Arxiu de la categoria ‘Cóm funciona?’

L’accessibilitat nocturna

dijous, 23/03/2017

Un comentari recent sobre per a qui és la tecnologia i sobre l’enllumenat nocturn als carrers dels nostres pobles i ciutats, que podeu veure aquí al costat, és realment encertat. He de reconèixer que vaig fer una interpretació parcial del mapa fotogràfic nocturn del nostre planeta. És cert que Àfrica és a les fosques, però també és evident que l’enllumenat públic als països del primer món és desmesurat. M’agrada la reflexió sobre si de veritat cal que, en sortir al carrer a la nit, poguem llegir el diari mentre caminem. Per què hem de gastar tanta energia?

Si ens pregunten el per què de l’enllumenat públic a la nit, segurament la nostra resposta inclourà diverses consideracions sobre la qualitat de vida, l’accessibilitat i la seguretat. Al segle XX ningú va qüestionar aquest enllumenat elèctric i la progressiva substitució dels fanals de gas: era un signe de progrès i de millora de la qualitat de vida. En no massa dècades vam passar de les torxes al gas i després a la llum elèctrica incandescent, neta i eficient. Podíem anar a casa de nit sentint-nos segurs, i podíem, si calia, anar tranquils a la farmàcia, al teatre o a una cita per conversar amb amics. L’enllumenat ens ho va fer tot més accessible.

Fa pocs mesos vaig assistir a una conferència d’en Kim Brostrøm sobre el Laboratori DOLL de Dinamarca. Es tracta d’un experiment realment interessant, a 15 minuts de Copenhaguen. DOLL és un veritable laboratori vivent, un barri de més d’un quilòmetre quadrat amb 12 quilòmetres de carrers i carrils bici, on hi viu gent normal. La diferència és que el barri accepta que s’hi facin experiments per comprovar la viabilitat de sistemes de gestió urbana basats en les noves tecnologies tot avaluant-los en base a les necessitats reals de la gent. Podeu llegir-ne més detalls a la seva pàgina web. Pel que fa a l’enllumenat nocturn, els responsables del laboratori DOLL creuen que és realment urgent trobar noves solucions i ho justifiquen perquè les llums del carrer consumeixen 350 Giga Watts hora cada any, només a Dinamarca. La solució que estan experimentant es basa en fanals amb llums LED que, a partir d’una certa hora (mitjanit, per exemple), baixen dràsticament la intensitat lumínica fins a un 10% o 20% de l’actual. El truc és que el sistema inclou una xarxa de sensors i un bon sistema de detecció que sap diferenciar persones i vehicles, a la vegada que no fa cas de petits objectes i animals en moviment (gats i gossos, per exemple). Quan algú entra en una determinada àrea específica, la il·luminació s’incrementa fins un nivell semblant al de la intensitat que ara tenim, però només a la zona on s’està passant. Hi ha llum on cal, i no n’hi ha on no és necessària. Tot i que pot semblar que la foscor redueix la seguretat, el que passa és justament el contrari perquè l’enllumenat s’activa automàticament sempre que algú entra de nit a la zona. Podem sortir de casa a la nit, podem anar on ens calgui sense ensopegar i fins i tot llegint el diari, i ho podem fer amb seguretat i sense desaprofitar energia. És la nova accessibilitat nocturna.

Ara fa uns quants segles, abans de la revolució industrial, viure millor era tenir més. Més terres, més or i metalls preciosos, més cases i animals. Després, i sobretot al segle XX, el progrès i la qualitat de vida van quedar associats a l’accés a l’energia. Una energia que feia possible la climatització, el transport, l’aprofitament de les hores nocturnes. El repte actual, en canvi, és el de l’accés sostenible als serveis. Perquè, un cop satisfetes les necessitats bàsiques, podem bàsicament associar qualitat de vida a facilitat d’ús dels serveis. I ara, les noves tecnologies, amb el gran ventall que inclou dels sensors a les telecomunicacions passant pels models, els algorismes i els sistemes de control, ens poden permetre el que abans era impossible: accedir a més serveis, accedir-hi millor, amb menys despesa energètica i arribant al màxim d’habitants del planeta. Tant de bo que acabem associant viure millor amb accedir, amb baix consum energètic, al que ens cal i al que ens fa feliços. A la farmàcia i a la conversa amb amics. De dia i de nit.

(La imatge de dalt, del barri del laboratori DOLL, és d’aquesta pàgina web).

Per cert, en Xavier Antich diu que donar temps a algú altre és potser la forma suprema de generositat. I diu que el temps sobretot es dona durant l’espai compartit de la conversa, perquè és el temps de l’escolta, de l’atenció, de l’entrega.

Energia, benestar i la calor del fred

divendres, 10/03/2017

Què és el millor que podem fer per no passar fred a casa a l’hivern?. Bé, de fet és una pregunta sense resposta clara, perquè el concepte de “millor” és evidentment ambigu. Què és el que realment volem? Podem pensar en termes de pagar poc, de gastar poca energia, de baixa contaminació, de sostenibilitat energètica…, i podem pensar en base a molts altres factors.

Però sí que podem fer unes quantes consideracions, basades en principis ben senzills de la física i la termodinàmica. És clar que tota la calor de la calefacció, estufa o llar de foc acaba marxant a l’exterior. Per tant, la temperatura de dins a casa a l’hivern depèn del que hi posem (energia que destinem a la calefacció) i de la facilitat que tingui en sortir de casa (aïllament). A més energia, més temperatura; a més aïllament, també. I, com que no només volem arribar a una determinada temperatura sinó que la volem mantenir tot el dia, el que ens cal és destinar-hi potència energètica mantinguda. Hem de gastar quilowatts, i els hem de gastar durant hores. Per això ens facturen els quilowatts hora.

Primera consideració: si volem poca despesa energètica, el que ens cal és un bon aïllament. Una casa molt ben aïllada, si no hi viu ningú, manté una temperatura gairebé constant i força agradable, estiu i hivern. És el que passa sota terra. Si l’aïllament de casa fos molt i molt bo i l’escalféssim a 20 graus abans d’anar-hi, quan entréssim a casa podríem apagar la calefacció i les estances no es refredarien: n’hi hauria prou amb la calor metabòlica del nostre cos, perquè seria una calor que la casa mantindria sense pèrdues. Fins i tot podria ser que acabéssim tenint massa calor i havent d’obrir alguna finestra.

Segona consideració: les bombes de calor són més eficients que les estufes. És poc intuïtiu, perquè estem acostumats a dir que a deu sota zero fa fred i que a 35 graus fa calor; però la física ens explica que deu sota zero són 263 graus Kelvin, i això, traduït, vol dir que l’aire de l’hivern, fins i tot quan és gèlid, conté bastanta calor. Les bombes de calor només són ascensors d’energia calòrica que pugen la temperatura del seu fluid refrigerant des dels 263 graus Kelvin a uns 303 o 310 graus Kelvin i aprofiten part de l’energia que ens aporta l’aire fred del carrer (vegeu la nota al final).

Tercera consideració: les bombes de calor són més eficients, però no sempre són els sistemes de menor cost. És el que dèiem, cal saber què volem dir quan parlem de “millor”. Per aportar una unitat d’energia de calefacció a casa, una bomba de calor pot acabar gastant aproximadament 0,3 unitats energètiques d’electricitat (vegeu un cop més la nota al final), que a la seva vegada consumeixen 0,9 unitats energètiques de petroli o carbó a les centrals elèctriques. Per tenir la mateixa unitat d’energia de calefacció, els sistemes de calefacció a gas acaben consumint de l’ordre de 1,4 unitats energètiques de combustible (en aquest cas, gas). El cost d’una i altra opció dependrà del país on visquem, dels sistemes de producció elèctrica, dels sistemes tarifaris i de la facilitat d’accés a un o altre combustible. Fins i tot, a la muntanya, el menys car serà sempre la llar de foc (o estufa) amb llenya, que a certs indrets és ben barata i que permet l’autoconsum. Hem de reconèixer que el cost energètic no té massa relació amb el cost econòmic que finalment hem de pagar cada hivern.

