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Frank Allgöwer

Frank Allgöwer: El impacto de la ciencia básica

El vicepresidente de la agencia alemana DFG dice que la eficiencia de las redes inteligentes depende de nuevos paradigmas teóricos

Léo Ramos Chaves El ingeniero Frank Allgöwer sostiene que la falta de comprensión con respecto al funcionamiento de los sistemas complejos interconectados está provocando inestabilidadesLéo Ramos Chaves

La importancia de la investigación básica para el avance del conocimiento y el bienestar de la humanidad es un tema que interesa al ingeniero Frank Allgöwer, de 54 años. Y no sólo porque es el vicepresidente de la Fundación Alemana de Investigación Científica (DFG, por sus siglas en alemán), la agencia germana de fomento que se dedica a financiar proyectos normalmente vinculados a la investigación básica, cuyos temas son escogidos libremente por los investigadores. Experto en ingeniería cibernética, Allgöwer sostiene que la ciencia básica es fundamental para la resolución de problemas tecnológicos concretos y emergentes, y cita como ejemplo su propia línea de investigación, el estudio de sistemas complejos, aquéllos que funcionan en red y con un elevado grado de autonomía, consolidando avances tales como el desarrollo de vehículos autónomos y sistemas inteligentes de distribución de energía. De acuerdo con el investigador, director del Instituto de Teoría de Sistemas y Control Automático de la Universidad de Stuttgart, en Alemania, la falta de comprensión teórica acerca del funcionamiento de sistemas interconectados ya provoca inestabilidades ‒que se observan en las redes inteligentes de distribución de energía‒ y deben desarrollarse métodos capaces de prever el funcionamiento de sistemas complejos para controlar su comportamiento.

Éste y otros temas fueron abordados por Allgöwer en una conferencia que brindó en São Paulo, el 1º de diciembre. El evento forma parte del programa Leibniz Lecture, una iniciativa de la DFG para promover el diálogo entre los galardonados con el Premio Leibniz, uno de los más importantes que concede la ciencia alemana, con la comunidad científica. El ingeniero recibió el premio en 2004 por sus estudios en el área de teoría de sistemas no lineales y de control. La presentación también celebró el 10º aniversario del acuerdo de cooperación celebrado entre la DFG y la FAPESP, en función del cual ya se financiaron 14 proyectos de investigación dirigidos en forma conjunta por científicos de São Paulo y de Alemania, en diversas áreas del conocimiento. La DFG ha financiado, en total, 174 proyectos de investigación en Brasil, casi la mitad de ellos ‒86 proyectos‒ en el estado de São Paulo.

En el sistema de ciencia y tecnología de Alemania, la DFG tiene se orienta a financiar estudios donde el científico escoge el tema al cual se abocará, en general ligado a la ciencia básica. ¿Cuál es el impacto de este tipo de investigación?
En el país, la investigación impulsada por la curiosidad es vista como una fuerza creadora de conocimiento que, algunos años después, produce innovaciones y genera impactos en el sector industrial y en la sociedad. Se trata de investigación con un nivel elevado, que dispone de montos significativos de dinero que se destinan a la ciencia básica en Alemania. Mientras que en la investigación que conducen las empresas las informaciones están protegidas y existe la preocupación de no revelar a la competencia datos sensibles, en la investigación básica el interés está centrado en contar con la participación de grupos de todo el mundo trabajando en forma mancomunada en temas interesantes. Y eso es algo que en Alemania funciona bien.

¿De qué se trata la nueva cibernética para el siglo XXI al respecto de la cual usted vino a brindar una conferencia en São paulo?
Es algo que tiene mucho que ver con el tema anterior, con la investigación básica. Estamos asistiendo a la aparición, cada vez más frecuente de redes complejas. Ellas surgen en varias áreas, tal como ocurre con la denominada industria 4.0, donde las líneas de producción flexibles se basan en máquinas trabajando juntas en forma inteligente y fabricando diferentes bienes y mercaderías del modo más barato y productivo posible. Se construyen redes en todas partes. Pero aún hay poca comprensión sobre su funcionamiento y cuáles son los principios básicos que subyacen tras las redes complejas. El resultado es que, en estos momentos, ellas no son completamente seguras. Tómese el ejemplo de las redes inteligentes de energía, aquéllas denominadas smart grids. Antaño, la producción de energía estaba a cargo de grandes centrales. Hoy hay cada vez más energía renovable que se produce en pequeñas centrales y se distribuye en forma descentralizada mediante redes inteligentes. En algunos lugares del mundo, incluso en Estados Unidos, se han producido apagones que dejan áreas enteras sin energía. No se trata de un inconveniente con una central generadora de electricidad o con una línea de transmisión, sino de cuestiones relacionadas con el funcionamiento de las redes. La gente no logra comprender por qué ocurren estas cosas. La nueva cibernética intenta aportar comprensión para tales fenómenos, realizando investigación básica y estudiando por qué algo funciona o no. La meta consiste en disponer de garantías de que los sistemas interconectados funcionarán en forma adecuada. Es importante que la investigación básica atienda a las necesidades de las tecnologías existentes.

