Entrades amb l'etiqueta ‘informàtica’

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.

Arbres i cròniques

dijous, 14/07/2016

Fa poc, mentre passejava, vaig trobar-me un arbre tallat. És el de la foto. Alguna cosa se’m va remoure per dins. Calia tallar-lo? No ho sé, però tinc els meus dubtes. Recordo molts arbres, als carrers, que van ser part de la meva vida durant anys i anys i que, un cert dia, algú va decidir tallar perquè feien nosa. Hi ha qui creu que, a tota reforma urbanística, el primer que cal fer és treure entrebancs i tallar arbres. Per què? He de confessar que em sento més proper als qui van projectar l’ampliació d’algunes carreteres com la que va a Vilalleons o la que surt d’Es Mitjorn Gran: van respectar el tram antic, cobert per una meravellosa doble filera de plàtans (pins), deixant-la per al pas en una de les direccions i van construir, al costat, un nou tram per a la circulació en direcció contrària.

Heu sentit parlar dels dendrocronòlegs? La dendrocronologia és la branca de la ciència que estudia els anells dels arbres i analitza els missatges que amaguen. El principi és ben senzill: La majoria d’arbres formen un nou anell de creixement cada any. El gruix d’aquest anell depèn de la temperatura i humitat durant l’any en qüestió, perquè els arbres creixen millor i de manera més perllongada els anys de clima benigne i humitat adequada. En canvi, a les èpoques de sequera creixen menys i fan anells més prims. D’altra banda, els arbres propers i de la mateixa zona viuen condicions climàtiques similars i per tant produeixen patrons semblants de creixement dels seus anells, tot i que cada arbre té la seva individualitat i el seu propi model de creixement. Per exemple, tendeixen a créixer menys a mesura que es fan vells de manera que els anells centrals són més separats que els exteriors, com podeu veure a la imatge de dalt.

La prehistòria s’amaga a la foscor dels temps perquè els humans no vam començar a escriure i deixar constància del que passava fins fa uns cinc mil anys. Però molt abans, els arbres ja anaven escrivint (escrivint-se) la crònica anual del seu entorn. La diferència amb el que ens expliquen altres sistemes de datació (com el basat en el carboni-14) és que la crònica dels arbres de l’antiguitat és viva i diversa. Els arbres d’un bosc viuen els mateixos canvis climàtics, però amb matisos. Els arbres més protegits al centre del bosc no produeixen i escriuen els mateixos anells que els que es troben en zones exposades al vent i a les inclemències del temps. Els dendrocronòlegs saben llegir els factors ambientals comuns a tots els arbres d’una mateixa regió junt amb les especificitats de cada un d’ells. Interessant, oi?

La dendrocronologia ve de lluny. El Laboratori d’investigació dels anells dels arbres de la Universitat d’Arizona va iniciar la seva activitat l’any 1937, i des de llavors es dedica a recopilar i guardar dades. Els investigadors han anant recopilant informació i creant un bon nombre de bases de dades, que ara poden compartir els científics de tot el món. La imatge que podeu veure a sota és d’aquest article de l’any 1941 de A.E. Douglas (fundador del laboratori ja comentat de la Universitat d’Arizona) i mostra com es feien coincidir, a mà, els patrons dels anells de 4 arbres que van viure fa 750 anys. Podeu veure que l’any 1260 va ser clarament més suau que el 1270, i que el 1251 va ser un any de sequera, amb una clara coincidència entre el que van percebre i enregistrar per separat cada un dels quatre arbres.