Quarta i darrera consideració: les bombes de calor poden ser sostenibles i poc contaminats. Perquè, quan al cost econòmic afegim els costos de producció i manteniment i els costos ambientals, les coses tornen a canviar. Si tenim en compte l’índex EROI, que mesura el quocient entre l’energia obtinguda i l’energia necessària per a construir les centrals (o sistemes eòlics o solars) i per al seu manteniment, veiem que el gas natural als Estats Units té un EROI de 67 (dades de 2005) mentre que al Canadà és de 20. Les energies solar i eòlica tenen valors d’EROI entre 14 i 18, comparables als del gas al Canadà però no pas als del gas d’Estats Units. Per tant, i en base a l’EROI, la decisió d’una persona als Estats Units sembla evident que hauria de prioritzar el gas natural. Ara bé, l’índex EROI és incomplet, ja que no inclou la contribució a la contaminació ni a l’escalfament global i a més és complex d’avaluar i no genera consens. El tema és polèmic i amb forts interessos econòmics que dificulten una anàlisi rigorosa i imparcial. Però hi ha gent tan poc sospitosa com en Jeremy Rifkin, que proposen solucions radicals i trencadores. Es tracta de pagar per la infraestructura però no per l’energia. Si necessitem energia, ens comprem un sistema solar o eòlic i després ja la tindrem a cost zero perquè ens vindrà del vent i del Sol (amortització a banda). És la ben coneguda auto-generació. És el que fem ara amb internet: ens comprem un mòbil i després cerquem informació a cost zero i compartim continguts sense pagar quasi res. Rifkin diu que la Xina ja aposta per aquesta solució i que està invertint molts diners en la digitalització de la producció elèctrica per a que milions de ciutadans xinesos puguin produir la seva pròpia energia solar i fins i tot puguin tornar els excedents a la xarxa elèctrica pública. No se’n parla, però està passant.

En resum: les solucions de benestar energètic amb perspectives de ser econòmiques, sostenibles i poc contaminants és probable que es basin en bombes de calor mogudes amb energia elèctrica auto-generada amb fonts renovables. No crec que triguem molts anys a veure-ho.

———

Per cert, en Bru Rovira explica que Juan Luis Cebrián va fer negocis a Sudan del Sud amb l’empresari espanyol d’origen iranià Massoud Zandi, que va aconseguir una llicència per explotar-hi petroli. Felipe González els va ajudar per a que poguessin aprofitar-se del cru, en una zona devastada per la guerra i l’espoli.

———

NOTA: L’eficiència de les bombes de calor es basa en aprofitar la calor que conté l’aire fred de fora de casa, a l’hivern. He explica molt bé la imatge que veieu a baix (que és d’aquesta web), i també aquest vídeo. Amb les dades del diagrama de baix, podem veure que una calefacció de gas, per donar-nos una unitat d’energia, consumeix 1,4 unitats d’energia del combustible. Una calefacció elèctrica de baixa temperatura (i baixa radiació) hauria de consumir una unitat d’energia elèctrica. Val a dir que el consum de gas és més elevat perquè, com mostra el diagrama, una part de l’energia de combustió (en aquest cas, 0,4), se’n va per la xemeneia. En canvi, una solució basada en el bombeig de calor ens acaba aportant la mateixa unitat d’energia amb un consum d’energia elèctrica de 0,3. Les 0,7 unitats restants, les agafa de l’aire fred del carrer.

L’interessant de tot plegat és el mecanisme que fa que que aquestes bombes de calor funcionin com veritables ascensors de calor. Suposem que la temperatura exterior és de 5 sota zero, i que dins de casa volem mantenir una temperatura de 20 graus. Com que no podem fugir del segon principi de la termodinàmica que diu que la calor sempre va del més calent al més fred, les bombes de calor necessiten dos salts tèrmics, que podem suposar (cosa força raonable) que són de l’ordre d’entre 5 i 10 graus. Una solució, per exemple, és dissenyar la bomba de calor de manera que mantingui una temperatura de 10 sota zero (-5-5) a l’exterior, mentre genera escalfor d’uns 30 graus dins de casa. El salt tèrmic de l’exterior fa que l’aire, que és a 5 sota zero, es refredi una mica més mentre escalfa el refrigerant (que com hem dit és a 10 sota zero i encara és més fred). I el salt tèrmic de dins a casa fa que aquest mateix liquid refrigerant, que la bomba ha escalfat fins els 30 graus, vagi passant calor amb un ventilador a l’aire de casa que es manté als voltants dels 20 graus. El sistema funciona perquè en tots dos cassos, la calor va del més calent al més fred i les molècules del que té una temperatura més elevada (aire a l’exterior, refrigerant escalfat dins de casa), que es mouen més de pressa, poden passar part de les seva energia calòrica a les del fluid més fred (refrigerant a l’exterior, aire ambient a l’interior). A escala molecular tot és senzill, perquè (a diferència del que passa a les nostres societats) sempre hi ha transferència de qui més té a qui més necessitat és d’energia. L’únic que cal és aconseguir que el refrigerant (en barreja de líquid més vapor) s’escalfi 40 graus per passar dels 10 sota zero fins els 30 graus que té a la sortida del compressor dins de casa, cosa que és més o menys fàcil en funció del tipus de refrigerant.

I, com és que aquestes bombes de calor tenen un bon rendiment? Com és que podem agafar tanta calor d’un aire del carrer que és a 5 sota zero? Doncs perquè la calor que conserva qualsevol fluid (aire o refrigerant) és proporcional a la temperatura, mesurada en graus Kelvin. És ben sabut que l’origen de l’escala de temperatures absolutes o Kelvin és als 273 graus sota zero. Si traduïm tot el que hem dit a aquesta nova escala, veurem que estem parlant de l’aire del carrer que és a 268 graus Kelvin, que passa energia calòrica a un refrigerant que es troba a 263 graus Kelvin. La bomba de calor escalfa aquest refrigerant fins una temperatura de 303 graus Kelvin, i finalment els ventiladors de l’habitació li treuen calor per mantenir la temperatura de benestar de 293 graus Kelvin. En aquesta nova escala, tot canvia: veiem que l’aire del carrer (que ens sembla fred) és en realitat força energètic. Les bombes de calor tenen un bon rendiment perquè només han de passar un fluid que ja es troba “a nivell” 263, fins “al nivell” 303. Si la temperatura fos una muntanya, podríem dir que les bombes de calor, per pujar fins al cim d’alçada 303, no es cansen gaire perquè comencen a una alçada de 263.

Com podeu veure en aquesta pàgina web (a l’apartat de “Heat pumps and refrigerators“), el cicle liquid-vapor de les bombes de calor és un cicle derivat del de Rankine, que es recorre en sentit invers al típic cicle de Carnot de les màquines tèrmiques perquè aquí el que cal bombejar calor. El cicle es mou quasi tota la estona amb el refrigerant en un estat de barreja entre líquid i vapor. La calor es capta de l’aire fred de fora a les fases d’evaporació i expansió, després el fluid es comprimeix mentre s’escalfa en forma de vapor, i finalment deixa anar la calor mentre es condensa.

Tres observacions finals en relació al diagrama de baix. En primer lloc, podem veure que l’eficiència de la bomba de calor compensa el comportament poc eficient de les centrals elèctriques tèrmiques, que implica que per obtenir 0,3 unitats d’energia elèctrica cal cremar al voltant de 0,9 unitats energètiques de combustible (en aquest cas, carbó). En segon lloc, el diagrama no inclou les pèrdues de la bomba de calor que fan que el seu rendiment sigui sempre inferior a l’esperat (si bombegem 0,7 unitats d’energia tèrmica de l’aire fred amb 0,3 unitats d’energia elèctrica, sempre obtindrem, dins de casa, menys de una unitat d’energia tèrmica). Finalment, val a dir que en qualsevol dels casos esmentats, podem disminuir els costos finals si usem sistemes d’emmagatzematge d’energia que permetin acumular-la durant les franges horàries en les que l’energia és menys cara o en les que podem disposar d’energia solar/eòlica distribuïda.

El real i l’imaginari

dijous, 2/03/2017

Com deia l’Anthony Gottlieb fa uns mesos al New York Times, la ciència actual s’està tornant cada cop més estranya. Einstein es neguitejava perquè, segons la mecànica quàntica, sembla que Déu estigui jugant als daus amb l’Univers. Però ara sembla, en paraules d’en Gottlieb, que hàgim passat del casino i els daus a la màgia. Perquè resulta que segons les darreres teories cosmològiques, és probable que tota la matèria de l’univers, inclosos nosaltres, vinguem del no-res.

