Forma adaptativa
Adaptando la forma de los robots
Se desconocen las condiciones que encontrarán los robots. Su programación debe incluir una amplia variedad de comportamientos adaptativos. Los robots deben tener suficiente autonomía e inteligencia para elegir comportamientos estratégicamente de una "bolsa de trucos" a bordo.
Más allá del comportamiento adaptativo existe una forma o estructura adaptativa. Si estudiamos los diferentes tipos de robots enviados a la Luna antes de que comenzara la exploración humana, podemos rastrear una adaptación de la forma.
Al principio, los ingenieros aeroespaciales sabían muy poco sobre las condiciones de la superficie de la Luna. Los astrónomos pudieron ver que la superficie de la Luna está cubierta de cráteres. A partir de la lluvia de meteoros y meteoritos que caen en la atmósfera terrestre, predijeron acertadamente que la superficie sin aire de la Luna debe estar cubierta de polvo. No sabían cuán profundo era el polvo. Además, no pudieron predecir si las capas de polvo eran estables. ¿Qué pasaría si las capas se deslizaran fácilmente unas sobre otras? ¿Podrían los astronautas caminar erguidos en la Luna? ¿O resbalarían y caerían, y se hundirían en una capa de polvo tan espesa que se los tragaría? Uno no puede enviar personas, no importa cuán valientes que sean, para enfrentar condiciones extremas y desconocidas. Fue sensato enviar robots primero.
Los ingenieros aeroespaciales condenaron a la destrucción a la llegada de los primeros robots que enviaron a la Luna. Los robots eran simplemente cámaras automáticas que miraban hacia adelante y tomaban fotografías a medida que se acercaban a la Luna. Cada fotograma de televisión sucesivo procedía de un rango más cercano, mostrando un área cada vez más pequeña con cada vez mayor detalle. El último cuadro siempre estaba incompleto porque el choque terminó con la transmisión.
La siguiente serie de robots tenía una estructura considerablemente mayor. La NASA los diseñó como vehículos de tres patas con grandes almohadillas para los pies y los dotó de un motor cohete que disparaba entre sus piernas. Este arreglo permitió a los robots realizar aterrizajes suaves en la Luna. No tenían ruedas ni articulaciones de piernas móviles y no podían viajar a ninguna parte. Ni siquiera podrían nivelarse si uno de sus pies aterrizara en una roca.
Todos los robots llevaban una cámara. La NASA montó la cámara sobre ruedas giratorias para tomar fotos en casi cualquier dirección. La cámara solo podía girar y mirar hacia arriba y hacia abajo a través de una rendija estrecha, pero los operadores pegaron las imágenes en un panorama completo. Especialmente, los ingenieros de la NASA se aseguraron de poder enfocar la cámara en las patas del robot.
Las primeras patas eran excesivamente grandes porque nadie sabía lo grandes que tenían que ser para mantenerse encima del polvo. Las fotos de los “footpads” [almohadillas para los pies] fueron muy importantes. Los ingenieros estudiaron las imágenes para averiguar qué tan profundo se hundían las almohadillas en el polvo mientras soportaban el peso del robot.
La NASA diseñó las almohadillas para los pies del módulo de aterrizaje lunar tripulado y los zapatos de los astronautas de acuerdo con hallazgos anteriores. Las almohadillas posteriores eran más pequeñas que las anteriores en relación con el peso que tenían que soportar. Los ingenieros tenían una mejor idea de cuán grandes debían ser las almohadillas para los pies. La NASA no hizo las almohadillas para los pies excesivamente grandes porque los ingenieros querían reducir el peso de las mismas. El ahorro de peso permitió agregar instrumentos y capacidades adicionales a la carga útil de la misión.
De esta historia podemos ver que los ingenieros aeroespaciales modificaron la forma o estructura de los robots de acuerdo con nuevos propósitos y un mejor conocimiento de las condiciones. Esto es diseño creativo. Notemos, sin embargo, que fueron los diseñadores quienes tuvieron la creatividad. Ninguno de los robots que llegaron a la Luna tenía suficiente inteligencia artificial o capacidad mecánica para adaptar su forma a condiciones imprevistas. Una vez que los robots encontraron el terreno estable, ninguno de ellos pudo quitarse las almohadillas de gran tamaño y usar el material innecesario para algún otro propósito.
