La Singularidad Desnuda

Un universo impredecible de pensamientos y cavilaciones sobre ciencia, tecnología y otros conundros

Archive for the ‘Tecnología’ Category

Calculadoras vintage: Y Chandrasekhar tomó su Brunsviga

Posted by Carlos en septiembre 1, 2008

Vintage Calculators es una web con información sobre calculadoras antiguas, esos dispositivos que tanto nos facilitaron la vida durante el siglo XX. Acostumbrados como estamos a dispositivos programables con capacidades gráficas (cuando no directamente a ordenadores de bolsillo en los que la calculadora es una mera aplicación más), y a pesar de que todavía no es extraño encontrarse por ahí con calculadoras financieras, o con enormes (y simples) calculadoras de sobremesa como producto de mercadotecnia, resulta evocador contemplar los vetustos -pero eficacísimos- dispositivos de cálculo de otros tiempos. La web tiene una extensa colección fotográfica de modelos de todo tipo, ordenados alfabéticamente. También hay descripciones más extensas de modelos destacados en diferentes categorías: calculadoras mecánicas, de sobremesa, de bolsillo, no decimales, y compañías fabricantes. De entre todas éstas, me ha llamado la atención la descripción de un modelo concreto: la Brunsviga 10.

Calculadora Brunsviga 10

Calculadora Brunsviga 10 (credit: Nigel Tout)

Esta calculadora es un dispositivo mecánico que se usó fundamentalmente a lo largo de los años 30. Fue precisamente una calculadora de esta marca (y presumiblemente este mismo modelo a juzgar por las fechas, aunque no he podido encontrar información más precisa al respecto) la que empleó Chandrasekhar en la resolución numérica de las ecuaciones de estado para enanas blancas de diferentes tamaños. Esto nos da una mejor idea de la magnitud del trabajo que tuvo que llevar a cabo. La Brunsviga 10 era un aparato similar a una de esas antiguas cajas registradoras, con un acumulador de 10 dígitos, un peso de 3 kg y el tamaño de un maletín. A pesar de que para la época era un dispositivo que se puede considerar puntero (por cierto, el logo de la compañía tiene un aspecto deliciosamente retrofuturista), es fácil comprender lo pesado que debió ser el proceso de cálculo que Chandrasekhar llevó a cabo, sobre todo si vemos uno de los agradecimientos que incluyó en su artículo:

“Estoy en deuda con el Dr. Comrie y con el Sr. Sandler por el préstamo de una copia manuscrita de una tabla de sinh-1 x con siete dígitos significativos.”

Dado el coste de realizar los cálculos, Chandrasekhar dejó a su vez tablas manuscritas de los mismos en la biblioteca de la Royal Astronomical Society. Hay que añadir que la Brunsviga era propiedad de Eddington, que no sólo se la prestó a Chandrasekhar, sino que acudió muchas veces a visitarlo e interesarse por el desarrollo de los cálculos. Éste fue uno de los motivos -quizás el principal- por los que el posterior y sorpresivo ataque de Eddington a los resultados de Chandrasekhar provocó a este último una profunda tristeza e irritación.

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La existencia de un paquete de datos…

Posted by Carlos en julio 8, 2008

… es muy atribulada, y a veces no nos damos cuenta de ello.

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“Central a nanobot, ¿me recibe?”: Radios con nanotubos de carbono

Posted by Carlos en noviembre 15, 2007

Las cosas han cambiado mucho desde que Nikola Tesla comenzó a trabajar en la emisión de radiofrecuencias allá por 1891. Sin embargo -consideraciones tecnológicas al margen- la estructura funcional de un receptor de radio actual sigue siendo muy similar a la de aquellos enormes dispositivos en los que nuestros bisabuelos escuchaban telenovelas. Básicamente, un receptor de radio consta de una antena que recibe las transmisiones de radiofrecuencia, un sintonizador que filtra la señal dentro de una rango de frecuencias de interés, un amplificador que aumenta la potencia de la señal, y un desmodulador que extrae de la señal modulada de alta frecuencia la información contenida en dicha modulación, pasándola típicamente a un altavoz o dispositivo análogo. Gracias a la miniaturización de los componentes electrónicos, se ha conseguido reducir el tamaño de los receptores de radio de la escala del metro a la del milímetro.