Els físics diuen que el món és una proliferació contínua i bellugadissa d’entitats efímeres que es creen i desapareixen sense parar. Segurament és (i som) un conjunt de vibracions, una munió d’esdeveniments i de relacions, no de coses. Ens ho explica en Carlo Rovelli en un llibre que ja he comentat alguna altra vegada. En Rovelli ens parla també de la teoria dels llaços, segons la qual l’espai, que no és continu, està format per petits grans o quàntums d’espai, cent mil milions de milions de vegades més petits que el més petit dels nuclis atòmics. Aquests minúsculs grans no són enlloc, no poden ser enlloc perquè ells són l’espai. I el temps? Sabem què és el temps? La veritat és que és un concepte que tampoc acabem d’entendre, entre altres raons perquè no és únic: podem parlar del temps psicològic que experimentem quan recordem el passat, del temps termodinàmic que va passant mentre la sopa es refreda, o del temps cosmològic de l’univers en expansió. Però hi ha coses que la física sí que ens explica una mica. Gràcies a Ludwig Boltzmann i a molts físics del segle XX, ara sabem que només hi ha diferència entre passat i futur quan hi ha calor, perquè la distinció entre futur i passat es basa en que la calor va de les coses calentes a les més fredes. I, per què hi va? Per què la sopa que tenim al plat s’acaba refredant enlloc d’escalfar-se encara més? De fet, la resposta a aquesta darrera pregunta és molt sorprenent, i es troba a la base de tota la física moderna: la calor va del que és calent al que és fred per atzar. Perquè en els xocs entre molècules d’un objecte calent i molècules d’un de fred, és molt més probable que les primeres passin energia a les segones que no pas que veiem el fenomen contrari. La calor no va de les coses calentes a les fredes obligada per cap llei absoluta, sino que hi va només amb gran probabilitat, com ens deixa clar en Carlo Rovelli. Sabem que la sopa al plat es refreda, però hi ha una petita probabilitat, molt i molt petita, que algun dia veiem que s’escalfa encara més. Des de fa més d’un segle, la física ha hagut d’abandonar les certeses i acceptar que l’únic que podem saber de molts fenòmens del món super microscòpic és si són més o menys probables.

En resum: la matèria, tan real i palpable, és un conjunt de relacions i vibracions. L’espai són grans que no es troben enlloc, i el temps sorgeix de la probabilitat. Quasi res, oi?

Parlant de probabilitats, el darrer llibre que ha escrit en Sean Carroll, “The big picture”, força polèmic i que tot just he començat a llegir, és tot un viatge que va del més ínfim al món que experimentem, veiem i sentim. Un viatge, guiat per la física i les probabilitats, per aquest món d’extraordinària bellesa i diversitat que gaudim cada dia. Ara sabem, diu Carroll, que tot el que hi ha, objectes, plantes, animals i nosaltres, està fet amb molt pocs tipus de partícules elementals unides amb molts pocs tipus de forces bàsiques: el món i nosaltres mateixos som agregats amb un nombre astronòmic de molt poques peces: som quarks, gluons i electrons. Carroll defensa a més el que anomena “naturalisme poètic”, afirmant que tot el real és el que hi ha a la natura i en que no hi ha res fora de la natura. Si escalem les lleis fonamentals de la natura al món, als planetes i a nosaltres, Carroll argumenta que podem arribar fins i tot a estimar la probabilitat que existeixin Déu, l’ànima i la vida després de la mort. Segons comenta també en Michael Shermer, la conclusió de Sean Carroll és que aquestes probabilitats són molt petites.

La conclusió de Sean Carroll és contundent i a la vegada respectuosa. No parla categòricament, només ens explica el que és probable i el que no ho és. I el cert és que nosaltres tampoc som gaire probables. En Tim Radford diu que és clar que els àtoms no tenen vida, però que poden formar agregats molt i molt especials que anomenem “tu i jo”. La vida és un petit i efímer episodi que capgira temporalment aquest viatge inexorable de l’univers cap l’increment constant de la seva entropia, imposat pel segon principi de la termodinàmica. La vida és el fruit quasi màgic de la tendència metabòlica (hereva de la química) a construir, crear i complicar-se. Tot, gràcies a les lleis de la física.

El cert és que no sabem què som. Sabem que som éssers conscients perquè podem llegir aquest i altres textos, però curiosament ningú sap què és la consciència ni la pot definir, com bé ens recorda en Tim Radford. Ara bé, el que sí sabem és quins són els nostres components, i hem pogut descobrir algunes de les lleis d’aquesta natura de la que som part inseparable.

Aristòtil pensava que la Terra era al centre de l’univers i que estava formada de només quatre elements: terra, aigua, aire i foc. També creia que el Sol, la Lluna i els estels eren divins i perfectes, fets de matèria no terrenal: la quinta essència o èter. En vint segles hem avançat una mica, i ara hem vist que tot és fet de quarks, electrons i gluons amb un bany energètic de fotons. Vam començar amb quatre elements i al cap de 23 segles en tenim uns altres quatre. Això sí, amb una diferència: sabem que no hi ha quinta essència i que tot, Cel i Terra, són fets de les mateixes partícules elementals.

L’important, ens diuen els físics, és separar bé el que hem arribat a saber i que hem pogut comprovar i constatar, del que imaginem i suposem. La humanitat, quan era jove, creia en la quinta essència, i nosaltres quan érem petits creiem en els reis mags d’orient. Després hem vist que els reis no són tan mags, que tot l’Univers és fet del mateix tipus de matèria, i que no hi ha fantasmes ni bruixes. I és que les coses són molt més senzilles quan les sabem veure sense prejudicis. És clar que tothom té dret a pensar en mites imaginaris, però és bo saber que la ciència i els físics ens ajuden a desgranar el real d’allò que és, amb molt alta probabilitat, imaginari.

———

Per cert, en Bru Rovira diu que el que s’hauria de debatre a la ONU i a les cimeres internacionals és si primer és la indústria i després la política, o bé si la política decideix sobre la indústria. És a dir, cal debatre qui mana en els assumptes de la pau i l’ordre.

Esferes amb personalitat

dijous, 23/02/2017

No sé si heu vist “El despertar de la força” (episodi setè d’Star Wars). Jo, he de confessar que no. Però vaig quedar atrapat pel que podríem dir-ne la “personalitat” del robot BB-8. Ho podeu veure en aquest vídeo, curtet, d’una entrevista als creadors del robot, Matt Denton and Josh Lee. Cal dir que és un objecte ben estrany. Roda en totes direccions, sempre amb el cap ben alt. Es para on vol, i mira qui parla amb moviments ràpids del cap que trobem divertits perquè ens recorden els nostres. Té una mena de simpatia artificial que se’ns fa difícil definir.

Quan veiem com es mou, no és gens evident entendre com ho fa. Com és que sap anar “on vol”? Com és que sempre va amb el cap dret? Com es pot fer que el moviment del cap sigui totalment independent del de l’esfera-cos? Com diu molta gent, el BB-8 és un dels personatges més carismàtics, interessants i ben aconseguits de la pel·lícula. Probablement perquè ho amaga tot dins la seva simplicitat esfèrica. Barregeu l’aparença externa més simple que pugueu imaginar amb moviments que ens resulten familiars, i el misteri està servit.

Sentiu curiositat per saber com funciona i què té dins? Jo en vaig sentir, i molta.

Disney va mantenir el secret durant dos anys, però finalment, l’any passat, ens va explicar com funcionava. Ho podeu veure en aquest vídeo (és una mica llarg, però podeu anar directament als minuts 37-39 que és on s’explica el funcionament; les dues imatges de dalt són d’aquests minuts del vídeo i presenten tant l’aspecte extern del BB-8 com els mecanismes interns). Cal reconèixer que funciona per control remot, i que per tant no és autònom; però crec que això no li treu mèrit ni interès. El mecanisme, en forma de creu, conté un eix quasi-vertical i un altre d’horitzontal que fa girar les dues rodes de plàstic que podeu veure a dreta i esquerra a la imatge. A la base de l’eix quasi-vertical trobem la bateria, els motors, els actuadors, els sistemes electrònics i de control i un giroscopi. El pes de tots aquests components fa que sempre quedin a la part de sota, mentre les dues rodes de plàstic es recolzen a la part interior de l’esfera i la fan girar, de manera no massa diferent a com els hàmsters fan girar la roda de la seva gàbia. Per girar, però, cal saber en quina direcció anem i cap on volem anar, i això no és fàcil dins d’una esfera tancada i fosca. Aquí és on intervé el giroscopi, que permet conèixer en cada moment l’orientació de l’eix inferior. En base a aquesta orientació i a la direcció en que volem que es mogui el robot, els actuadors inclinen una mica, a dreta o esquerra, aquest eix quasi-vertical inferior i el cos esfèric del robot avança i gira a la vegada. No és res que sigui massa complicat, tot es basa en els principis de la mecànica i en concret de la dinàmica.