Los ingenieros aeroespaciales tienen que desarrollar robots para explorar entornos desconocidos antes de que pueda comenzar la exploración humana. Un objetivo de diseño es siempre programar un comportamiento adaptativo, especialmente a medida que los sitios de exploración se vuelven cada vez más remotos y la consulta oportuna con los controladores terrestres se vuelve imposible. Un objetivo de diseño superior sería proporcionar una estructura adaptativa, pero en la actualidad sigue siendo un sueño de ciencia ficción.
Sin embargo, cuanto más lejos enviemos a los robots, más tendremos que pensar en cosas así. Nos gustaría encontrar formas de programar el comportamiento adaptativo e incluso la forma adaptativa. Eso será diseño creativo en su máxima expresión.
El origen de la variación de forma adaptativa
Darwin fue un creacionista. Presentó al mundo científico la idea de que Dios pudo haber usado el mecanismo de variación de forma adaptativa para crear las diferentes especies. En la visión de Darwin, pequeñas variaciones de formas adaptativas podrían acumularse en algunos individuos de una especie hasta convertirse en una nueva especie.
Los ejemplos biológicos confirmados de variación adaptativa bajo presión ambiental son evidencia de un diseño altamente creativo programado en la naturaleza. Pero, ¿cómo se programó? ¿Fueron suficientes la mutación aleatoria y la supervivencia del más apto para establecer una capacidad que los ingenieros aún no pueden imitar? ¿O diseñó una gran inteligencia preexistente todas las formas de vida?
La idea de Darwin extrapolada al darwinismo
Distinto de la idea de Darwin de variación adaptativa es un concepto que llamaremos darwinismo. Los darwinistas creen que todas las especies vivas, incluida la humanidad, son variaciones naturalmente seleccionadas de un ancestro común. Además, sostienen que el ancestro común, el primer microorganismo, surgió de sustancias químicas sin vida por un accidente muy improbable. En ese momento, hace quizás 3.800 millones de años, o quizás mucho más recientemente, ciertas sustancias químicas hicieron una combinación afortunada y generaron la primera forma de vida que sobrevivió y se reprodujo. Los darwinistas dicen que el evento fue tan improbable que no pudo haber ocurrido más de una vez en la Tierra. Todos los organismos vivos presentes descienden del primer microorganismo. La variación aleatoria y la selección natural, actuando durante cientos de millones de años, han producido la rica variedad de formas de vida en la Tierra, según los darwinistas.
Las clasificaciones varían a través de reinos, ramas, filos, clases, cohortes, órdenes, familias, tribus, géneros y especies. Algunos autores simplifican las clasificaciones omitiendo ramas, cohortes y tribus. Existen los reinos de las plantas, los animales y los hongos y, por lo general, dos reinos para los organismos unicelulares. Las células protistas tienen núcleo y las procariotas no. Dentro de las especies (como el perro o el gato) existen variedades (como el “spaniel” o el “retriever”).
No fue Darwin, sino otros, en particular Thomas Henry Huxley (biólogo británico, 1825–1895), quienes aprovecharon la idea de Darwin y la extrapolaron a la propuesta de que todas las especies surgieron de una forma de vida primordial por selección natural sin ninguna intervención de pre-Inteligencia existente. Huxley tomó el origen de las especies y lo extendió hasta el origen del primer microorganismo. También lo extendió a los orígenes de géneros, familias, órdenes, clases, filos y reinos.
La mayoría de las ciencias tuvieron precursores en la superstición y la magia. Estas ideas obsoletas continúan plagando las ciencias. La astrología precedió a la astronomía, la alquimia precedió a la química, los chamanes intentaron curar antes de que existiera la medicina, y panteones de dioses y diosas se encargaron de cada fenómeno misterioso antes de que la cosmología fuera una ciencia. Existían rituales de fertilidad antes de que la ciencia descubriera la fertilización agrícola y la reproducción asistida.