A les excavacions és fàcil trobar soques fossilitzades o semi-fossilitzades. No és difícil mesurar l’amplada dels anells de qualsevol d’elles. Un cop corregits efectes subjectius (de l’arbre) com el de l’envelliment, obtenim una seqüència d’amplades d’anells que cobreix tota la vida de l’arbre. És el seu testament, la crònica de la seva vida. L’arbre no sap res del que va passar abans de néixer ni ens pot dir res del que va succeir després de la seva mort, però ens regala el patró de tots els daltabaixos climàtics al llarg de la seva vida. Els dendrocronòlegs comparen els patrons d’arbres de la mateixa zona i els van emparellant anell a anell, de manera que acaben descobrint les pautes objectives de variació climàtica. El gràfic que podeu veure en aquesta pàgina web explica molt bé el que s’ha aconseguit esbrinar fins ara. És la variació climàtica a l’Europa central, any a any, des de fa 14.000 anys fins fa uns 10.200 anys, coneguda i entesa només a partir de l’estudi dels anells dels arbres. Estem parlant de molts anys abans de la revolució neolítica. Els humans no escrivien, però els arbres van preservar els canvis climàtics any rere any i ara ens regalen la seva crònica particular.

Inicialment, aquesta anàlisi dels patrons dels arbres es feia manualment. Suposem que trobem una soca d’arbre semi-fossilitzat. Estudiem els seus anells, obtenim el patró de les variacions climàtiques anuals al llarg de la seva vida, i acabarem tenint una gràfica més curta (de 50, 100 o 200 anys) però molt similar a la de la web del WSL. Ara només cal veure on encaixa amb la gràfica temporal de tot el que ja hem aprés fins ara, i això ens dirà l’edat de la soca. Aquesta tècnica, anomenada de datació creuada, funciona perquè és molt improbable que el patró de variacions climàtiques al llarg de tota la vida d’un arbre encaixi bé a més d’un lloc en el gràfic de tota l’evolució ja coneguda, com bé ens explica l’estadística. Fixeu-vos un cop més en la gràfica del WSL. Veureu que hi ha una zona, al voltant de fa uns 12.500 anys, on encara no tenim dades. Però només és qüestió de temps: l’escletxa sense informació s’anirà tancant a mesura que trobem soques d’arbres que se superposin parcialment amb la zona verda o amb la blava de la gràfica i que a la vegada expliquin una mica dels anys del mig. Seran arbres que van néixer a la zona verda i van morir als anys desconeguts, o bé que van néixer durant aquests anys i que van morir ja a la zona blava de la gràfica.

Les tècniques actuals de datació creuada utilitzen mètodes estadístics i resolen el problema amb algorismes informàtics que permeten correlacionar patrons i testejar diverses hipòtesis en relació als factors ambientals. Es basen en calcular la probabilitat que unes determinades condicions climàtiques hagin acabat produint els anells que observem a la soca que hem trobat, i en el fet que el grau de certesa de les inferències estadístiques augmenta a mesura que recollim més i més dades. Tot plegat és un bon exemple de treball interdisciplinari entre biòlegs, estadístics i informàtics. En aquesta pàgina web podeu trobar tot tipus de dades i paquets informàtic/estadístics per al problema de les datacions.

Ara fa tres anys, els investigadors suïssos van trobar 257 soques de pi en una zona en construcció als peus del Uetliberg. Les soques, semi-fossilitzades, van poder ser analitzades i els seus anells ens van explicar que eren pins de fa 13.000 anys, pins que havien crescut just després de la darrera glaciació, quan les glaceres alpines començaven a retrocedir. És un descobriment molt important, que ens portarà llum sobre les condicions climàtiques a Suïssa a finals de la darrera edat de gel. Aquí teniu un mapa interactiu que també ho explica.

Els arbres semi-fossilitzats són veritables documents escrits que ens estan permetent desxifrar i interpretar allò que els nostres avantpassats no ens van saber dir.

Però el clima actual està embogint. El que diu en Ramon Folch és esfereïdor, mireu la cita del final d’aquest article. En Ramon Folch ens recomana aquest vídeo, que mostra la variació de la temperatura global de la Terra des de 1880 fins a 2015. Tal vegada, d’aquí a uns segles, els humans ens haurem suïcidat col·lectivament i ja no podrem gaudir de la crònica que els arbres escriuen any rere any. Però els arbres continuaran deixant constància escrita del que va passant al seu entorn, com ja ho van fer després de l’extinció dels dinosaures, esperant que alguna futura espècie, més conscient i sàvia que nosaltres, els torni a llegir.