Ara bé, com és que sempre porta el cap ben dret? Doncs perquè el cap és un objecte totalment separat del cos del BB-8. Es mou per la seva superfície esfèrica amb rodaments de boles, i es manté sempre en contacte amb ella per la força d’un conjunt d’imants que el deixen sempre damunt del plat metàl·lic que podeu veure a la part superior del mecanisme intern del robot. Tot plegat és en una patent que Disney va sol·licitar l’any 2010, cosa que demostra que aquesta idea del cap flotant no va ser pas un disseny improvisat.

La recepta del BB-8 és ben senzilla. Un motor elèctric intern que fa girar l’esfera, un eix que es manté quasi-vertical pel pes del motor i bateria i que governa els girs a més d’assegurar que el cap sempre és a la part superior, un cap independent que es mou amb imants i rodaments de boles. Tot ben embolicat amb una esfera i una mena de cúpula. El BB-8 sap amagar els seus mecanismes amb una pell i vestits geomètrics que el fan atractiu. Ja sabem que la personalitat neix del misteri…

Però, com diu la Carme Torras, els robots actuals ens porten a pensar a més en termes d’ètica. Perquè els sistemes industrials i els hominoides de la ciència-ficció, tan diferents fins ara, “comencen a confluir gràcies al ràpid desenvolupament de la robòtica assistencial i de serveis. S’estan dissenyant robots que puguin interaccionar amb les persones, ja sigui atenent discapacitats i gent gran, fent de recepcionistes o dependents en centres comercials, o actuant de mestres de reforç o de mainaderes”. És clar, com explica la Carme, que aquests anomenats robots socials plantegen un ventall de qüestions ètiques molt amplies i complexes, que no podem deixar de plantejar, debatre i resoldre.

Per cert, sabem fer esferes amb personalitat i fem plans per anar a Mart. Però el nostre gran fracàs actual és el de no saber utilitzar les eines que ja tenim, per resoldre problemes com els de la fam, els refugiats i desplaçats, la manca de seguretat humana i la mort indiscriminada de població civil. Joyce Luma (ONU) ha denunciat que no es vol posar fi a l’enfrontament fratricida pel poder dels rics recursos energètics.

Els algorismes que aprenen

dijous, 9/02/2017

Hi ha paraules boniques que també ens fan una mica de por. Poca gent sap que la seva vida és plena d’algorismes. Alguns, quan se’n adonen, no saben si ho han d’acceptar o s’han de posar nerviosos. I el cert és que, tot i que no els reconeguem i que pensem que no ens afecten, els portem sempre al nostre costat.

Un algorisme no és més que un conjunt ordenat, finit i no ambigu de regles i operacions que permeten resoldre un problema o realitzar una determinada activitat. Els algorismes són descripcions precises de processos que fem o que fan els altres. Les instruccions per muntar un moble a partir d’un kit de peces o el full on expliquem com posar en marxa la calefacció quan marxem de casa i han de venir uns amics, són algorismes. Les receptes de cuina i les partitures musicals són algorismes per preparar menjars i interpretar melodies. I ho són les instruccions de qualsevol joc, els manuals d’usuari i els protocols que segueixen els metges als hospitals. Algunes vegades, els algorismes els podem escriure per a nosaltres mateixos, quan acabem de descobrir alguna cosa complexa que ens ha estat útil (per exemple en el nostre mòbil), i volem no oblidar-la. En altres ocasions, les escrivim per a que algú altre pugui fer més endavant quelcom que nosaltres ja sabem fer. És per això que el conjunt de regles d’un algorisme ha de ser no ambigu: si no l’escrivim bé, la persona que vingui a casa no entendrà com engegar el rentaplats o com posar en marxa la calefacció.

Espero no guanyar-me el mot de “friqui” si confesso que m’agrada la paraula “algorisme”. Tal vegada perquè ha estat al meu costat durant quasi cinquanta anys, i perquè ve de molt lluny. Concretament d’ara fa 1.150 anys, quan al-Khwarazmí treballava a l’observatori de Bagdad. Durant els segles de l’edat mitjana, al-Khwarazmí va ser la principal font de transmissió de coneixements matemàtics de l’Orient a l’Occident, en part en base a les traduccions de textos en grec, llatí i sànscrit que es feien a la Casa de la Saviesa. En el seu tractat d’àlgebra, “Hissab al-jabr wa-l-muqàbala“, explicava regles i receptes (o sigui, algorismes) per repartir herències, cosa que en aquell temps i en el món àrab era molt complicada i requeria fer molts càlculs. En un altre llibre, “Sobre el càlcul amb nombres indis”, llibre del que només se’n conserva una traducció del segle XII, al-Khwarazmí va explicar, sembla que per primera vegada, el sistema de numeració posicional en base 10 (incloent el zero) que va aprendre de l’Índia i que és el que ara utilitzem. Fa més de 11 segles, al-Khwarazmí ens va deixar llibres meravellosos, tots plens d’algorismes. És per això que els algorismes porten el seu nom.

Quan sumem nombres portant-ne, estem aplicant l’algorisme que vam aprendre a l’escola; i, quan multipliquem, també. Euclides ens va deixar un algorisme molt elegant per calcular el màxim comú denominador de dos nombres, i Pitàgores ens va explicar l’algorisme per calcular hipotenuses i distàncies entre punts. Després, amb els ordinadors, hem acabat tenint algorismes per tot. Perquè els ordinadors i els telèfons mòbils només funcionen en base als algorismes que alguns programadors els han preparat. Totes les aplicacions que ens hem baixat als nostres mòbils són algorismes. Tenim algorismes per millorar fotos, per cercar informació a internet, per saber la posició dels astres i per preveure el temps que farà demà. Tenim algorismes que ens troben el nom de les músiques que escoltem, i algorismes que saben traduir textos d’un idioma a un altre.

I ara, el que hem començat a veure fa pocs anys són algorismes que es van refinant amb les dades. Són algorismes que aprenen, algorismes que conformen els mecanismes d’aprenentatge automàtic que es troben en el nucli de l’anomenat “big data“. Hi ha moltíssims exemples, un dels quals, molt il·lustratiu, el teniu en aquest document (que és un pòster científic presentat ara fa uns mesos; com podeu observar, la imatge de dalt és d’aquest mateix document). Es tracta d’un algorisme que, a partir d’una gravació de vídeo de 15 segons en la que s’ens demana que expliquem qui som, fa una valoració de la nostra personalitat en cinc eixos diferents, i ens ho mostra amb 5 bandes verdes (les que veieu a la dreta de la imatge) al cap de menys de tres segons. Aquests cinc eixos són els de la curiositat (gent inventiva i curiosa versus gent cautelosa), escrupolositat (gent eficient i organitzada versus gent descurada i desordenada), extraversió (gent extravertida i energètica versus gent reservada i solitària), agradabilitat (gent amigable i compassiva versus gent poc social) i neuroticisme (gent neuròtica versus gent fiable). Com ho fa? Doncs amb un algorisme que conté dues xarxes neuronals de 17 nivells, una per la senyal de vídeo i l’altra per la d’àudio, amb un darrer nivell de fusió de les dues, com bé podeu veure a la figure 3 del document. Cada un dels 17 nivells d’una i altra xarxa combina adequadament els resultats del nivell anterior i genera una sortida que transmet a algun o alguns dels nivells següents. Cada nivell és com una taula de mescles de so, però digital. Barreja les entrades per tal de produir el senyal de sortida. En resum, fem 17+17+1 mescles, i acabem trobant els trets de personalitat de la persona que ha estat parlant durant 15 segons al vídeo. Però, com fem aquestes mescles? Com ajustem la importància que donarem a cada un dels valors d’entrada a cada una de les mescles? Com ajustem el valor de cada un dels “potenciòmetres” de la nostra xarxa neuronal?. En el cas de l’article que comento, això es va fer amb un sistema d’aprenentatge dirigit. Amb anterioritat als experiments, els autors, amb l’ajut de molts voluntaris, van analitzar deu mil vídeos de 15 segons de YouTube. Cada voluntari, a cada prova, presenciava una parella de vídeos (corresponents a dues persones) i després havia de dir quina de les dues persones creia que era la més curiosa, quina la més extravertida, .. i així fins analitzar el cinquè eix de neuroticisme. Cal observar que no es demanava cap valoració, únicament havien de comparar la parella de persones que estaven veient. Això es va fer així perquè és ben conegut que les comparacions les fem molt millor que les valoracions. Doncs bé, la informació d’aquests experiments amb 10.000 vídeos és la que va permetre ensinistrar els  mescladors dels 17+17+1 nivells de l’algorisme i ajustar els seus valors. Però això no va acabar aquí. L’interessant és que l’algorisme va continuar i continua aprenent, perquè quan el sistema ja estava ajustat i “trained” (mireu la imatge de dalt), l’anàlisi del vídeo de cada nova persona que vol experimentar aquesta aplicació i que dona la corresponent autorització per usar les seves dades, serveix per acabar d’ajustar una mica més els paràmetres de tots els nivells de la xarxa neuronal. El sistema va aprenent cada dia, i cada persona que l’utilitza l’ajuda a fer-ho. Només cal que digui si creu que el resultat que li mostra la màquina reflexa la seva personalitat o no, perquè això és l’únic que necessita la xarxa neuronal per auto-refinar-se.

