Inteligencia y Autonomía
El 4 de julio de 1997, la sonda Pathfinder [Buscador de senderos] aterrizó en Marte y su rover robótico de seis ruedas y múltiples articulaciones, el Sojourner [Residente], comenzó a analizar la composición atómica de las rocas. Esta fue una de las primeras de una serie de misiones planeadas para ser "más livianas, rápidas y económicas", según el administrador de la NASA, Daniel Goldin. Los proyectos de rover anteriores requerían un dispositivo musculoso del tamaño de un tractor de jardín. El Mars Rover era tan pequeño como una patineta, pero inteligente.
El equipo que construyó el rover de Marte lo programó para que tuviera cierto nivel de autonomía. Podrían emitir un comando al nivel de "buscar roca" y el rover encontraría una roca para analizar. Esta autonomía era necesaria porque Marte está muy lejos. La distancia entre la Tierra y Marte varía desde 56 millones de kilómetros (35 millones de millas) hasta 378 millones de kilómetros (235 millones de millas). Se necesitan ondas de radio o señales láser entre 3 y 21 minutos para llevar una orden a Marte, dependiendo de la distancia. Cuando un robot ejecuta la orden, hay un intervalo de tiempo igual antes de que los controladores en la Tierra puedan ver los resultados. La demora entre dar la orden y ver los resultados es inevitable porque las ondas de radio y la luz viajan a una velocidad alta pero limitada. Ninguna señal puede ir más rápido que la velocidad de la luz. Un robot en Marte necesita cierta autonomía para detectar un peligro y responder adecuadamente antes de que sus controladores terrestres puedan decirle qué hacer.
Las misiones a Marte nunca han ocurrido en el momento del mayor acercamiento a la Tierra. Los ingenieros aeroespaciales deben elegir la trayectoria de la sonda que consume menos combustible. Lanzan la sonda cuando los planetas se acercan entre sí. La sonda llega cuando los planetas vuelven a retroceder. Cuando la sonda finalmente aterriza, la distancia entre la Tierra y Marte es mucho mayor que el mínimo. Por lo general, el retraso de ida y vuelta a la velocidad de la luz es de 15 minutos.
Supongamos que los controladores terrestres ven una roca interesante a cien metros de distancia y envían su rover hacia ella lentamente, lo suficientemente rápido como para llegar en 20 minutos. ¿Qué sucede si, a 80 metros del punto de partida, hay una grieta en el suelo, una grieta que los controladores no pudieron ver cuando ordenaron al rover que se moviera? Supongamos que la cámara de televisión del rover ve la grieta por primera vez cuando todavía está a diez metros de distancia y envía la imagen a la Tierra. Tan pronto como los controladores ven la grieta, le indican al rover que pise los frenos. Para cuando llega su comando, el rover ha estado roto en el fondo de la grieta durante 13 minutos.
Obviamente, el rover necesita suficiente capacidad de procesamiento visual a bordo para permitirle reconocer el peligro y aplicar los frenos sin esperar la intervención de la Tierra. Debe tener inteligencia y cierta autonomía.
Hemos enviado una sonda robótica para volar y fotografiar Plutón y algunos otros objetos del Cinturón de Kuiper. El tiempo de ida y vuelta a la velocidad de la luz fue de unas 10 horas y 40 minutos. Los controladores de vuelo preseleccionaron las escenas para fotografiar en la aproximación más cercana cuando la resolución era más alta. Solo había una oportunidad, y no había tiempo para decirle a la sonda que echara un segundo vistazo de cerca a cualquier cosa interesante que apareciera en las fotos tomadas en la aproximación más cercana. Si alguna vez enviamos un rover robótico a Plutón, necesitará una inteligencia artificial y una autonomía considerables para enviar informes interesantes a la gente en casa.
La estrella más cercana está a cuatro años luz de la Tierra, y los planetas extrasolares están aún más lejos. Para comenzar a explorar más allá del sistema solar, debemos desarrollar una inteligencia artificial que le dé a un robot una autonomía casi completa. Sin embargo, el robot no debe tener suficiente autonomía para decidir que su misión es demasiado peligrosa para cumplirla.
