripulantes de esta nave que recorre el Universo Paralelo. La edición de hoy estará dedicada a la robótica y a la inteligencia artificial (IA). Son dos cuestiones que normalmente no vienen juntas, salvo cuando un robot incorpora IA en sus habilidades intelectuales. Cuando se trata de sus capacidades motrices, el uso de la inteligencia artificial es mucho menos común.

El ingeniero, doctor Jorge Morales, nos contribuye al tema, explicando resultados de la compañía Google DeepMind en el entrenamiento de robots humanoides que juegan fútbol. En esta ocasión los robots no son programados para jugar, sino que aprenden jugando, de modo análogo a la forma en que lo hacemos nosotros mismos.

  • Esto es similar a la manera en que se entrenan los algoritmos de inteligencia artificial para practicar juegos como el ajedrez. La distinción es que en este caso está asociada a una actividad motora.

Para muchos, como la profesora Melanie Mitchell –de quien recomendaremos en esta edición uno de sus libros–, esta asociación es crucial si queremos llevar las capacidades cognitivas de las máquinas a algo similar al cerebro humano. Existe consenso en que la articulación entre emoción, inteligencia y motricidad es un paso esencial en la carrera de imitar la inteligencia general humana.

  • Pero para eso no solo podemos enfocarnos en nosotros. Hay que observar la naturaleza para entender la relación profunda que existe entre las actividades motriz y cognitiva. El físico, doctor Ariel Norambuena, nos contará sobre un fascinante trabajo en que, utilizando fotografía ultrarrápida y herramientas de IA, está comenzando a comprenderse el intrincado movimiento que realizan los insectos en su vuelo. De alguna manera, podemos empezar a analizar un organismo vivo como si fuera un robot.
  • En esta ocasión invitamos a contestar nuestro cuestionario semanal a la geóloga y doctora en Ciencias, con mención en Geología, Valentina Flores. Ella es académica de la Universidad de Chile y se especializa en sedimentos y paleoclima.

Nuestra imagen de la semana es un hermoso diseño que nace de experimentos computacionales. Todo esto, porque existen matemáticos que se preguntan sobre las propiedades de bolas de billar que recorren mesas con formas extrañas y que incluso pueden memorizar su camino.

  • Para seguir con los robots y la inteligencia artificial, terminaremos recomendándote un libro, un disco y una serie de televisión basados en estos temas.¡Gracias por acompañarme en esta nueva edición de Universo Paralelo!

Antes de arrancar con lo que nos convoca, te cuento que ya vamos a cumplir dos meses con Universo Paralelo, al que te estamos invitando y esperamos que te guste, te inscribas y seas parte de esta comunidad de amantes de la ciencia. Una que promete crecer e ir desarrollando distintas formas de encuentro entre los científicos y la comunidad.

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EL MISTERIOSO VUELO DE LOS INSECTOS

Ariel Norambuena
Por Ariel Norambuena
Doctor en Física

Hace unas semanas, dos científicos de la División de Biología y Bioingeniería del Instituto de Tecnología de California (Caltech) se hicieron una pregunta disruptiva: ¿cómo es posible que los insectos puedan volar? Johan Melis y Michael Dickinson decidieron abordar este desafío de una manera innovadora y multidisciplinar, combinando análisis de imágenes, inteligencia artificial y robótica.

  • Volar es algo impresionante, ¿no? Los humanos hemos descifrado este enigma y ahora surcamos los cielos usando aviones e, incluso, podemos controlar drones desde la comodidad de nuestra casa. Pero ¿cómo lo hacen los insectos en la naturaleza?

La evolución ha fomentado la creatividad con sus soluciones. Aves, mamíferos, incluso algunos dinosaurios y, por supuesto, los insectos, todos han encontrado maneras de volar. Pero los insectos tomaron un camino único: no desarrollaron sus alas a partir de patas modificadas, sino que encontraron una solución más ingeniosa, gracias al uso de estructuras biomecánicas complejas que se conectan a sus cuerpos. ¿Qué tiene de especial el ala de un insecto?

  • Imagina mover una puerta.Para hacerlo, necesitas una bisagra que la conecte al marco. Bueno, el ala de una mosca es como una puerta, pero, en lugar de una bisagra grande, tiene un sistema de pequeños músculos articulados que la mueven. ¡Es para muchos una gran obra de ingeniería biomecánica!