Per bé o per mal (esperem que per bé), els algorismes que aprenen han arribat, i han vingut per quedar-se amb nosaltres. Ens poden ser molt útils, però no hem de perdre mai de vista la necessitat de la seva regulació ni els aspectes ètics. Els algorismes són aquí, però la responsabilitat sempre serà de les persones que els utilitzen.

Per cert, en Christophe Galfard diu que sense una visió científica, la democràcia es torna més complicada. També diu que la humanitat no és conscient del seu lloc a l’Univers, que només ara ho estem començant a entreveure.

La vida mitjana dels secrets

divendres, 3/02/2017

Fa poc vaig llegir un article d’en David Pogue sobre els límits de la seguretat a internet. La seva conclusió és que hem d’acceptar que el correu electrònic mai serà segur al 100% (com tampoc ho era abans el correu en paper). De fet, l’article, que podeu llegir aquí, no podia dir una altra cosa ja que com és ben conegut, la seguretat total té cost infinit i és una utopia. A les nostres comunicacions sempre ens poden enganyar, observar i espiar. Perquè encara que prenguem totes les precaucions, mirem bé el que escrivim i enviem missatges xifrats, sempre, en una badada, acabarem deixant el telèfon damunt la taula i els del costat el podran veure. Som humans, no ho podem controlar tot, i és possible que algú aprofiti algun d’aquests nostres moments relaxats.

En David Pogue parla de les moltes vegades que els pirates informàtics han atacat empreses els darrers cinc anys, aconseguint robar dades de clients. Comenta casos com el de l’empresa Target l’any 2013 (robatori de dades de 110 milions de clients), el de Yahoo de l’any 2014 (500 milions) o el d’Anthem de l’any 2015 (80 milions).

Ens diuen que cal usar paraules clau complexes i que el millor és canviar-les sovint. Però la veritat, diu en Pogue, és que no val la pena. Els atacs de tipus “pesca” (“phishing”), per exemple, comencen amb l’enviament massiu de correus electrònics que alerten de problemes en el nostre compte de correu. Si algú va a l’enllaç que diuen que ho arregla, aquest enllaç el porta directament a un lloc d’inici de sessió fals. I el problema és que no es pot detectar perquè l’aparença d’aquest lloc fals és idèntica a la de la pàgina web del servidor de correu habitual. La persona entra el seu codi d’usuari i la paraula clau, el sistema fraudulent se la guarda, i el hacker ja sap com entrar al nostre compte. Evidentment, encara que les nostres contrasenyes fossin llargues i complexes, en aquest cas no ens haurien servit de res. En David Pogue creu per tant que cal admetre que hem perdut la batalla de la seguretat i que hem d’acceptar les violacions de dades. El correu electrònic mai serà completament segur per a tothom. Però encara hi ha classes: els missatges d’uns són més segurs que els d’altres. Perquè, com diu en Pogue, ho tenim millor si no som famosos. Justament, la millor estratègia actual de protecció és l’obscuritat o, si voleu, la transparència, perquè els hackers persegueixen els polítics i els famosos, mentre que en canvi no mostren gaire interès pel que es diuen els desconeguts. Ja ho sabeu.

L’article d’en David Pogue m’ha recordat un text de fa més temps d’en Deb Roy. Amb un enfoc molt coincident amb el d’en Pogue, en Deb Roy parlava de la impossibilitat que les informacions secretes ho continuïn sent indefinidament, al segle XXI. Tot secret, per més ben guardat que estigui, s’acabarà coneixent. L’únic que podem fer, si incrementem les mesures de seguretat, és incrementar l’esperança matemàtica del temps que caldrà esperar fins que sigui públic, el que en Deb Roy anomena vida mitjana del secret. El bonic d’aquest valor (que no és més que la integral de tots els possibles temps d’espera multiplicats per la seva probabilitat) és que recorda la definició de la vida mitjana dels isòtops radioactius. Tant els isòtops que usem en teràpia mèdica com els secrets van desapareixent al llarg del temps, i en tots dos casos, el que voldríem és que tinguessin una vida mitjana el més gran possible. Llarga vida, però amb la certesa que les caixetes de secrets al final s’obriran.

(La imatge de dalt és d’aquesta pàgina web)
———

Per cert, en Bru Rovira parla d’en Ryszard Kapuscinski i diu que malgrat la seva pujada als altars del periodisme universal que proposen fins i tot alguns col·legues empresaris-de-premsa, molts d’ells avui serien incapaços de publicar als mitjans que dirigeixen dues pàgines senceres del mestre.

El Sol, aquest desconegut

dijous, 26/01/2017

Una pregunta que tal vegada podeu plantejar quan sigueu en una trobada d’amics que acceptin parlar de temes científics, és quina és la forma que descriu l’ombra de la punta d’un pal, un dia assolellat.

La resposta hauria de ser senzilla, però observareu que habitualment molta gent no l’encerta. Cada moment, la recta S que uneix la punta del pal amb la seva ombra al terra ens indica la direcció cap al Sol. Doncs bé, al llarg del dia, aquesta recta S descriu un con (una paperina, una superfície cònica) amb vèrtex a la punta P del pal (vegeu la nota al final). El fet que no en siguem conscients és degut, probablement, a que l’eix d’aquest con, que passa pel punt P, és paral·lel a l’eix de la Terra. I l’eix de la Terra té una orientació “estranya”, inclinada cap al nord i en direcció a la Polar. L’error dels nostres avantpassats i la dificultat que tenim per entendre el moviment aparent del Sol és fruit de la nostra manera provinciana de mirar i entendre el món. Creiem que caminem ben drets i eixerits, escalfats per un Sol que a l’estiu és més amunt i després més avall. Però habitem la Terra, i el nostre planeta té una única direcció singular: la del seu eix E. Som éssers que vivim torçats, inclinats en relació a l’eix E i en relació als altres. Quan els d’Igualada caminen, la seva vertical forma un angle de 48,42 graus amb l’eix de la Terra. Aquest angle és 49,28 de graus pels d’Amposta i de 62 graus pels que viuen a Tenerife. Quina és la direcció de referència, la meva o la de l’eix de la Terra?

Tot es més fàcil si acceptem que l’important, al nostre planeta, és la rotació al voltant del seu eix E, i que som nosaltres els que tenim una vertical estranya i diferent de la direcció d’aquest eix. L’astronomia, començant pel moviment del Sol, s’entén molt millor quan ens situem de manera coherent amb aquest eix singular del planeta. No és gaire difícil. Només cal construir un quadrat de cartró o fusta, fer-hi passar un eix perpendicular com el que veieu a la imatge, i ajustar la dimensió d’aquest eix per tal que l’angle entre el pla quadrat i el terra (o la taula) sigui igual a 90 menys la latitud. A Puigcerdà, aquest angle haurà de ser de 90 – 42,43 = 47,57 graus, mentre que a Amposta serà de 90 – 40,72 = 49,28 graus. Ara, si girem el conjunt fins que la part superior de l’eix s’orienti cap al nord (ho podem fer mirant la direcció de l’ombra del fil d’una plomada en el moment del migdia solar), ja ho tindrem tot preparat. Tindrem un petit laboratori solar amb un quadrat pla paral·lel a l’equador i una vareta paral·lela a l’eix E de la Terra. Imaginem que poguéssim fer tot aquest sistema a mida humana i que ens estiréssim unes hores al llarg de la vareta o gnòmon. Veuríem l’absoluta regularitat del moviment diürn del Sol. De fet, i degut a aquest moviment solar que és cònic, hem entès que els rellotges de sol són més senzills quan el gnòmon té la direcció de E i quan projecten l’ombra en una superfície disposada de manera simètrica al voltant d’aquest gnòmon.