L�nea temporal de la radio de nanotubos
Courtesy Zettl Research Group, Lawrence Berkeley National Laboratory and University of California at Berkeley.

El siguiente paso lo acaban de dar K. Jensen y colaboradores, investigadores de la Universidad de Berkeley, reduciendo el tamaño del dispositivo a la escala de los 200nm, tal como describen en un artículo titulado

publicado en Nano Letters. La idea del diseño de Jensen et al. consiste en emplear un único nanotubo de carbono para realizar las funciones de los cuatro componentes funcionales de la radio descritos anteriormente. Este nanotubo se conecta a un electrodo y se sitúa en la proximidad del contraelectrodo, en un entorno de vacío. Al aplicar corriente continua al sistema, el extremo del nanotubo se carga negativamente, y lo sensibiliza a las oscilaciones del campo electromagnético. Esto hace que el nanotubo vibre al recibir las ondas de una transmisión electromagnética. No obstante, estas vibraciones son sólo significativas cuando la frecuencia de la onda coincide con la frecuencia natural de vibración del nanotubo, que puede ajustarse a voluntad durante la operación del dispositivo. La amplificación de la señal puede realizarse a través del ajuste de la corriente que alimenta el sistema, y la desmodulación se produce a través de las variaciones en el campo eléctrico emitido por el nanotubo.

Los autores del trabajo han estudiado visualmente el funcionamiento del sistema a través de un microscopio electrónico. Puede verse un ejemplo en el vídeo inferior, que muestra la recepción por parte del nanotubo de una emisión por radio del tema principal de La Guerra de las Galaxias. Como puede apreciarse, mientras el nanotubo no esta sintonizado con la frecuencia de la señal, éste es visible sin dificultad, pero en el momento en el que comienza la vibración en resonancia se pierde de vista (la frecuencia de la emisión es de 251 MHz). Éste y otros vídeos -como por ejemplo uno de la recepción de “Good Vibrations” de los Beach Boys, tema muy apropiado para la ocasión- están también disponibles con mayor calidad (formato Quicktime) en la página de material suplementario del artículo.

Este tipo de invenciones van más allá de lo que puede ser la simple construcción de dispositivos inalámbricos más pequeños o simples, abriendo la puerta a aplicaciones tales como nanodispositivos controlados por radio capaces de operar en ambientes como el interior del cuerpo humano.

(¡Gracias Paco!)

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Soylent Grid: Cómo convertir los CAPTCHA en un sistema de computación humana distribuida

Posted by Carlos en octubre 17, 2007

CAPTCHA A poco que uno se mueva por la red las posibilidades de enfrentarse a un CAPTCHA aumentan rápidamente. Basta con querer escribir un comentario en algún blog, crear una cuenta de correo electrónico, o acceder por primera vez a algún servicio on-line para que con gran probabilidad nos muestren alguna combinación distorsionada de caracteres que debemos identificar para proseguir. Este tipo de rudimentario test de Turing es preciso para evitar abusos en estos sistemas, impidiendo que bots accedan a los servicios. La idea básica es que el esfuerzo necesario para resolver uno de estos desafíos (de estar bien diseñado) sería enorme -imposible de manera ideal- para un sistema automatizado, pero mínimo para un humano, quizás unos pocos segundos.

Partiendo de la base de lo anterior, cabría preguntarse si ese esfuerzo cognitivo realizado por los usuarios humanos podría aprovecharse de algún modo adicional al de la propia detección de bots. Hay que tener en cuenta que aunque individualmente dicho esfuerzo es mínimo, si hay miles, centenares de miles o incluso millones de personas conectadas a Internet y sometidas a un CAPTCHA a diario, el esfuerzo acumulado pasa a ser enormemente considerable. Una utilidad para el mismo es la que Stephan Steinbach, Vincent Rabaud y Serge Belongie, del Departamento de Informática e Ingeniería de la Universidad de California San Diego, han propuesto en un trabajo titulado