——

Per cert, en Ramon Folch constata que, per vuitena vegada consecutiva, a la Terra hem tingut el mes globalment més càlid de l’últim segle. Diu que el clima canvia perquè els humans escalfem l’atmosfera amb la combustió massiva de combustibles fòssils, i que no és mala sort, sinó que és una conducta temerària i culpable.

 

Objectes i ciutats intel·ligents: sabem especificar?

dijous, 7/07/2016

No fa gaire vaig llegir una entrevista a Ramon López de Mántaras, feta amb ocasió d’haver rebut el premi europeu més prestigiós en intel·ligència artificial. En Ramon, company i bon amic, sap posar les coses al seu lloc amb les paraules justes. Davant el mite del poder que aviat assoliran les màquines i els ordinadors, explica que les màquines no superaran el cervell i que cal tenir en compte que la intel·ligència no és només memòria i capacitat de càlcul. Reconeix que els sistemes de reconeixement d’objectes cometen errors garrafals, perquè no saben resoldre ambigüitats quan el món n’està ple i perquè no tenen el que s’anomena comprensió profunda. I acaba dient que el que en realitat ens hauria de preocupar és què fan els robots que analitzen dades: Diu que a les grans empreses els interessa parlar de singularitat per desviar l’atenció de l’autèntic problema actual de la intel·ligència artificial, que és la privacitat.

La veritat és que costa entendre la relació d’amor-odi que tenim amb la ciència i la tecnologia. Sembla que la tecnologia sigui la font de tots els nostres mals i la causa principal de la pèrdua de valors, però en canvi no parem de somiar en un futur ple d’eines i objectes intel·ligents. Rebutgem la tecnologia però creiem que ens farà més humans. I de fet, totes dues actituds es basen en una ilusòria transferència de responsabilitat: en lloc d’asssumir-la nosaltres, projectem en els ginys que hem inventat la responsabilitat de tots els mals actuals així com l’esperança de salvació futura. Ens preocupen més els instruments i els nous aparells que no pas els objectius d’aquestes grans empreses que comenta en Ramon López de Mántaras.

Ens agrada parlar d’aplicacions intel·ligents, de cases i cotxes intel·ligents i fins i tot de ciutats intel·ligents. Però, algú sap què és (o què serà), una ciutat intel·ligent? En Joan Majó diu que no hi creu, en les ciutats intel·ligents, de la mateixa manera que no creu en els smartphones. També diu que en tot cas, una ciutat intel·ligent seria aquella que determina col·lectivament els seus objectius i que posa a disposició dels seus ciutadans un conjunt d’eines (tecnològiques, però també socials) per augmentar el benestar i el capital humà disponible, per distribuir millor la riquesa i per garantir la sostenibilitat del model.

El problema, continua dient en Joan Majó, és que confonem les paraules. Hi ha aspiracions, propostes i objectes que, per molt raonables que siguin, són només instruments per a aconseguir un determinat objectiu final; però en canvi es presenten i proclamen com a “objectius”. Les mesures socials i polítiques i les millores tecnològiques són instruments, no objectius. L’objectiu final, segons Majó, hauria de ser organitzar la societat de manera que el màxim nombre de persones del planeta (jo diria totes) tinguin una vida digna i feliç. A les ciutats passa el mateix: es parla molt de ciutats intel·ligents però poca gent es planteja quin és l’objectiu d’aquestes ciutats del futur. Volem que tota la gent visqui bé i sigui feliç amb una vida digne, o volem que tot sigui ràpid i automàtic? Volem prioritzar l’educació i la cultura o ja ens està bé l’oci que ofereix el mercat?