Hi ha dos exemples evidents de rellotges de Sol amb gnòmon segons la direcció de l’eix de la Terra i superfície disposada de manera simètrica al seu voltant: els rellotges equatorials (de superfície plana) i els cilíndrics. El primer és el que teniu per exemple a la part superior esquerra de la imatge de dalt, i que podeu trobar amb més detalls en aquesta web. El Sol gira uniformement al voltant del gnòmon de manera que la direcció de l’ombra gira 360/24 = 15 graus cada hora; per tant, en un rellotge equatorial, les línies de les hores solars són radials i equidistants. Però podem fer-ho encara millor, com ho van fer els que van construir el rellotge equatorial (i molts més) a Jantar Mantar ara fa tres segles. Com que el moviment diürn del Sol genera un con, si ajustem la longitud del gnòmon i el fem curt de manera que el con intersequi el pla equatorial del rellotge, l’ombra anirà seguint cada dia un cercle perfecte. L’angle de l’ombra ens dirà l’hora mentre el seu radi ens farà de calendari. A la imatge de baix a la dreta (que podeu trobar a aquesta web) teniu la divisió del pla equatorial del rellotge de Jantar Mantar en radis horaris i en cercles que marquen el calendari. Aquí podeu trobar més dades sobre aquest rellotge i sobre tot el complex astronòmic de Jaipur.

En un rellotge equatorial tot és geomètricament simple i didàctic, perquè ens hem adaptat a l’orientació de l’eix de gir del nostre planeta. El Sol gira 15 graus cada hora, estiu i hivern (en hora solar, això sí; vegeu el comentari a la nota del final). D’altra banda, el radi dels cercles que van marcant el con solar cada dia i fan de calendari és molt fàcil de calcular (vegeu un cop més la nota al final). El 21 de juny el cercle és petit perquè el Sol és ben amunt al cel. Després, el con solar es va obrint, i els cercles es van fent més i més grans fins que el 21 de setembre, el con es fa pla i el cercle és immens, desbordant el pla del nostre rellotge. Llavors, a partir del 21 de setembre, tot canvia com per art de màgia. El Sol deixa d’il·luminar la cara superior del nostre rellotge i passa a la cara de sota, que és on es projectarà l’ombra de la part inferior del gnòmon durant la tardor i l’hivern. El con es va tancant, cada cop el radi dels cercles és més petit, i el 21 de desembre ens mostra el seu valor més petit. En d’altres paraules, veiem l’ombra a la part superior entre el 21 de març i el 21 de setembre, i en canvi la tenim a la part inferior els altres sis mesos de l’any. Tot és increïblement regular, senzill i repetitiu. És quelcom que sabien molt bé els constructors del rellotge de Jantar Mantar quan van fer les dues cares, una per la primavera-estiu i una altra per la tardor-hivern.

Podríem pensar també en rellotges esfèrics amb gnòmon segons la direcció de l’eix de la Terra, però permeteu-me que citi el cilíndric perquè conserva la simplicitat didàctica de l’equatorial a la vegada que ens dona encara més informació. La idea és ben senzilla: es tracta de recollir l’ombra del gnòmon en una superfície cilíndrica al voltant del gnòmon i per tant orientada també segons l’eix de la Terra. Aquest rellotge marca l’hora solar, és també calendari, i a més, si l’escapcem com si el talléssim amb un ganivet horitzontal (aquesta web explica com fer-ho), ens mostra el punt de l’horitzó per on sortirà el Sol i per on es posarà en qualsevol data de l’any. No és bonic?

Sempre m’he preguntat com és que pensem que podrem entendre el comportament humà i millorar la nostra societat si estem tan pendents de nosaltres mateixos i del nostre entorn proper que no pensem en quasi res més. De fet, encara que sembli estrany, el Sol ens pot ajudar: si tanquem els ulls, visualitzem la direcció de l’eix de la Terra i imaginem el nostre gir perpetu al seu voltant, ben aviat ens adonarem que la nostra pretesa verticalitat és un mite. El vertigen de pensar que caminem inclinats en un planeta que es mou com una baldufa tal vegada ens recol·loqui i ens faci veure que estem obligats a entendre’ns i a viure els uns al costat dels altres, com ens deien Kant, Fuller o Bauman.

———

Per cert, en Eduardo Martínez Abascal explica que la família mitjana a Espanya (uns 12 milions d’abonats) paga uns 45 euros al mes en electricitat. Diu que tenim el tercer preu més car dins de la Unió Europea, després de Dinamarca i Alemanya… Com deien els romans: Cui prodest?

———

NOTA: Imaginem la direcció definida per una certa recta S. Imaginem ara que aquesta direcció (que és un vector, parlant en termes geomètrics) gira al voltant d’un determinat eix E. És clar que el conjunt de direccions definides per una rotació arbitrària de S al voltant de E, que podem expressar com Rotació(S,E,alfa) per qualsevol valor de alfa, formen un con d’eix E. És el con que veurem si fem girar ràpidament un paraigua sense tela al que només li quedin les barnilles. Imaginem ara que la direcció S és invariant, però que som nosaltres els que girem al voltant de E. Com que el moviment és relatiu, el resultat també serà un con.

Això és exactament el que passa quan estudiem el moviment del Sol. Nosaltres (i tot el que ens envolta) girem al voltant de l’eix de la Terra, mentre que la direcció S de la Terra al Sol, vista per un observador inercial i extern al sistema solar, és aproximadament constant al llarg d’un dia. Per això, la recta S que uneix la punta del pal amb la seva ombra al terra descriu un con. Ara bé, de fet, i per ser precisos, hauríem de parlar d’un quasi-con, perquè és clar que l’endemà, S haurà canviat lleugerament tot girant un angle de quasi un grau (ha de girar 360 graus en 365 dies). La trajectòria del Sol, definida per la variació de la direcció S al llarg del dia, és per tant un quasi-con que no acaba de tancar perquè es va convertint en el quasi-con del dia següent. El quasi-con solar comença el màxim de tancat a cada solstici, es va obrint lentament com el full d’una immensa paperina que va aplanant-se, arriba a ser pla i geomètricament degenerat quan arriba el següent equinocci, i després torna a tancar-se lentament a l’altra banda del pla en el seu camí cap al següent solstici en un moviment harmoniós que ens fa recorda les flors de la xicoira o la calèndula (de fet i òbviament, mogudes pel Sol).

El rellotge equatorial descrit a dalt mostra l’hora solar. Pot mostrar també l’hora oficial si les línies de les hores, en comptes de marcar-les com a radis, les corbem lleugerament de manera que codifiquin l’equació del temps. Però en aquest cas caldria construir dos rellotges: un d’estiu-tardor que marcaria les hores i calendari d’estiu entre el 21 de juny i el 21 de setembre a la cara superior i el mateix per al període entre el 21 de setembre i el 21 de desembre a la cara inferior, i un altre d’hivern-primavera que serviria per l’hivern a la cara inferior i per la primavera a la seva cara superior. Això és degut a que l’equació del temps no és simètrica al llarg de l’any.

En un rellotge equatorial tot és geomètricament simple i didàctic, perquè ens hem adaptat a l’orientació del gir terrestre. El radi dels cercles que van marcant el con solar cada dia i fan de calendari és molt fàcil de calcular: només cal saber la declinació del Sol (l’angle del con solar per damunt o per sota del pla equatorial) i dividir la longitud del gnòmon que sobresurt del pla per la tangent d’aquest angle. Cal observar que la declinació solar al llarg de l’any (que podeu trobar en taules com aquesta) és la mateixa per a tots els punts del planeta.

El rellotge dels 10.000 anys

dijous, 5/01/2017

Els acords de llarga durada són sans i desitjables. Però segurament hi ha moltes més coses que podríem fer amb visió serena i a llarg termini. Sense anar més lluny, la Fundació “Long Now es proposa fomentar el pensament a llarg termini en el context dels propers 100 segles. El seu objectiu és oferir un contrapunt a la visió actual de “més ràpid i més barat”, en base a fomentar la responsabilitat i promoure el pensament “més lent i millor”. En el context d’aquest pensament a llarg termini, la Fundació utilitza dates de 5 dígits i diu que som a l’any 02017, per exemple.