Los robots de exploración extrasolares también tendrán que ser muy ligeros para llegar en un tiempo razonable, porque hay límites en el combustible y el dinero que podemos dedicar a cualquier proyecto, y el coste de la propulsión sube más rápido que la masa de los instrumentos. El peso más ligero de todos sería un robot constructor construido a escala molecular, capaz de construir muchos robots más grandes a partir de materiales locales encontrados cerca del sitio de exploración distante. Los robots más grandes serían de varios tipos y tendrían varios programas con el propósito de explorar e informar.
Tal sistema de robots imitaría la biología al almacenar de forma compacta inmensos catálogos de información. La información consistaría en conjuntos de instrucciones, algunos para construir varios tipos de estructuras y otros conjuntos de instrucciones para cumplir un propósito o misión. Tendría que haber alguna estructura inicial capaz de encontrar y usar los recursos disponibles para fabricar las otras estructuras, o al menos para hacer la primera fábrica de robots. Cuando los robots hagan otros robots en el destino, su actividad será análoga a la reproducción biológica.
Los diseñadores difícilmente pueden hacerlo mejor que los organismos vivos en el almacenamiento de información estructural a nivel molecular. Revisemos cómo las células vivas especifican su estructura y fabrican nuevas células, células como ellas mismas o adaptadas para otros fines.
Estructura Biológica y Reproducción
El núcleo de una célula contiene ácido desoxirribonucleico (ADN). El ADN es una molécula de cadena larga compuesta de ciertas estructuras atómicas llamadas ácidos nucleicos. Estos están dispuestos como una escalera retorcida, una escalera de caracol o como los dientes acoplados en una cremallera larga y sinuosa. La secuencia de ácidos nucleicos es el código genético.
La estructura es estable la mayor parte del tiempo. Pero cuando la célula se está reproduciendo, una enzima descomprime parcialmente el ADN en medio de una hebra. Actúa como el tipo de cremallera que uno puede abrir por la mitad moviendo dos deslizadores de cremallera en direcciones opuestas. Otra enzima reproduce una de las hebras descomprimidas de ADN. Hace una nueva mitad de apareamiento para ese hilo. Cuando la mitad de apareamiento termina y flota libre dentro de la célula, la primera enzima vuelve a cerrar el ADN original. Luego, otras enzimas hacen una mitad coincidente con la hebra de la mitad flotante y cierran las dos mitades. Al final del proceso hay dos cremalleras en lugar de una.
La nueva cremallera o hebra de ADN se aleja de la hebra de ADN original hacia el otro extremo de la célula. La célula está entonces lista para pellizcarse por la mitad y dividirse en dos, con una hebra de ADN en cada mitad. Este es el método normal de reproducción celular.
Las dos hebras de ADN cerradas con cremallera son idénticas, porque solo ciertos pares de ácidos nucleicos se entrelazan precisamente para formar los dientes de la cremallera. De esta forma una célula hace una copia precisa de su propia información genética antes de dividirse y reproducirse.
Una vez que una célula se reproduce, debe crecer. Otras enzimas leen las secciones relevantes del código de ADN en el núcleo y brindan instrucciones para fabricar todas las enzimas que necesita la célula. Estas enzimas producen todas las proteínas de la célula y todas las moléculas necesarias para digerir los alimentos.
Las enzimas por sí solas son frágiles. Algunas enzimas deben mantenerse en hielo o se desnaturalizarán. Entonces, ¿cómo pueden operar en los organismos vivos a la temperatura corporal? Parte del requisito para la vida es la capacidad de la estructura para mantenerse. Cuando parte del sistema de mantenimiento falla, todo el organismo colapsa y muere. En el momento de la muerte, todavía tiene la mayor parte de la estructura necesaria para la vida, si tan solo la parte rota pudiera repararse rápidamente. Sin embargo, en cuestión de minutos, la agitación térmica interrumpe el delicado enrollamiento o plegamiento de las proteínas que hace que algunas de ellas sean activas como enzimas. Las enzimas se desnaturalizan y no pueden catalizar las reacciones químicas necesarias. Las estructuras que mantenían se derrumban y la muerte se vuelve irreversible. Se necesitan grandes sistemas de enzimas para mantener la vida.
La ingeniería todavía está lejos de miniaturizar sus sistemas de almacenamiento y recuperación de información al nivel molecular, o de fabricar robots tan pequeños como las enzimas en las células vivas.