James McLurkin Enjambres de robots, máquinas que trabajan en conjunto e interactúan, cuestan cada vez más baratosJames McLurkin

En su opinión, ¿cuál es el futuro de los sistemas inteligentes de distribución de energía?
Voy a contar el ejemplo de Alemania, donde tenemos una situación muy peculiar. La energía renovable que se consume en el sur del país, de origen eólica, se produce en el norte y hay que transportarla desde un lugar a otro. Eso se hace por medio de sistemas de distribución descentralizados y no por medio de grandes líneas de transmisión. Cuando hay mucho viento, se produce mucha energía. Cuando el mismo es escaso, se recurre a fuentes renovables de otros lugares, cuyo origen es solar o hidroeléctrico, por medio de las smart grids. Es muy importante que contemos con sistemas inteligentes de distribución de energía para hacer un uso adecuado de la energía renovable. Puede imaginarse que en los países en desarrollo, las smart grids serán importantes. Creo que la investigación básica, y no sólo la aplicada y la innovación, deben aportar su contribución para ese desarrollo. Debemos asegurar que no habrá una catástrofe en el funcionamiento de los sistemas en red, generando inestabilidades o pérdida de producción de energía.

¿Podría explicar en qué consiste el “método de control predictivo no lineal” con el que usted trabaja? ¿Cuáles son sus aplicaciones?
Hay algoritmos informáticos que ya permiten controlar sistemas en diversas áreas. Queremos entender qué es y cuándo está funcionando o fallando, así como hallar las soluciones para garantizar un buen funcionamiento. El término control está relacionado con sistemas sobre los cuales se desea ejercer influencia para que se comporten de determinada forma. El control predictivo es un método singular que se basa en la idea de que se puede disponer de un modelo matemático del sistema que se desea controlar para entonces predecir el comportamiento de ese sistema, asumiendo que aplicaremos sobre él algún estímulo. En cuanto a lo predictivo, esto alude al hecho de que el modelo se propone evaluar lo que sobrevendrá. La no linealidad es un término matemático que explica comportamientos no esperados en sistemas complejos, si uno duplica un estímulo, ello no significa que la respuesta será dos veces mayor, pero puede producir algo completamente diferente. La naturaleza, por ejemplo, es típicamente no lineal.

¿Hasta qué punto el funcionamiento de la naturaleza inspira el estudio de las redes complejas?
El enfoque de mi grupo apunta más al aspecto tecnológico, pero los principios básicos, la matemática y la metodología son los mismos de los grupos que estudian tales fenómenos desde el punto de vista de la naturaleza. Podemos observar a la naturaleza y aprender a resolver problemas con ella. Un ejemplo en particular son los pájaros volando en bandada. Para enfrentar el ataque de un águila, ellos se agrupan y enfrentan al predador como una masa de animales. No se preocupan demasiado por el sitio hacia dónde vuelan, pero permanecen unidos y logran evitar colisionar unos con otros. Esto ha sido objeto de investigación desde hace varias décadas: ¿cómo es que los pájaros logran hacer eso? ¿Toman como referencia al pájaro vecino? ¿Toman como referencia a dos de ellos? ¿Sólo ven en una dirección sin ver lo que se encuentra detrás? ¿Cómo perciben al entorno para lograr este comportamiento perfecto en el aire, sin colisiones? Lo que se descubrió ya se está aplicando en el caso de robots móviles. Las aves observan simultáneamente a cinco pájaros vecinos. Cada uno de los integrantes de la bandada visualiza exactamente a cinco pájaros. Es indistinto si la bandada está conformada por decenas de pájaros o por centenas. Cada uno observa a cinco vecinos y eso resulta suficiente para lograr un comportamiento perfecto.

¿Ello está relacionado con el estudio sobre enjambres de robots, pequeñas máquinas que trabajan en conjunto e interactúan?
Ésa no es exactamente mi área de estudio. Yo soy un teórico e ideo métodos para investigar la robótica en enjambre. Pero sé que hay mucho de ello en estudio. Una de las cosas que han cambiado en relación con una década atrás es que hoy resulta muy barato construir pequeños robots que trabajan en grupo. Antiguamente, las instituciones de investigación con proyectos en esa área solicitaban montos elevados a agencias tales como la DFG o la FAPESP, porque necesitaban una centena de pequeños robots y cada uno de ellos costaba muy caro. Ahora son mucho más baratos. Esa es un área de investigación muy activa en Alemania.