La primera etapa en la historia de una ciencia es descriptiva. Los hechos científicos provienen de una observación cuidadosa. Por ejemplo, muchos medicamentos deben su descubrimiento a una cuidadosa clasificación de los efectos beneficiosos de varias hierbas. Más tarde, los experimentadores se las arreglan para hacer sus observaciones en condiciones controladas. El análisis de datos experimentales ayuda a formar modelos matemáticos. Los modelos se convierten en un cuerpo de teoría. En cierta etapa de desarrollo, la teoría ocasionalmente puede predecir fenómenos previamente no observados. La teoría, completamente desarrollada, conduce al tratamiento uniforme de una amplia gama de fenómenos aparentemente diversos. En física, esta última etapa, la era de las teorías de unificación, es el desarrollo más reciente.
La física, la química, la biología, las ciencias sociales y la psicología se encuentran en diferentes etapas de desarrollo en el esquema descrito anteriormente. También progresan a diferentes ritmos, lo que permite, por supuesto, un crecimiento acelerado cuando surgen grandes científicos.
La biología aún no es una ciencia tan precisa como la física o la química. Algunas de sus ramas, como la secuenciación del genoma, avanzan rápidamente hacia una mayor precisión. Biólogos talentosos están trabajando en hipótesis comprobables y experimentos cuantitativos, no en descripciones y especulaciones. Ahora hacen simulaciones por computadora y experimentos significativos para confirmar sus hipótesis antes de su publicación. El darwinismo, sin embargo, permanece donde comenzó, en la fase descriptiva del siglo XIX. La llamada “teoría de la evolución” no es más que un conjunto de argumentos de plausibilidad.
Los darwinistas proponen el crecimiento espontáneo de la complejidad no planificada. Su propuesta es incompatible con las leyes conocidas de la física. La ley física más general relevante para la noción darwinista es la segunda ley de la termodinámica. En capítulos posteriores estudiaremos cómo se aplica la segunda ley a los sistemas vivos. Las ciencias de precisión de la termodinámica y la teoría de la información excluyen la producción espontánea de información.
Adaptando la forma de los robots
Se desconocen las condiciones que encontrarán los robots. Su programación debe incluir una amplia variedad de comportamientos adaptativos. Los robots deben tener suficiente autonomía e inteligencia para elegir comportamientos estratégicamente de una "bolsa de trucos" a bordo.
Más allá del comportamiento adaptativo existe una forma o estructura adaptativa. Si estudiamos los diferentes tipos de robots enviados a la Luna antes de que comenzara la exploración humana, podemos rastrear una adaptación de la forma.
Al principio, los ingenieros aeroespaciales sabían muy poco sobre las condiciones de la superficie de la Luna. Los astrónomos pudieron ver que la superficie de la Luna está cubierta de cráteres. A partir de la lluvia de meteoros y meteoritos que caen en la atmósfera terrestre, predijeron acertadamente que la superficie sin aire de la Luna debe estar cubierta de polvo. No sabían cuán profundo era el polvo. Además, no pudieron predecir si las capas de polvo eran estables. ¿Qué pasaría si las capas se deslizaran fácilmente unas sobre otras? ¿Podrían los astronautas caminar erguidos en la Luna? ¿O resbalarían y caerían, y se hundirían en una capa de polvo tan espesa que se los tragaría? Uno no puede enviar personas, no importa cuán valientes que sean, para enfrentar condiciones extremas y desconocidas. Fue sensato enviar robots primero.
Los ingenieros aeroespaciales condenaron a la destrucción a la llegada de los primeros robots que enviaron a la Luna. Los robots eran simplemente cámaras automáticas que miraban hacia adelante y tomaban fotografías a medida que se acercaban a la Luna. Cada fotograma de televisión sucesivo procedía de un rango más cercano, mostrando un área cada vez más pequeña con cada vez mayor detalle. El último cuadro siempre estaba incompleto porque el choque terminó con la transmisión.