El 4 de julio de 1997, la sonda Pathfinder [Buscador de senderos] aterrizó en Marte y su rover robótico de seis ruedas y múltiples articulaciones, el Sojourner [Residente], comenzó a analizar la composición atómica de las rocas. Esta fue una de las primeras de una serie de misiones planeadas para ser "más livianas, rápidas y económicas", según el administrador de la NASA, Daniel Goldin. Los proyectos de rover anteriores requerían un dispositivo musculoso del tamaño de un tractor de jardín. El Mars Rover era tan pequeño como una patineta, pero inteligente.
El equipo que construyó el rover de Marte lo programó para que tuviera cierto nivel de autonomía. Podrían emitir un comando al nivel de "buscar roca" y el rover encontraría una roca para analizar. Esta autonomía era necesaria porque Marte está muy lejos. La distancia entre la Tierra y Marte varía desde 56 millones de kilómetros (35 millones de millas) hasta 378 millones de kilómetros (235 millones de millas). Se necesitan ondas de radio o señales láser entre 3 y 21 minutos para llevar una orden a Marte, dependiendo de la distancia. Cuando un robot ejecuta la orden, hay un intervalo de tiempo igual antes de que los controladores en la Tierra puedan ver los resultados. La demora entre dar la orden y ver los resultados es inevitable porque las ondas de radio y la luz viajan a una velocidad alta pero limitada. Ninguna señal puede ir más rápido que la velocidad de la luz. Un robot en Marte necesita cierta autonomía para detectar un peligro y responder adecuadamente antes de que sus controladores terrestres puedan decirle qué hacer.
Las misiones a Marte nunca han ocurrido en el momento del mayor acercamiento a la Tierra. Los ingenieros aeroespaciales deben elegir la trayectoria de la sonda que consume menos combustible. Lanzan la sonda cuando los planetas se acercan entre sí. La sonda llega cuando los planetas vuelven a retroceder. Cuando la sonda finalmente aterriza, la distancia entre la Tierra y Marte es mucho mayor que el mínimo. Por lo general, el retraso de ida y vuelta a la velocidad de la luz es de 15 minutos.
Supongamos que los controladores terrestres ven una roca interesante a cien metros de distancia y envían su rover hacia ella lentamente, lo suficientemente rápido como para llegar en 20 minutos. ¿Qué sucede si, a 80 metros del punto de partida, hay una grieta en el suelo, una grieta que los controladores no pudieron ver cuando ordenaron al rover que se moviera? Supongamos que la cámara de televisión del rover ve la grieta por primera vez cuando todavía está a diez metros de distancia y envía la imagen a la Tierra. Tan pronto como los controladores ven la grieta, le indican al rover que pise los frenos. Para cuando llega su comando, el rover ha estado roto en el fondo de la grieta durante 13 minutos.
Obviamente, el rover necesita suficiente capacidad de procesamiento visual a bordo para permitirle reconocer el peligro y aplicar los frenos sin esperar la intervención de la Tierra. Debe tener inteligencia y cierta autonomía.
Hemos enviado una sonda robótica para volar y fotografiar Plutón y algunos otros objetos del Cinturón de Kuiper. El tiempo de ida y vuelta a la velocidad de la luz fue de unas 10 horas y 40 minutos. Los controladores de vuelo preseleccionaron las escenas para fotografiar en la aproximación más cercana cuando la resolución era más alta. Solo había una oportunidad, y no había tiempo para decirle a la sonda que echara un segundo vistazo de cerca a cualquier cosa interesante que apareciera en las fotos tomadas en la aproximación más cercana. Si alguna vez enviamos un rover robótico a Plutón, necesitará una inteligencia artificial y una autonomía considerables para enviar informes interesantes a la gente en casa.
La estrella más cercana está a cuatro años luz de la Tierra, y los planetas extrasolares están aún más lejos. Para comenzar a explorar más allá del sistema solar, debemos desarrollar una inteligencia artificial que le dé a un robot una autonomía casi completa. Sin embargo, el robot no debe tener suficiente autonomía para decidir que su misión es demasiado peligrosa para cumplirla.