L’interessant de tot això és que té molta relació amb la informàtica. Un aspecte essencial del pensament informàtic és el de separar l’especificació de la implementació. Podríem dir que l’especificació és el planteig correcte d’un determinat problema, de manera completa i no ambigua. La implementació és en canvi la pròpia solució del problema, que en el cas concret de la informàtica implica el disseny d’algorismes i programes i l’ús adequat de recursos hardware i software ja existents. Una de les regles d’or de la informàtica és que la implementació comença un cop acaba l’especificació, perquè si no ho fem, ens trobarem embrancats en la resolució d’un problema que no sabem quin és i tal vegada trobarem solucions orfes de problema. Connectant ara amb el que dèiem de les ciutats, el problema és que hi ha molta gent que implementa i que proposa “invents” sense que els ciutadans sàpiguen els objectius i l’especificació del problema que es vol resoldre. Sí que hi ha objectius, però amagats:  pensem, per exemple, en els beneficis de les empreses que s’inventen aquests nous instruments i implementacions auto-batejats de ciutat intel·ligent. Però aquests no valen. Els objectius de futur d’una ciutat han de ser públics i definits pels seus ciutadans.

Tal vegada, un dels factors que pot explicar la mala fama de la tecnologia és el contrast entre la invasió constant d’informació que rebem sobre novetats suposadament espectaculars, i el poc que es parla d’objectius. Ara bé, en aquest desert dels objectius, de tant en tant trobem petits oasis com el que ens oferia, fa poc, en Gerardo Pisarello. Pisarello pensa que, en una ciutat democràtica, la tecnologia hauria de servir per apoderar digitalment la ciutadania, per protegir la seva privacitat davant dels abusos del poder públic i privat, per lluitar contra la corrupció i per avançar cap a una economia més equitativa i sostenible. En poques paraules, l’objectiu segons Pisarello hauria de ser conquistar sobirania tecnològica i digital, per al bé comú. Fixeu-vos que, en mig d’aquest garbuix de missatges publicitaris que rebem cada dia, tant en Ramon López de Mántaras com en Gerardo Pisarello i en Joan Majó insisteixen en la necessitat de definir objectius polítics (de la polis) i proclamen que el be comú és per damunt dels beneficis dels que fabriquen i venen els instruments.

Hem d’estar molt atents per a que no ens enganyin i per evitar situacions com la que imagina en Carles Capdevila quan diu que farem unes smart cities de nassos on els cotxes conduiran sols, però on els ciutadans continuarem veient trepitjats els nostres drets i la dignitat per gent que té un mínim poder amb una barreja explosiva d’arrogància, deixadesa i incompetència. La imatge de dalt, de l’àgora d’Atenes, ens recorda que l’objectiu central de les ciutats són els ciutadans, els seus habitants. Perquè tota implementació (el disseny concret d’una ciutat, en aquest cas) requereix abans una especificació que defineixi els objectius que volem assolir. Sempre que ens parlin d’un nou giny, d’un nou sistema o d’un nou servei, es bo fer l’exercici d’avaluar-lo en base als objectius, siguin declarats o no. Serveix als interessos comuns, o només als interessos privats dels que el publiciten? Beneficia a la gent, o només als qui ens volen fidelitzar?

——

Per cert, en George Steiner diu que l’error és el punt de partida de la creació, i que si ens fa por equivocar-nos, mai podrem assumir els grans reptes. Diu que cal pensar en utopies i equivocar-se, per no caure a la dictadura de la certesa.

Internet i l’Atenes del segle XXI

dimecres, 4/11/2015

Fa 13 anys, a Syros (Grècia), el professor Dimitris Gritzalis parlava dels sistemes de votació electrònica segurs. Tot comentant les avantatges i els punts encara foscos en aquells moments, comentava que la gran revolució de la democràcia electrònica i de les votacions per internet arribaria al llarg de la següent dècada. O sigui, ara.