presentado en la conferencia Interactive Computer Vision 2007. La idea de estos investigadores es la de emplear este esfuerzo cognitivo para el etiquetado o segmentación de imágenes, con vistas a su utilización en por ejemplo aplicaciones de asistencia a personas con discapacidad visual. Pensemos en lo siguiente: al entrar a un cierto sitio web se nos muestran una serie de fotografías de productos de un supermercado, y se nos pide que identifiquemos aquellas que contienen un determinado producto o clase de productos (conservas, bebidas gaseosas, etc.). De entre estas fotografías habrá unas cuantas que ya están correctamente etiquetadas con antelación. Si el usuario falla en la identificación de éstas no ha pasado el CAPTCHA y se le niega el acceso. Por el contrario, si las identifica correctamente, se asume que su respuesta a las fotografías no etiquetadas es la correcta (por supuesto en todo el proceso el usuario no sabe qué imágenes son de control y cuáles no, por lo que intenta contestar siempre correctamente). Mediante un adecuado dimensionamiento del número de fotografías se puede garantizar que por pura combinatoria la probabilidad de que se pase el test al azar, o de que conteste correctamente a las preguntas de control e incorrectamente a las no etiquetadas es muy pequeña. Más aún, el hecho de que hay miles de usuarios permitiría eliminar fácilmente este tipo de errores de etiquetados a través de análisis estadísticos.

Los tipos de prueba en los que los autores están pensando son cuatro: identificar el nombre de un objeto, identificar las fotografías que tengan un cierto objeto o las diferentes apariciones de un cierto objeto en una fotografía, dibujar el contorno de un objeto en una fotografía, o identificar si una imagen es estéticamente agradable o no. Este tipo de cuestiones serían proporcionadas por un grupo de investigación a las organizaciones cliente (aquellas que quieren disponer de CAPTCHA en sus páginas web), que se beneficiarían de un sistema de detección de bots eficaz y barato, a la vez que proporcionarían información muy útil a los investigadores. Todos contentos.

Como nota anecdótica, el nombre Soylent Grid es por supuesto una referencia a la película de ciencia-ficción Soylent Green (“Cuando el destino nos alcance“). Y es que el ingrediente básico tanto de la supuesta comida a base de plancton que da el nombre a la película, como de la red computacional que en este caso se usaría es el mismo.

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Micrografías: Arte al Microscopio Electrónico

Posted by Carlos en septiembre 26, 2007

Al amparo de la International Conference on Electron, Ion, and Photon Beam Technology and Nanofabrication se viene realizando en los últimos años un concurso de micrografías, fotografías tomadas al microscopio y que suelen capturar objetos cuyo tamaño va de unos nanómetros a unas micras. Algunas son realmente espectaculares, como por ejemplo las dos que siguen, un micro-Manhattan con rascacielos de dos micras de alto, y un inodoro en el que con suerte cabría un ejemplar de Escherichia coli.

West Side Story Chisai Benjo

Claro que aquellos con espíritu más geek encontrarán más atractivas una reproducción del USS Enterprise de 8.8 micras, o una prueba de que el lado oscuro de la fuerza opera en el rango de los 200 nanómetros (ir al final de la página). Como dice el slogan del concurso, una buena micrografía vale más que el megabyte que ocupa.

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Computación in fluido: De la lógica de burbujas a los dispositivos microfluídicos inteligentes

Posted by Carlos en septiembre 18, 2007

Hace unos meses hablábamos de la creación de microjets mediante un haz láser, y cómo éstos se podrían emplear para controlar el flujo de líquido a través de canales microscópicos. Este tipo de procesos caen dentro del ámbito de los microfluidos, cuyas aplicaciones en biotecnología, ingeniería, física, etc. no hacen más que aumentar desde su emergencia en los años 90. Típicamente, los procesos en este área se basan en el empleo de sustancias líquidas que se hacen fluir por canales cuyo tamaño es del orden de micrómetros, usando dispositivos eléctricos o mecánicos para controlar el sistema (hay una presentación -muy interesante- de carácter general sobre el área aquí). De esta manera se pueden realizar reacciones químicas sumamente precisas de manera controlada y a gran velocidad.