La siguiente serie de robots tenía una estructura considerablemente mayor. La NASA los diseñó como vehículos de tres patas con grandes almohadillas para los pies y los dotó de un motor cohete que disparaba entre sus piernas. Este arreglo permitió a los robots realizar aterrizajes suaves en la Luna. No tenían ruedas ni articulaciones de piernas móviles y no podían viajar a ninguna parte. Ni siquiera podrían nivelarse si uno de sus pies aterrizara en una roca.
Todos los robots llevaban una cámara. La NASA montó la cámara sobre ruedas giratorias para tomar fotos en casi cualquier dirección. La cámara solo podía girar y mirar hacia arriba y hacia abajo a través de una rendija estrecha, pero los operadores pegaron las imágenes en un panorama completo. Especialmente, los ingenieros de la NASA se aseguraron de poder enfocar la cámara en las patas del robot.
Las primeras patas eran excesivamente grandes porque nadie sabía lo grandes que tenían que ser para mantenerse encima del polvo. Las fotos de los “footpads” [almohadillas para los pies] fueron muy importantes. Los ingenieros estudiaron las imágenes para averiguar qué tan profundo se hundían las almohadillas en el polvo mientras soportaban el peso del robot.
La NASA diseñó las almohadillas para los pies del módulo de aterrizaje lunar tripulado y los zapatos de los astronautas de acuerdo con hallazgos anteriores. Las almohadillas posteriores eran más pequeñas que las anteriores en relación con el peso que tenían que soportar. Los ingenieros tenían una mejor idea de cuán grandes debían ser las almohadillas para los pies. La NASA no hizo las almohadillas para los pies excesivamente grandes porque los ingenieros querían reducir el peso de las mismas. El ahorro de peso permitió agregar instrumentos y capacidades adicionales a la carga útil de la misión.
De esta historia podemos ver que los ingenieros aeroespaciales modificaron la forma o estructura de los robots de acuerdo con nuevos propósitos y un mejor conocimiento de las condiciones. Esto es diseño creativo. Notemos, sin embargo, que fueron los diseñadores quienes tuvieron la creatividad. Ninguno de los robots que llegaron a la Luna tenía suficiente inteligencia artificial o capacidad mecánica para adaptar su forma a condiciones imprevistas. Una vez que los robots encontraron el terreno estable, ninguno de ellos pudo quitarse las almohadillas de gran tamaño y usar el material innecesario para algún otro propósito.
Los ingenieros aeroespaciales tienen que desarrollar robots para explorar entornos desconocidos antes de que pueda comenzar la exploración humana. Un objetivo de diseño es siempre programar un comportamiento adaptativo, especialmente a medida que los sitios de exploración se vuelven cada vez más remotos y la consulta oportuna con los controladores terrestres se vuelve imposible. Un objetivo de diseño superior sería proporcionar una estructura adaptativa, pero en la actualidad sigue siendo un sueño de ciencia ficción.
Sin embargo, cuanto más lejos enviemos a los robots, más tendremos que pensar en cosas así. Nos gustaría encontrar formas de programar el comportamiento adaptativo e incluso la forma adaptativa. Eso será diseño creativo en su máxima expresión.
El origen de la variación de forma adaptativa
Darwin fue un creacionista. Presentó al mundo científico la idea de que Dios pudo haber usado el mecanismo de variación de forma adaptativa para crear las diferentes especies. En la visión de Darwin, pequeñas variaciones de formas adaptativas podrían acumularse en algunos individuos de una especie hasta convertirse en una nueva especie.
Los ejemplos biológicos confirmados de variación adaptativa bajo presión ambiental son evidencia de un diseño altamente creativo programado en la naturaleza. Pero, ¿cómo se programó? ¿Fueron suficientes la mutación aleatoria y la supervivencia del más apto para establecer una capacidad que los ingenieros aún no pueden imitar? ¿O diseñó una gran inteligencia preexistente todas las formas de vida?