Durant aquests darrers anys hem avançat molt, i crec que els investigadors informàtics han fet els deures. Ara tenim un bon nombre d’algorismes i eines telemàtiques que garanteixen el caràcter anònim i la seguretat a les votacions electròniques. S’hi ha treballat molt, només cal que cerqueu “e-voting” en alguna eina de cerca especialitzada com Google acadèmic. En David Ríos per exemple, va fer la seva tesi doctoral i ha participat en un llibre sobre la nova democràcia electrònica basada en internet. Però de fet, encara que algunes ciutats com Porto Alegre ja utilitzen aquestes eines per a decidir els pressupostos, els sistemes de democràcia directa i electrònica són poc coneguts i no gaire utilitzats. Probablement perquè no interessa a alguns.

Fa pocs dies vaig llegir algunes noticies que em van fer pensar en aquestes votacions electròniques. En el 70 aniversari de la ONU, Cristina Gallart es preguntava com podem afrontar els reptes que tindrem en la promoció de la pau i la seguretat i en el foment del desenvolupament i els drets humans. El diari deia també que és molt fàcil criticar l’ONU, però que sense aquest organisme el món seria sens dubte un lloc pitjor. És cert, i de fet, com també deia la Sara Berbel, el segle XXI tindrà les seves pròpies pors. Pors que no vindran del poder de la tecnologia, sinó de l’ambició i del desig de poder dels humans. L’acumulació de riquesa, les desigualtats alarmants, l’accés a l’energia, l’escalfament del planeta, els fonamentalismes, la corrupció i l’acumulació de poder són temes que fan por perquè és ben fàcil que aviat ens explotin a les mans en forma de conflictes amb milions de desplaçats i morts. Per això la Cristina Gallart diu que cal impulsar la ONU i treballar per l’acompliment dels drets humans a nivell mundial.

Les eines de democràcia electrònica directa ens poden ajudar molt, els propers anys. Només es tracta de decidir entre la cara i la creu de la informàtica i internet. Internet és una eina de doble tall, que els Estats ja estan usant (cada cop de manera més esfereïdora) com a arma, per vigilar i controlar la gent i per localitzar persones suposadament indesitjables. Però internet és també una meravellosa oportunitat per a construir la nova democràcia que encara no sabem com serà, però que necessitem. Internet és una eina per saber el que passa, per entendre els altres, per participar. Cal decidir què volem que sigui internet quan sigui gran. I ho hem de decidir nosaltres perquè la responsabilitat és nostra.

En Pedro Olalla explica molt bé l’estructura de la democràcia que hi va haver a Atenes. Ens diu que no existia el desacord entre govern i ciutadans, perquè els ciutadans eren el govern. El poder de decisió no era en mans de representants o líders, sinó en el conjunt dels ciutadans. En lloc de partits i llistes tancades hi havia l’Assemblea de l’Àgora, amb implicació continua del poble en la presa de decisions i amb càrrecs que sempre eren limitats en el temps. Existia el “procés contra llei” com a recurs per exigir responsabilitats en cas de decisions contràries al bé de la ciutat. Tots els ciutadans podien ser presidents de l’Assemblea (per un dia), membres del Consell (per un any), membres de jurats, i tenien accés a molts altres càrrecs temporals per sorteig o elecció. Ara, després de 25 segles, les eines de democràcia electrònica ens tornen a oferir aquesta possibilitat i no només a nivell local, sinó fins i tot a escala global. Perquè la comunicació i la informació ja són globals. Vivim en una paradoxa: el poder econòmic s’ha estès formant una xarxa mundial mentre continuem amb eines democràtiques del segle XIX. Per això, al meu entendre, un dels grans reptes del segle XXI (o, si voleu, una de les revolucions pendents) serà el d’aconseguir estructures de govern mundial basades en eines de democràcia electrònica, perquè la lluita contra els abusos del poder econòmic globalitzat requereix instruments democràtics potents, directes i d’escala planetària, que només internet ens podrà donar.