Ahora, aquí viene lo interesante. Melis y Dickinson usaron cámaras ultrarrápidas (15 mil imágenes por segundo) para grabar la actividad muscular y el movimiento de las alas en tres dimensiones, capturando todo en unos pocos segundos. Luego, usaron los datos recopilados para entrenar un algoritmo de inteligencia artificial llamado red neuronal convolucional, que es como un detective de patrones, para descifrar cómo esos músculos hacen su magia. Y no contentos con eso, también usaron otra técnica, llamada arquitectura codificador-decodificador para poder vincular la actividad muscular con los movimientos del ala. ¡Todo un espectáculo científico!

  • La gran hazaña de este equipo no se quedó solamente en la teoría,ya que lograron reproducir los patrones de movimiento de las alas en una mosca robótica, logrando cuantificar los efectos de la actividad muscular en las fuerzas aerodinámicas. Y sí, consiguieron resultados similares a las moscas reales.

Así que la próxima vez que veas una mosca dando vueltas por ahí, recuerda: detrás de esos movimientos aparentemente caóticos, hay un ballet de músculos y algoritmos que la hacen volar con gracia y precisión.

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¡GOLES DE ACERO!

Jorge Morales
Por Jorge Morales
Doctor en Ingeniería Mecánica

¡Imagina un partido de fútbol donde los jugadores son robots! ¡Sí, lo has oído bien! Estos autómatas futboleros no solo están aquí para patear balones, ¡sino también para desafiar nuestras percepciones sobre la inteligencia artificial y el deporte! En un giro digno de una película de ciencia ficción, estos robots futbolistas nos recuerdan a los carismáticos protagonistas de Yo, robot, pero con un giro deportivo que haría reír a Isaac Asimov.

  • ¿Y cómo aprenden estos jugadores de metal a dar esos pases perfectos y anotar goles? Aquí es donde entra en juego el “aprendizaje de refuerzo profundo” (deep RL, por sus siglas en inglés), una técnica que hace que los robots mejoren con cada partido.

En el método usual, el robot tiene un código base programado con instrucciones que especifican los movimientos que debe realizar en cada situación. En el deep RL, en cambio, el robot usa algoritmos de inteligencia artificial en los que explora las posibilidades y va aprendiendo los mejores movimientos y estrategias a través de la “recompensa” que recibe, en este caso, al marcar un gol.

  • Este método de aprendizaje es análogo al de un ser humano en busca de la gratificación personal. En el caso de los robots, la palabra “recompensa” se usa producto de esta analogía. Por supuesto que el robot no siente placer en la recompensa, solo está programado para buscarla.

Es lo que propone un grupo de investigadores de la compañía Google DeepMind en un artículo publicado recientemente en la revista Science Robotics. “Usamos la deep RL para entrenar a un robot humanoide […] de 51 cm de alto y 3,5 kg de peso, para que jugara un juego de fútbol simplificado uno contra uno. Como resultado, el robot caminó un 181% más rápido, giró un 302% más rápido, tardó un 63% menos en levantarse, y patear una pelota un 34% más rápido que un código base programado”.

Además, nos cuentan que el robot “descubrió estrategias inesperadas que aprovecharon más las capacidades completas del sistema que las alternativas escritas y que quizás ni siquiera habíamos concebido. Un ejemplo de esto es el comportamiento emergente de giro, donde el robot pivota sobre la esquina de un pie y realiza un giro, lo cual sería difícil de programar”.

  • ¿Serán acaso estos jugadores robóticos una amenaza para la humanidad? ¡Claro que no! Aunque pueden sorprender con sus habilidades técnicas, todavía les falta esa chispa de pasión humana que convierte un simple partido en una epopeya emocional.

Como dice un viejo proverbio futbolero: la inteligencia artificial puede ser inteligente, ¡pero nunca entenderá la alegría de un gol de último minuto en el tiempo añadido!

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EL CUESTIONARIO: VALENTINA FLORES

Cada semana hacemos las mismas cuatro preguntas a un científico. En esta edición, entrevistamos a la geóloga, doctora Valentina Flores.

-¿Qué te motivó a dedicarte a la ciencia?