¿Qué retos tecnológicos se encuentran involucrados en el desarrollo de la mentada industria 4.0?
Los cambios tecnológicos ya han ocurrido. Disponemos de sistemas en bases descentralizadas y habilidades cognitivas desarrolladas. También se pueden producir grandes cantidades de datos y comunicarlos. Los sistemas de comunicación produciendo en forma conjunta ya están a nuestro alcance. El tema ahora pasa por el desarrollo de usos específicos. Ese es el desafío de la industria 4.0. No se trata de avances en el sentido de desarrollar sensores o alguna tecnología en particular, sino de obtener una comprensión más profunda, además de construir escenarios de aplicación y estandarización: por ejemplo, lograr que los robots de diferentes empresas puedan interactuar fácilmente unos con otros, es decir, hablar un mismo idioma.

Tony Webster/ Flickr Energía eólica producida en el norte de Alemania y distribuida por el sur del país en forma descentralizada por medio de redes inteligentesTony Webster/ Flickr

Según su análisis, los países en desarrollo, como es el caso de Brasil, ¿se encuentran preparados para este cambio?
Brasil es un país que ha puesto bastante énfasis en las tecnologías de manufactura, así como China o la India. Por lo que sé, en Brasil hay muchas actividades en curso en el sentido de la industria 4.0, incluso proyectos cofinanciados por la DFG. En esa área hay colaboración entre investigadores brasileños y alemanes.

¿Cuándo dispondremos de vehículos autónomos en las calles de las grandes ciudades?
Creo que hay dos tipos diferentes de desarrollo que debemos diferenciar. Uno tiene que ver con vehículos, tales como camiones y ómnibus, capaces de transitar en forma autónoma por ciertos tipos de vías, tales como las carreteras que conectan las grandes ciudades. Creo que estamos muy cerca de contar con camiones y autobuses rodando en forma autónoma por esas vías. El otro es disponer de automóviles autónomos en las calles de una ciudad interesante como São Paulo, entre peatones y congestionamientos en algunas vías. Eso constituye un reto. Todavía va a llevar un tiempo hasta que tengamos una cifra significativa de automóviles autónomos en esas condiciones. Pero no se trata solamente de un escollo tecnológico. También hay asuntos legales involucrados. ¿Quién sería el responsable si chocaran los autos autónomos? ¿El fabricante? ¿El dueño? ¿O el programador que creó los códigos que utilizan los vehículos? Habrá que resolverlo antes de poner en las calles una gran cantidad de vehículos autónomos.

¿Qué análisis hace de los 10 años de colaboración entre la DFG y la FAPESP, que resultó en la financiación de 14 proyectos?
El análisis es nuestro punto fuerte como agencia de financiación a la investigación, pero no considero apropiado enfocarnos solamente en los números o concluir que, cuantos más proyectos financiados en forma conjunta, mejor es la cooperación. Lo importante es la calidad de esa colaboración y la posibilidad de poner a trabajar juntos a buenos investigadores de ambos países en proyectos relevantes. En ese sentido, estamos muy satisfechos con el acuerdo de cooperación. La DFG y la FAPESP piensan y trabajan en forma muy similar, y el desarrollo de proyectos conjuntos funciona en forma fluida.

¿Cuáles son esas similitudes a las que usted se refiere?
Entiendo que la FAPESP, así como la DFG, trabaja en forma bastante independiente. No seguimos órdenes de gobierno al respecto de los proyectos que debemos financiar o no. El enfoque, evidentemente, está puesto en la calidad: la calidad de la investigación, de los proyectos, de los científicos. Eso es primordial. Existen otras similitudes. Tanto en la FAPESP como en la DFG, los investigadores tienen la posibilidad de elevar proyectos en cualquier momento. No hay una o dos fechas límites al año para la presentación de proyectos, tal como ocurre en el caso de algunas agencias. Con modelos similares, les resulta fácil a ambas instituciones trabajar en conjunto.

La DFG coopera con otros países de América Latina, tales como Argentina, Chile, México y Colombia. ¿Cuál es la importancia del convenio con la FAPESP dentro del conjunto de iniciativas de la DFG en la región?
Este acuerdo es nuestro estandarte. La única ciudad latinoamericana donde la DFG posee una oficina es en São Paulo. En cuanto a la relación con Brasil y con el estado de São Paulo, la FAPESP, en particular, es uno de nuestros contactos principales.

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