De acuerdo con lo anterior, en un sistema como el descrito existe una clara distinción entre los materiales que intervienen en la reacción y los mecanismos de control de la misma. El siguiente paso es eliminar dicha distinción, o al menos minimizarla, haciendo que el propio flujo de los materiales contenga la información de control del proceso. Es lo que se denomina “lógica de burbujas microfluidica”, y fue introducida por Manu Prakash y Neil Gershenfeld, ambos del MIT, en un artículo titulado

publicado en Science. La idea básica es construir dispositivos con microcanales por cuyo interior fluye un líquido conductor (por ejemplo agua). En dicho líquido conductor se insertan gotas de otro líquido o burbujas de gas (nitrógeno en el trabajo descrito) cuya escala es de nanolitros. La dinámica del flujo de estas burbujas está determinada por dos cantidades adimensionales, el número de Reynolds y el número capilar. Usualmente la primera cantidad es muy baja, lo que indica que el flujo es laminar y simple. La segunda cantidad indica la relación entre la viscosidad y la tensión superficial, y determina si la burbuja se mantiene estable o se disgrega al llegar a una bifurcación en los canales. A grandes rasgos, cuando se produce una de estas bifurcaciones en los canales una burbuja desplazándose en el interior del fluido elige la rama que ofrece menos resistencia. Lo interesante es que cuando ocurre esto, el propio paso de la burbuja por el canal altera su resistencia (la aumenta), por lo que una burbuja que llegue después puede optar por la otra rama. Esto puede emplearse para construir circuitos lógicos mediante un adecuado diseño de los canales.

Microfluidic AND-OR gate
Credit: M. Prakash and N. Gershenfeld

Imaginemos por ejemplo el dispositivo ilustrado en la figura superior, en la que el canal inferior izquierdo es más ancho que el derecho, y ofrece por lo tanto menos resistencia. Una burbuja que llegue al punto de bifurcación desde la izquierda (A) o desde la derecha (B) optará por dicha rama, por lo que en la práctica esta rama computa A OR B. En caso de que lleguen burbujas de ambas ramas (dentro de una ventana de tiempo del orden de 0.5 ms en este ejemplo) , el paso de la primera burbuja por la rama inferior izquierda aumenta su resistencia, por lo que la siguiente pasa por la inferior derecha, que en la práctica computa A AND B. De manera análoga pueden diseñarse otras puertas lógicas, e incluso dispositivos más complejos como biestables, contadores, etc. Pueden verse diferentes vídeos (en formato MPG) de estos dispositivos aquí.

Un sistema como el descrito tiene el inconveniente de la velocidad en relación a su equivalente electrónico (1000 veces más rápido, aunque hay que decir que se puede reducir esta diferencia mediante la reducción de la escala de las burbujas), pero sigue siendo 100 veces más rápido que un sistema de control basado en válvulas y dispositivos externos. Pero sobre todo la gran ventaja de este tipo de sistemas es el hecho de que cada gota o burbuja puede llevar una carga química, lo que permite “programar” reacciones químicas muy complejas, y quien sabe si puede abrir la puerta en el futuro a dispositivos inteligentes en los que reacciones químicas internas alteren el flujo de control de manera dirigida. Esto sería de gran interés en química combinatoria o en diseño de fármacos, y ha llegado a hacer que surjan cuestiones de largo alcance, algunas de las cuales las plantea Irving R. Epstein, de la Brandeis University, en un trabajo titulado

publicado en el mismo número de Science que el artículo anterior y que otro artículo de Michael J. Fuerstman y colaboradores, de la Universidad de Harvard y de la Academia Polaca de Ciencias, titulado

en el que muestran como la combinación de la no-linearidad de la dinámica de las burbujas al llegar a las bifurcaciones y la linearidad del flujo de líquido a través de los canales permite codificar y decodificar información (análoga o digital) en una secuencia de burbujas. Las posibilidades de estos dispositivos -en los que como Prakash y Gershenfeld comentan, se une química y computación- son realmente apasionantes.

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Project Hostile Intent: Reconocimiento pre-crimen en los aeropuertos

Posted by Carlos en agosto 9, 2007

El sabio refranero dice que más vale prevenir que curar, y quizás en eso estaba pensando Philip K. Dick cuando escribió “Minority Report” e ideó la departamento de pre-crimen. Y aunque la moraleja de la historia -más clara en el relato que en la película- es que el sistema no podía funcionar, en estos tiempos de extremas medidas de seguridad en los aeropuertos los EE.UU. están trabajando en algo que se asemeja mucho a ese sistema. El proyecto en cuestión se denomina Hostile Intent, y se basa en la detección de individuos peligrosos a través de reconocimiento corporal. La justificación básica del proyecto está en el hecho de que hay todo un repertorio de respuestas corporales involuntarias con las que expresamos nuestros sentimientos y percepciones. Por poner un ejemplo, los famosos polígrafos intentan monitorizar variaciones de pulso, presión sanguínea, etc. para detectar (con fiabilidad cuestionable, todo hay que decirlo) cuando el sujeto tiene percepción de estar mintiendo. En este caso, la idea es analizar además los denominados “micro-gestos”, pequeñas muecas y acciones gestuales que realizamos con las cejas, la boca, la nariz, etc. y mediante las que expresamos felicidad, miedo, asco, tensión, angustia, …