Los robots de exploración extrasolares también tendrán que ser muy ligeros para llegar en un tiempo razonable, porque hay límites en el combustible y el dinero que podemos dedicar a cualquier proyecto, y el coste de la propulsión sube más rápido que la masa de los instrumentos. El peso más ligero de todos sería un robot constructor construido a escala molecular, capaz de construir muchos robots más grandes a partir de materiales locales encontrados cerca del sitio de exploración distante. Los robots más grandes serían de varios tipos y tendrían varios programas con el propósito de explorar e informar.
Tal sistema de robots imitaría la biología al almacenar de forma compacta inmensos catálogos de información. La información consistaría en conjuntos de instrucciones, algunos para construir varios tipos de estructuras y otros conjuntos de instrucciones para cumplir un propósito o misión. Tendría que haber alguna estructura inicial capaz de encontrar y usar los recursos disponibles para fabricar las otras estructuras, o al menos para hacer la primera fábrica de robots. Cuando los robots hagan otros robots en el destino, su actividad será análoga a la reproducción biológica.
Los diseñadores difícilmente pueden hacerlo mejor que los organismos vivos en el almacenamiento de información estructural a nivel molecular. Revisemos cómo las células vivas especifican su estructura y fabrican nuevas células, células como ellas mismas o adaptadas para otros fines.
Estructura Biológica y Reproducción
El núcleo de una célula contiene ácido desoxirribonucleico (ADN). El ADN es una molécula de cadena larga compuesta de ciertas estructuras atómicas llamadas ácidos nucleicos. Estos están dispuestos como una escalera retorcida, una escalera de caracol o como los dientes acoplados en una cremallera larga y sinuosa. La secuencia de ácidos nucleicos es el código genético.
La estructura es estable la mayor parte del tiempo. Pero cuando la célula se está reproduciendo, una enzima descomprime parcialmente el ADN en medio de una hebra. Actúa como el tipo de cremallera que uno puede abrir por la mitad moviendo dos deslizadores de cremallera en direcciones opuestas. Otra enzima reproduce una de las hebras descomprimidas de ADN. Hace una nueva mitad de apareamiento para ese hilo. Cuando la mitad de apareamiento termina y flota libre dentro de la célula, la primera enzima vuelve a cerrar el ADN original. Luego, otras enzimas hacen una mitad coincidente con la hebra de la mitad flotante y cierran las dos mitades. Al final del proceso hay dos cremalleras en lugar de una.
La nueva cremallera o hebra de ADN se aleja de la hebra de ADN original hacia el otro extremo de la célula. La célula está entonces lista para pellizcarse por la mitad y dividirse en dos, con una hebra de ADN en cada mitad. Este es el método normal de reproducción celular.
Las dos hebras de ADN cerradas con cremallera son idénticas, porque solo ciertos pares de ácidos nucleicos se entrelazan precisamente para formar los dientes de la cremallera. De esta forma una célula hace una copia precisa de su propia información genética antes de dividirse y reproducirse.
Una vez que una célula se reproduce, debe crecer. Otras enzimas leen las secciones relevantes del código de ADN en el núcleo y brindan instrucciones para fabricar todas las enzimas que necesita la célula. Estas enzimas producen todas las proteínas de la célula y todas las moléculas necesarias para digerir los alimentos.
Las enzimas por sí solas son frágiles. Algunas enzimas deben mantenerse en hielo o se desnaturalizarán. Entonces, ¿cómo pueden operar en los organismos vivos a la temperatura corporal? Parte del requisito para la vida es la capacidad de la estructura para mantenerse. Cuando parte del sistema de mantenimiento falla, todo el organismo colapsa y muere. En el momento de la muerte, todavía tiene la mayor parte de la estructura necesaria para la vida, si tan solo la parte rota pudiera repararse rápidamente. Sin embargo, en cuestión de minutos, la agitación térmica interrumpe el delicado enrollamiento o plegamiento de las proteínas que hace que algunas de ellas sean activas como enzimas. Las enzimas se desnaturalizan y no pueden catalizar las reacciones químicas necesarias. Las estructuras que mantenían se derrumban y la muerte se vuelve irreversible. Se necesitan grandes sistemas de enzimas para mantener la vida.
La ingeniería todavía está lejos de miniaturizar sus sistemas de almacenamiento y recuperación de información al nivel molecular, o de fabricar robots tan pequeños como las enzimas en las células vivas.