-Desde niña siempre me interesaron las ciencias naturales. Cuando iba en básica quería ser bióloga marina, inspirada por los documentales de Jacques Cousteau que daban en la televisión. Me interesaba también la astronomía. Siempre me fascinó pensar en la inmensidad del universo y en todas las cosas que aún había por descubrir. Años más tarde, conocí la geología y me enamoré; amé la idea de entender nuestro entorno y sus procesos, poder leer el paisaje y su evolución. Es como un superpoder.

-¿Cuál es la obra científica que más influyó en tu actividad?

-Definitivamente, Contacto de Carl Sagan, y aunque no es netamente científica ni trata de geología, fue una inspiración para mi vida en general. Lo leí como a los 15 años y despertó en mí la sed de conocimiento y de aventuras. Fue la primera vez que me visualicé como científica y me di cuenta de que era lo que quería ser y hacer. Quería saberlo todo.

-¿Cuál es el problema científico más importante por resolver?

-Se me ocurren muchos problemas, pero uno que encuentro particularmente importante e interesante es determinar el origen del universo y de la vida. Es un tema que trasciende la geología, pero está íntimamente ligado a ella. La formación del planeta Tierra, la evolución de las especies, los cambios climáticos, todo parte ahí.

-¿Cuál es la pregunta que te desvela como científica y cómo la enfrentas?

-Una pregunta que –literalmente– me desvela es cuál va a ser el futuro del planeta y la vida en la Tierra frente al cambio climático y el calentamiento global actuales. Ya hemos empezado a ver sus consecuencias y el panorama no es muy alentador, así que es un tema que me preocupa profundamente. Mi forma de enfrentarlo, y aportar a la causa, ha sido principalmente desde la ciencia, estudiando los cambios climáticos y ambientales durante los últimos miles de años, a fin de tener un punto de comparación más amplio que nos permita entender la variabilidad climática natural y la influencia humana. “The past is the key to the present” es uno de los principales principios que usamos en geología.

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LA IMAGEN DE LA SEMANA

Nuestra imagen de esta semana parece un diseño abstracto, que pudiese estar en un azulejo, un posavasos o una corbata.

  • Pero esta imagen no proviene de ningún objeto real. Es la representación de un resultado matemático, construido con la ayuda de un computador. Un juego concebido por un grupo de investigadores de la Universidad de Ámsterdam, y publicado en un trabajo titulado “Billares con memoria espacial”.

El juego está basado en un viejo problema matemático: el del billar. Imagina que lanzas una bola en una mesa de billar perfecta, esto es, una en que los bordes son absolutamente elásticos y no hay roce alguno. La bola, por lo tanto, rebota sin frenarse jamás.

Hay muchas preguntas que cualquier curioso haría. Por ejemplo, ¿es posible determinar en dónde estará la bola luego de un lapso determinado?

  • Otra pregunta: ¿existirán trayectorias periódicas que repiten su camino indefinidamente?Un ejemplo sería una pelota que rebota perpendicularmente, ida y vuelta, entre dos bordes.

Si la mesa es rectangular, como suelen ser, estas preguntas tienen respuestas bastante simples, pero ¿qué pasa si tenemos mesas con formas arbitrarias? Allí las cosas se complican enormemente, y uno de los fenómenos más misteriosos de las matemáticas emerge: el caos. Esto significa, en términos simples, que dos lanzamientos que son casi idénticos, pero no exactamente iguales, darán como resultado una evolución de las bolas radicalmente distinta.

En el trabajo que da origen a nuestra imagen de esta semana, los científicos impusieron una nueva restricción: la bola no puede cruzar un camino que ya recorrió. Como si en su viaje dejara marcada una estela infranqueable. Esto podría modelar el camino de un insecto que busca comida y se aleja de los lugares que ya recorrió. De allí la “memoria espacial” del título.

  • En estas circunstancias ocurre que llega un momento en que la bola queda atrapada por su propia estela y se detiene.A través de millones de simulaciones en computadores, los investigadores calcularon los lugares más probables sobre la mesa en donde esto ocurría. La imagen muestra tres mesas de billar distintas. Los lugares más iluminados son aquellos con mayor probabilidad.
  • Los juegos matemáticos no solo responden preguntas lúdicas y abstractas. También pueden generar belleza visual. Una que podría adornar con matemáticas cualquier azulejo, posavasos o corbata.
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BREVES PARALELAS

El Voyager 1, puesto en órbita por la NASA en 1977, es el objeto más lejano lanzado al espacio por la humanidad. Está ya a 20 mil millones de kilómetros de la Tierra. Esto significa que la luz (o cualquier señal de radio que se le envíe desde nuestro planeta) demora más de dieciocho horas en alcanzarlo.