Desde hace unos años se ha venido desarrollando pruebas para verificar la viabilidad de este tipo de reconocimiento. Concretamente, dentro del programa SPOT (Screening Passengers through Observation Techniques) se han entrenado agentes encubiertos que dispersos por el aeropuerto entablan conversación casual con diferentes pasajeros, y evaluaban el riesgo potencial en el sujeto. Con este sistema se ha llegado a identificar a delincuentes de diferente tipo, pero aunque la idea básica es prometedora, la conclusión parece ser que no es viable realizarla mediante agentes encubiertos por el alto coste y baja cobertura que supone. La alternativa es emplear sistemas automáticos de detección, mediante cámaras que analizan el rostro de los pasajeros en el aeropuerto, y láseres que escanean la piel a modo de polígrafo no-invasivo. En eso se está trabajando, y se planea tener el sistema en funcionamiento generalizado para el 2012.

Sensors tested for Project Hostile Intent aim to identify signs of deception right on the spot (credit: Homeland Security)
Credit: USA Homeland Security

Así a vuelapluma, la fecha prevista parece muy optimista dada la dificultad del objetivo. El reconocimiento facial es uno de las áreas más activas dentro del campo del aprendizaje automático, pero en este caso confluyen diferentes problemáticas. La primera es la adquisición y pre-procesamiento de las imágenes, algo que hay que realizar en tiempo real, en entornos no controlados (la idea no es sentar a cada pasajero en una silla delante de una cámara y con una iluminación uniforme, sino analizarlos mientras deambulan por el aeropuerto), y con miles de sujetos a la vez. La segunda es el entrenamiento, que debe contar con un corpus de datos lo suficientemente representativo, y que debe capturar el conocimiento de los expertos humanos no sólo a la hora de identificar micro-gestos, sino de analizarlos a la luz del contexto general del sujeto y de la situación en la que se halle. La tercera es identificar que patrones de micro-gestos corresponden realmente a individuos potencialmente peligrosos (no es lo mismo lo que puede sentir y expresar un contrabandista que un fanático psicópata). Suponiendo que todo lo anterior se soluciona, hay otra consideración de índole práctica: si el sistema se pusiera en marcha y funcionara, ¿qué iban a tardar los delincuentes en maquillarse o enmascararse de algún modo? En fin, muy posiblemente el proyecto no consiga el objetivo que se marca, pero por el camino quizás salgan cosas interesantes en visión por computador o en aprendizaje automático.

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Biotrajes espaciales: La segunda piel

Posted by Carlos en julio 26, 2007

Si uno observa alguna de las famosas imágenes de Neil Armstrong caminando sobre la Luna, o las de cualquier astronauta actual realizando alguna labor de mantenimiento por el exterior del transbordador espacial observará que a pesar de los 40 años transcurridos no hay gran diferencia entre los trajes espaciales de los protagonistas. Por supuesto, la tecnología ha avanzado enormemente y se han conseguido mejoras sustanciales en materiales, electrónica, capacidad de soporte vital, etc. Sin embargo, la idea básica sigue siendo la misma: situar al astronauta dentro de una burbuja presurizada. El resultado no es sólo incómodo y pesado (alrededor de 150 kg), sino que limita la movilidad del usuario, y le deja a merced de una descompresión fatal en caso de que se produzca una perforación accidental.