L’inventor d’aquest rellotge dels cent segles, que és també un dels fundadors de Long Now, és en Danny Hillis. En Danny va presentar les seves idees ja fa més de vint anys, l’any 01995. En una declaració òbviament optimista deia que, tenint en compte que l’edat de la nostra civilització és de deu mil anys, aquest rellotge suposa el repte de no extingir-nos durant uns altres 10.000 anys, durant els quals caldrà que els nostres descendents sàpiguen tenir cura d’ells mateixos i del rellotge.

El rellotge està dissenyat amb materials resistents i estables que inclouen el titani a més del quars, boles de ceràmica per als coixinets i acer inoxidable marí amb un alt percentatge de molibdè. Es muntarà en un pou artificial vertical de 150 metres que està sent excavat en una muntanya de l’estat de Texas. És un rellotge clàssic, mecànic, però molt sofisticat. El seu pèndol de titani, amb un període de 10 segons, oscil·larà lentament impulsat per un típic mecanisme d’escapament i amb l’energia subministrada per un gran pes de pedra. Els dissenyadors han fet ja un prototip a escala reduïda, que es pot veure al museu de la ciència de Londres. El teniu a la imatge de dalt, que he obtingut d’aquest pdf. Però, qui i com donarà corda al rellotge? La resposta és que l’energia que necessita per funcionar la obtindrà en part dels visitants i en part del Sol. Els que vulguin visitar el rellotge es trobaran amb un molinet horitzontal, com el de l’àncora d’un vaixell però més gran. Com podeu veure al vídeo d’aquesta web, el gir del molinet farà girar el cabrestant del rellotge i aixecarà els pesos de pedra. Això sí, caldrà la força de dos o tres visitants. Quan no hi hagi visitants, el rellotge obtindrà l’energia a partir de les diferències de temperatura entre dia i nit. La llum solar entrarà per una finestra de safir orientada cap al sud situada dalt de la muntanya, i escalfarà una càmera d’aire que acabarà fent girar un cilindre de grafit. Aquest sistema subministrarà energia suficient per mantenir el pèndol en moviment, i a més servirà per corregir l’hora del rellotge a partir de la posició del Sol al migdia. Trobareu més detalls en aquest article científic. Tot està pensat per a que el rellotge pugui funcionar durant anys sense cap visitant i fins i tot sense llum solar. Si alguna erupció volcànica acabés amagant el Sol durant mesos o anys, la variació de temperatura entre dia i nit seria suficient per mantenir-lo en moviment.

Els visitants entraran a la gran cambra del rellotge, foradada a la muntanya, i hauran de començar a pujar. Després de passar els pesos de pedra, arribaran al molinet horitzontal per donar-li corda. A continuació, veuran 20 enormes rodes horitzontals amb enginyosos mecanismes de creu de Malta, que calcularan i tocaran més de 3,5 milions de melodies, totes diferents, al llarg dels segles. Una cada dia, al migdia, però només els dies que hi hagi visitants (perquè les campanes necessiten l’energia del molinet; el pèndol en té prou amb l’energia dels canvis tèrmics entre dia i nit, però no el mecanisme de tocar les campanes). Les campanades mai es repetiran, de manera que l’experiència de cada visitant serà única. El rellotge “calcularà” les melodies amb aquest sistema mecànic de ranures i passadors lliscants. De manera similar a la màquina diferencial de Babbage, generarà cada dia una seqüència diferent per a les deu campanes. Tot sense electricitat i sense energia externa. En Danny Hillis diu, ben cofoi, que aquest rellotge serà l’ordinador més lent del món. Mireu l’animació de les creus de Malta d’aquesta pàgina web. Oi que té el seu encant?

El rellotge també incorpora un sofisticat sistema per posar-se en hora automàticament, i treballa amb 5 temps diferents. El temps del pèndol és el que surt de comptar les seves oscil·lacions, i avança un pas cada 5 minuts (30 oscil·lacions de pèndol). El temps solar sense corregir es trobarà moodificant el temps del pèndol en base a l’equació del temps, mentre que el temps solar corregit tindrà en compte la posició del Sol al migdia. Aquest temps només es podrà obtenir els dies solejats; els altres dies, el sistema anirà emmagatzemant les correccions pendents, que seran recuperades i aplicades quan torni a sortir el Sol. Després tenim el temps solar mostrat, que només s’activarà i calcularà quan hi hagi visitants que donin corda al rellotge fent girar el seu molinet. Aquest temps solar mostrat inclou un calendari Gregorià que indicarà la data de la visita. Finalment, el temps planetari incorporarà una correcció per tenir en compte la reducció de la velocitat de rotació de la Terra, i ho farà amb una lleva que representarà i codificarà la funció quadràtica de correcció en la seva pròpia forma. El temps planetari és el que permetrà la visualització, cada cop que algú entri a mirar-ho, de la posició de tots els astres del sistema solar en aquell moment.

M’agrada aquesta idea del pensament a llarg termini, del pensament “lent i millor” que promou la Fundació Long Now. El fet de construir objectes i ginys de llarga durada és tot un repte, pels que els construeixen i per tots aquells que s’hauran de plantejar si en tenen cura o es fan responsables, davant els seus descendents, de la seva destrucció. Jo diria que ja ara tenim dos mons que conviuen. El món frenètic de la immediatesa, de la velocitat i de fer el màxim de coses en poc temps, i el món tranquil del pensament assossegat i creatiu. Són dues maneres de gestionar el temps. Dia a dia ens toca escollir quina adoptem. Però hem de ser ben conscients d’una cosa: la creativitat està renyida amb les presses i amb la visió a curt termini, perquè és ben conegut que les idees ens venen quan pensem lentament i sense angoixa. És el que ens expliquen els membres de la fundació Long Now. Aquest telèfon mòbil que portem a la butxaca i amb el que enviem centenars de missatges ràpids cada dia, existeix perquè moltes persones van estar pensant i donant voltes durant hores i hores, capficats en infinits problemes científics i tecnològics que ja no valorem. Van tenir temps, van tenir idees, van ser creatius, i ara en gaudim. Per això és bonic que, davant un món que pensa bàsicament en comprar, vendre, especular i enriquir-se el més ràpid possible, els responsables del projecte del rellotge dels deu mil anys ens expliquin que no tenen cap pressa: l’estan pensant pels nostres néts i pels besnéts dels nostres besnéts.

Per cert, en aquest context de treball tranquil i de llarga durada, els responsables de la construcció del rellotge diuen que no tenen cap data de finalització prevista. Pensen obrir al públic el seu rellotge dels cent segles una vegada estigui llest i acabat.

Les intel·ligències

dijous, 15/12/2016

Sempre m’he preguntat per què tenim aquesta barreja de por i admiració davant d’un hipotètic futur amb màquines i ginys intel·ligents. La fascinació del que podrà arribar a passar s’ajunta amb el temor a ser controlats, i tot plegat acaba en una mescla ben estranya. Per què ens atrau tant la fantasia tecnològica, i per què ens fa por?

Moltes vegades, les fantasies i les pors deixen de ser-ho quan llegim, esbrinem i escoltem els qui han estudiat i treballat el tema, perquè ens fan tocar de peus a terra. Per això, recullo la opinió i el testimoni de tres persones expertes en intel·ligència artificial i robòtica que es preocupen pels aspectes ètics, que parlen clar, i que crec que deixen les coses al seu lloc. En tots tres casos es tracta d’entrevistes fetes aquest any 2016. Ens parlen del frau inherent a moltes aplicacions comercials d’intel·ligència artificial (Roger Schank), de la gran exageració que hi ha en molt del que es diu sota l’epígraf de “transhumanisme” (Ramon López de Mántaras) o de la necessitat d’una visió ètica de la tecnologia (Carme Torras).

Pel que fa a la tecnologia, la Carme Torras és realista. Diu que la curiositat humana és imparable, i que si alguna cosa es pot inventar, s’acabarà fent. Això no obstant, el que cal és estar sempre ben segurs que el que fem va en la línia dels nostres objectius. I aquí és on apareix l’ètica. La Carme deixa clar que ella intenta orientar la tecnologia cap on èticament sembla que és un bon camí, en comptes de deixar-la en mans d’interessos comercials.