  • Por estos días el Voyager 1 volvió a ser centro de atención, ya que después de varios meses en los que la comunicación se había perdido, los ingenieros de la NASA anunciaron que se había recuperado.
  • Es así como nuestro más lejano trozo de humanidad volvió a hablar, contándonos sobre sus aventuras en el espacio exterior.

 Piensa en un número entre el 1 y el 50. Intenta que sea lo más aleatorio posible y deja de leer hasta que lo tengas.

  • De acuerdo con la creencia popular, esta elección aleatoria es lo menos aleatoria que hay. De hecho, si pensaste en el 37, estarías con la gran mayoría. Es el número lejos más probable.

En el marco de un experimento hecho en el programa de divulgación científica Veritasium –que recomiendo con mucho entusiasmo–, el conductor Derek Muller muestra el resultado de una encuesta online, en la que se les hizo la pregunta a 200 mil personas. Este parece confirmar los sesgos que existen en favor del 3, el 7 y el 37.

  • La hipótesis que allí se propone es que existiría un sesgo que nos hace pensar que los números pares y los múltiplos de 3 y 5 son especiales, por lo que nos parecen menos aleatorios.
  • Si bien este no es un experimento realizado con la rigurosidad científica que se requiere para obtener certezas, el argumento parece razonable. Al menos lo suficiente para que lleve varios días diciéndole a todo humano que se cruza por mi camino:¡Piensa un número menor que 50!
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RECOMENDACIONES

Inteligencia Artificial (Capitán Swing, 2024) es un excelente libro para todo público, que acaba de ser lanzado en español. Su autora, Melanie Mitchell, es doctora en Informática e investigadora del prestigioso Santa Fe Institute.

El trabajo repasa de manera profunda –pero sin perder de vista el hecho de que está dirigido a todo público– los fundamentos y la historia de la inteligencia artificial. Es un libro ágil, que además incluye anécdotas personales y el punto de vista de la autora sobre el futuro de la disciplina.

  • Lo recomiendo fuertementea todos los que quieran entender el origen de esta revolución que parece magia ante una mirada superficial.

Mitchell fue recientemente entrevistada por el diario El País, en donde dijo: “La inteligencia artificial despegará cuando se inserte en robots que experimenten el mundo como los niños”. De ser así, y de acuerdo con el artículo “¡Goles de acero!”, escrito para esta edición por el doctor Jorge Morales, ese despegue ya estaría haciéndose realidad.

– Los robots han sido siempre parte del imaginario de artistas de todas las disciplinas. En esta edición recomiendo dos obras basadas en robots.

  • Yoshimi Battles the Pink Robotses el décimo álbum de estudio de la banda estadounidense The Flaming Lips, lanzado en 2002. Es un disco notable, lleno de detalles musicales asombrosos y con melodías memorables y únicas. Dentro de una obra que protagoniza la heroína Yoshimi, que lucha contra malvados robots, también hay espacio para momentos de melancolía y reflexión: “¿Te has dado cuenta/ de que todos a quienes conoces/ algún día morirán?”.
  • La serie de televisión Westworldya tiene sus años. Su primera temporada –la única que vi– se estrenó en 2016. Se trata de un parque de diversiones futurista que imita un pueblo del lejano Oeste norteamericano, en donde los visitantes pueden satisfacer sus fantasías más oscuras, ya que todos sus habitantes son insensibles androides, sin consciencia ni voluntad, programados para jamás herir a un humano. Una serie de acción, muy entretenida e ingeniosa, basada en la película homónima de 1973. Actúan Ed Harris y Anthony Hopkins. Si quieres reflexionar sobre las posibilidades de la robótica desde el horror, la violencia y la acción, no te la pierdas. Está en Amazon Prime.

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Eso es todo por esta semana en Universo Paralelo. Si tienes comentarios, recomendaciones o temas que aportar, puedes escribirme a universoparalelo@elmostrador.cl. La idea es que generemos una gran comunidad que deje atrás la farándula parlamentaria y las bajas pasiones humanas, para adentrarse en un mundo mucho mejor. Uno mucho más civilizado. En un Universo Paralelo. ¡Hasta la próxima semana!

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