La idea de Darwin extrapolada al darwinismo
Distinto de la idea de Darwin de variación adaptativa es un concepto que llamaremos darwinismo. Los darwinistas creen que todas las especies vivas, incluida la humanidad, son variaciones naturalmente seleccionadas de un ancestro común. Además, sostienen que el ancestro común, el primer microorganismo, surgió de sustancias químicas sin vida por un accidente muy improbable. En ese momento, hace quizás 3.800 millones de años, o quizás mucho más recientemente, ciertas sustancias químicas hicieron una combinación afortunada y generaron la primera forma de vida que sobrevivió y se reprodujo. Los darwinistas dicen que el evento fue tan improbable que no pudo haber ocurrido más de una vez en la Tierra. Todos los organismos vivos presentes descienden del primer microorganismo. La variación aleatoria y la selección natural, actuando durante cientos de millones de años, han producido la rica variedad de formas de vida en la Tierra, según los darwinistas.
Las clasificaciones varían a través de reinos, ramas, filos, clases, cohortes, órdenes, familias, tribus, géneros y especies. Algunos autores simplifican las clasificaciones omitiendo ramas, cohortes y tribus. Existen los reinos de las plantas, los animales y los hongos y, por lo general, dos reinos para los organismos unicelulares. Las células protistas tienen núcleo y las procariotas no. Dentro de las especies (como el perro o el gato) existen variedades (como el “spaniel” o el “retriever”).
No fue Darwin, sino otros, en particular Thomas Henry Huxley (biólogo británico, 1825–1895), quienes aprovecharon la idea de Darwin y la extrapolaron a la propuesta de que todas las especies surgieron de una forma de vida primordial por selección natural sin ninguna intervención de pre-Inteligencia existente. Huxley tomó el origen de las especies y lo extendió hasta el origen del primer microorganismo. También lo extendió a los orígenes de géneros, familias, órdenes, clases, filos y reinos.
La mayoría de las ciencias tuvieron precursores en la superstición y la magia. Estas ideas obsoletas continúan plagando las ciencias. La astrología precedió a la astronomía, la alquimia precedió a la química, los chamanes intentaron curar antes de que existiera la medicina, y panteones de dioses y diosas se encargaron de cada fenómeno misterioso antes de que la cosmología fuera una ciencia. Existían rituales de fertilidad antes de que la ciencia descubriera la fertilización agrícola y la reproducción asistida.
La primera etapa en la historia de una ciencia es descriptiva. Los hechos científicos provienen de una observación cuidadosa. Por ejemplo, muchos medicamentos deben su descubrimiento a una cuidadosa clasificación de los efectos beneficiosos de varias hierbas. Más tarde, los experimentadores se las arreglan para hacer sus observaciones en condiciones controladas. El análisis de datos experimentales ayuda a formar modelos matemáticos. Los modelos se convierten en un cuerpo de teoría. En cierta etapa de desarrollo, la teoría ocasionalmente puede predecir fenómenos previamente no observados. La teoría, completamente desarrollada, conduce al tratamiento uniforme de una amplia gama de fenómenos aparentemente diversos. En física, esta última etapa, la era de las teorías de unificación, es el desarrollo más reciente.
La física, la química, la biología, las ciencias sociales y la psicología se encuentran en diferentes etapas de desarrollo en el esquema descrito anteriormente. También progresan a diferentes ritmos, lo que permite, por supuesto, un crecimiento acelerado cuando surgen grandes científicos.
La biología aún no es una ciencia tan precisa como la física o la química. Algunas de sus ramas, como la secuenciación del genoma, avanzan rápidamente hacia una mayor precisión. Biólogos talentosos están trabajando en hipótesis comprobables y experimentos cuantitativos, no en descripciones y especulaciones. Ahora hacen simulaciones por computadora y experimentos significativos para confirmar sus hipótesis antes de su publicación. El darwinismo, sin embargo, permanece donde comenzó, en la fase descriptiva del siglo XIX. La llamada “teoría de la evolución” no es más que un conjunto de argumentos de plausibilidad.
Los darwinistas proponen el crecimiento espontáneo de la complejidad no planificada. Su propuesta es incompatible con las leyes conocidas de la física. La ley física más general relevante para la noción darwinista es la segunda ley de la termodinámica. En capítulos posteriores estudiaremos cómo se aplica la segunda ley a los sistemas vivos. Las ciencias de precisión de la termodinámica y la teoría de la información excluyen la producción espontánea de información.