Dava Newman in space biosuit - Copyright 2005 Volker Steger / Science Photo LibraryTodo esto puede cambiar con los biotrajes espaciales que se están desarrollando en el MIT, bajo la dirección de la Prof. Dava Newman. El concepto de los mismos es totalmente diferente al anterior, y se asemeja más al de una malla elástica al estilo de lo que la ciencia-ficción clásica solía imaginar. La idea básica es la de disponer de un traje que se ajuste al cuerpo, aplicando presión sobre el mismo para aislarlo del posible vacío exterior (puede verse una recreación en la imagen lateral; evidentemente, las zapatillas deportivas no forman parte del traje). Esto permitirá sobre todo que brazos y piernas tengan mucha mayor libertad de movimientos (para el torso no es precisa tanta flexibilidad, y se puede disponer de un chaleco rígido, amén de un casco, como es lógico). Para combinar esta flexibilidad con la necesidad de disponer de un soporte estructural que dé consistencia al conjunto, los investigadores del MIT trabajan en identificar las denominadas “líneas de no-extensión” en brazos y piernas, esto es, segmentos longitudinales que pueden doblarse, pero no extenderse. A partir de estas líneas de no-extensión puede llegar a definirse una especie de exoesqueleto que asista al astronauta (y que le ayude a mantener la musculación, ejerciendo cierta resistencia al movimiento).

Por supuesto, el traje podrá estar dotado de todo tipo de tecnología electrónica, incluyendo por ejemplo sistemas de auto-reparación. Incluso en el caso en el que se produzca una perforación en el traje bastaría con realizar el equivalente a una vendaje sobre la zona dañada para evitar la descompresión (en una de las últimas películas de de Star Trek, Worf usaba un torniquete en un momento de apuro en el exterior de la USS Enterprise). Más aún, la capa externa del traje podría ser reciclable y/o desechable, aplicándose mediante un spray sobre la malla interna, lo que podría ser de gran utilidad a la hora de realizar reparaciones rápidas sobre el terreno. Todo esto está evidentemente en pañales, pero si la raza humana pretende extenderse alguna vez por el espacio, es algo que sin duda habrá que resolver convenientemente.

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Sushi USB

Posted by Carlos en julio 21, 2007

Los amantes de la comida japonesa están de enhorabuena con este pendrive de 1GB que demuestra que el sushi es compatible con los ordenadores. Deliciosa y saludable memoria, sin duda. Espero impacientemente que salga pronto el teriyaki USB.

Sushi USB

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Alfombrillas energéticas: Adiós a los cables

Posted by Carlos en julio 18, 2007

Hace ya algunos meses que surgió la noticia de los avances en materia de transmisión inalámbrica de energía. Este objetivo ha dado un nuevo paso adelante en el marco de lo que se viene a denominar inteligencia ambiental, esto es, el diseño de un entorno electrónico que sea sensible a la presencia de personas u otros dispositivos electrónicos, y que interactúe con ellos de manera automática, adaptativa, y personalizada. Concretamente, un equipo de investigadores de la Universidad de Tokio encabezado por el Prof. Takeo Someya ha diseñado un dispositivo de transmisión de energía en forma de láminas de plástico, tal como describen en un artículo titulado

y publicado en Nature Materials. De manera más precisa, este dispositivo es similar a una alfombrilla muy fina (de sólo 1mm de espesor) con la que podemos tapizar por ejemplo nuestra mesa de despacho. Esta lámina está dotada de una matriz de sensores de posición, y de unidades de transmisión de energía. De esta manera, puede detectarse sin necesidad siquiera de contacto la presencia de un dispositivo electrónico en su cercanía (mediante acoplamiento electromagnético). En ese caso, se trasfiere energía de manera selectiva e inalámbrica hacia el mismo a través del campo electromagnético generado por unas bobinas de cobre controladas por un circuito con tecnología MEMS (microelectromechanical system) impreso en la lámina. El prototipo implementado hasta el momento tiene un área de 21 x 21 cm2, pesa 50 gramos, y es capaz de transmitir unos 50 W con una eficiencia de en torno al 60%.

Wireless Power Sheet (credit Takao Someya)
Credit: Takao Someya

Si esta tecnología finalmente se desarrolla de manera industrial, podemos imaginar un nuevo entorno libre de cables, en el que simplemente con poner el portátil o la PDA en la mesa empezarán a recargarse automáticamente. Si a esto le unimos la conexión automática para intercambio de datos con el sistema de cómputo ambiental (algo mucho más trabajado en la actualidad) podemos empezar a tener una idea del entorno que nos espera a la vuelta de la esquina.

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