Es parla massa de sistemes, objectes i ciutats intel·ligents, i se’n parla per raons comercials, perquè això acaba donant diners a algú. Roger Schank diu directament que totes les empreses que s’omplen la boca venent intel·ligència artificial són un frau, i que el més gran mentider és IBM, que no fa res més que mentir. Quasi res.

En Ramon Lopez de Mantaras també desmitifica la intel·ligència artificial des del seu profund coneixement. Diu que la intel·ligència no és només memòria i capacitat de càlcul, i que fins i tot els sistemes de reconeixement d’objectes cometen errors garrafals. Posa com exemple els errors de Google Translator en les traduccions. Explica que tot plegat és perquè a les màquines els falta sentit comú: No saben resoldre ambigüitats i el món n’està ple. En definitiva, no tenen el que s’anomena comprensió profunda. En aquest sentit, la Carme Torras ens recorda que la intel·ligència no és només la del coeficient intel·lectual, sinó que inclou l’emocional, l’afectiva, la relacional i moltes altres.

Podem estar tranquils. En Roger Schank diu que podem fer moltes coses, però que fins que un ordinador no sigui capaç d’entendre els objectius d’una persona humana no hi podrà interactuar i aprendre d’ella, perquè la ment humana funciona per objectius.

Però hem de vigilar. La Carme Torras ens explica que hem d’estar molt atents a les suposades veritats que ens arriben i que sempre les hem d’analitzar críticament. Perquè a la llarga només ens arribaran noticies que se suposa que ens interessen, amb una preselecció que hauran fet certes màquines en base a informació anterior que hauran recollit sobre el que fem i el que ens agrada. Amb tot això, el nostre univers cultural s’anirà reduint. Diu que alguns privilegiats buscaran noves fonts d’informació, però que la majoria es quedarà amb aquest món fet a la seva mida. Serà una fractura digital que anirà augmentant: una nova forma de desigualtat.

I en Ramon Lopez de Mantaras ens explica que el que en realitat ens hauria de preocupar és què fan els robots que analitzen dades. Creu que a les grans empreses els interessa parlar de la singularitat de la intel·ligència artificial per desviar l’atenció del seu autèntic problema, que és la privacitat i l’ús comercial de les nostres dades. En Ramon és totalment contrari a l’ús de la recerca científica amb finalitats militars.

Finalment, la Carme Torras va ser contundent quan li van preguntar si la vida podrà arribar a expressar-se com un algorisme. La seva resposta, “com vols que la posem en un algorisme si ni tan sols sabem què és?”, és un bon resum de la visió científica actual. Per què hem de pensar tota l’estona en el que podran fer les intel·ligències artificials i els sistemes intel·ligents quan no sabem què és la vida, ni què és la intel·ligència, ni tan sols sabem per què dormim?

Si tenim dubtes, el millor és llegir el que diuen els experts. Llegir de diverses fonts, analitzar críticament, arribar a conclusions.

(La imatge de dalt la podreu trobar en aquesta pàgina web)

———

Per cert, la tinent d’alcaldia de Drets Socials, Laia Ortiz, va dir que el recurs de la patronal de les elèctriques (que integra companyies com Endesa, Gas Natural, Iberdrola i EDP) a la multa de l’Ajuntament de Barcelona és una falta de respecte a la llei de pobresa energètica i la ciutadania, que és qui va la impulsar.

Píxels de fa 120 anys

dijous, 1/12/2016

Hi ha idees que són més antigues del que pensem. Fa quasi 120 anys, concretament en un article a la revista “Electrón” escrit l’any 1898, José de Echegaray explicava un sistema per a la transmissió elèctrica d’imatges i moviments que segons deia estava desenvolupant un mestre a Viena. El sistema, certament enginyós, va ser un primer precedent, caigut després en l’oblit, de la televisió i fins i tot de les actuals imatges digitals i dels sistemes de tele-conferència.

José de Echegaray, mort ara fa cent anys, va ser un catedràtic de matemàtiques que va rebre el premi Nobel de literatura l’any 1904. Certament curiós. En això se’l pot comparar a Betrand Russell, l’altre matemàtic que també va obtenir el Nobel de literatura. Echegaray ha estat qüestionat molt sovint com escriptor, però cal reconèixer la seva extraordinària producció com a divulgador de ciència i la tecnologia, a més de la seva tasca com a professor. Echegaray deia que si hagués pogut, enlloc d’escriure drames i teatre, s’hauria dedicat únicament a les matemàtiques. No ho va poder fer perquè, com explicava, “el drama més desgraciat i el crim teatral més modest proporcionen molt més diners que la solució del més alt problema de càlcul integral”

L’article d’Echegaray es basa en les propietats del seleni, que és fotoelèctric. A finals del segle XIX ja era ben sabut que la conductivitat elèctrica del seleni augmenta quan rep la llum. Doncs bé, la idea que exposava Echegaray l’any 1898 (i que podeu veure a l’esquema a la imatge de dalt) es basava en aquesta propietat del seleni i en la idea, molt moderna, de píxel. Echegaray deia: “suposem que construïm una mena de tauler d’escacs amb petits trossets cúbics de seleni, perfectament aïllats i separats els uns dels altres, com un mosaic”. És un tauler de píxels (C a la imatge) que caldrà que col·loquem dins d’una cambra fosca i que rep els raigs de llum (B) que passen pel forat (A) de la cambra. Una munió de cables (I) connecten un dels terminals d’una pila o bateria (P) a tots i cada un dels cubs de seleni. A més, cada un d’aquests cubs està connectat i soldat a un sector circular, de coure, del cercle (E) de transmissió, de manera que el nombre de sectors independents i aïllats del cercle E és igual al nombre de cubs (píxels) del tauler C. Permeteu-me ara que citi textualment Echegaray: “Quan el sistema recull i projecta sobre el tauler (C) qualsevol imatge, el cap d’una dona, per exemple, les petites peces de seleni del encasellat del tauler general rebran diferent quantitat de llum. En plena llum estaran algunes; en plena ombra estaran altres. Moltes només rebran una mitja tinta. I aquestes ombres i aquestes llums formaran, com en la fotografia, per la seva varietat i intensitat: on la resistència és gran, el corrent serà petit; on la resistència sigui petita, arribarà el corrent amb més força. I d’aquesta manera, i amb aquest grapat de conductors, la imatge primitiva s’haurà convertit en una mena d’imatge elèctrica, en què ombres i llums, amb totes les seves gradacions, estaran representades per corrents elèctrics d’intensitat diferent. Serà veritablement una imatge elèctrica, que va caminant per uns filferros. Per uns anirà el cabell amb les seves ondulacions, les seves ombres i les seves llums. Per altres aniran els ulls amb els seus punts brillants i les seves pupil·les blaves o negres. Per altres, els llavis rosats o les suaus galtes. Una imatge dividida en petits trossos, tants com trossos de seleni comprèn el quadre general”. Però la seva idea de la transmissió elèctrica d’imatges no queda aquí, i Echegaray també incorpora el principi de seqüenciació en el temps. Un braç giratori (F), mogut per un motor (G), agafa a cada moment el corrent elèctric d’un dels sectors de coure del cercle de transmissió (E) i l’envia pel cable H1, de manera que entre l’emissor i el receptor de les imatges només cal que tinguem dos cables, els H1 i H2. A cada volta del braç giratori F, el sistema recorre i envia tots els píxels de la imatge projectada sobre C, sabent transmetre imatges en moviment a raó d’un fotograma per volta. Després, en el sistema receptor, un sistema braç-cercle idèntic al E-F envia els senyals elèctrics a un tauler semblant al C però amb petites bombetes enlloc de cubs de seleni. Echegaray fins i tot pensava que es podia arribar a enviar i reproduir imatges en color.

El sistema no es va arribar a fabricar de manera satisfactòria, segurament per la dificultat que hi havia, amb la tecnologia de finals de segle XIX, per sincronitzar els braços giratoris dels sistemes emissor i receptor. Però no podem negar que aquest invent portava ja l’embrió d’unes quantes idees que després van quallar durant el segle XX i que ara ens permeten interactuar a distància amb sistemes com skype, duo-google o hangouts. Moltes idees que ens sembla que són noves, no ho són tant, oi?

———

Per cert, la Rosa Montero cita un estudi que va analitzar més de 43.000 empreses multinacionals i que va posar de manifest que el 80% d’elles estava controlat per només 737 persones. Diu que, com que hi ha menys d’un miler de persones que dominen el món, els polítics haurien d’estar de part nostra, de part de tots els altres ciutadans, per intentar controlar aquests potentats.