Per cert, en Pedro Olalla també diu que Grècia té un paper molt important els propers anys: hauria de capitalitzar el seu potencial històric i simbòlic per a ser pionera en el renaixement de la democràcia. Diu que Atenes hauria de convertir-se en pol d’atracció dels veritables demòcrates per tal de concebre un nou model de democràcia, adaptat al món d’avui.

La geometria dels materials

dimecres, 27/05/2015

Fa cinquanta o seixanta anys, el disseny tenia molt més a veure amb les formes que amb els materials. En el disseny d’un llum, taula o cadira, la llista de possibles materials estructurals era ben escassa. Fusta, metall i poca cosa més. Podíem pensar en usar vidre, baquelita o tal vegada bambú, però aquí pràcticament s’acabaven les opcions. Les barques eren de fusta amb elements de llautó, els cotxes de ferro, els trens tenien ferro per fora i fusta per dins.

Aviat va venir la revolució dels plàstics. Els envasos, els electrodomèstics, els teixits de fibres sintètiques, els bolígrafs i infinites coses més. La ciència dels materials es va vestir de química. La recerca de nous materials la dirigien els químics, que sabien sintetitzar nous compostos orgànics sobretot a partir de derivats del petroli a la vegada que experimentaven amb materials compostos (com les barreges de resines i fibra de vidre que tenim ara a les barques i cotxes). Moltes proves eren fallides, però de tant en tant es descobria un nou material amb propietats interessants i tot seguit sorgien munts d’inventors que trobaven cóm fer-los servir. Només cal pensar en el metacrilat, en el niló o en el tefló.

Doncs bé, tot indica que ara som al principi d’una nova revolució en el camp dels materials, propiciada per la informàtica, la nanotecnologia i les impressores 3D. Els nous materials que estem començant a tenir i que tindrem d’aquí a molt pocs anys seran lleugers, adaptables, dissenyables i molt resistents. Fixeu-vos en la imatge, que he tret d’aquesta pàgina web d’en Jan Rys, investigador a l’ETH de Zurich i del grup de Chiara Daraio. En Jan Rys fabrica estructures periòdiques a escala microscòpica i nanoscòpica amb tècniques de fotolitografia, tot analitzant i estudiant les seves propietats mecàniques i de resistència.

Aquests nous materials no són compactes, són quasi buits. Són versions microscòpiques de les estructures de ferro que va dissenyar Eiffel i que després van omplir edificis públics i estacions de tren. Eiffel havia redescobert les idees dels arquitectes del gòtic, que molt abans havien entès que es podia construir sense les parets sòlides i gruixudes del romànic. Només calia entendre la distribució de forces i disposar adequadament els arcs, nervis i columnes. El romànic (i això no treu la seva bellesa) és una mica com els materials que ara tenim: sòlids, compactes, materials on tot ho aguanta tot. En canvi, els materials que estan venint són com les estructures metàl·liques d’Eiffel, amb moltíssimes barres microscòpiques que donen rigidesa i aporten les propietats que desitgem. Són nano-bastides.

Sense abandonar la química, els nous materials s’han passat al camp de la informàtica i de la geometria. Això és així perquè són dissenyables, programables. La Chiara Daraio diu que la revolució actual dels materials consisteix en pensar a l’inrevés: enlloc de fer proves per veure quina utilitat pot tenir un cert material, ara decidirem cóm volem que es comporti, i a partir d’aquí dissenyarem microscòpicament el material, genuí, específic i que ens anirà bé. Suposem que vull dissenyar i fabricar una joguina pel meu fill petit. Vull fer una pilota que tingui zones elàstiques alternades amb regions dures, de manera que segons com caigui a terra, reboti o no. Una pilota en certa manera imprevisible. Aniré a l’ordinador, dibuixaré una pilota, podré dir si la vull buida per dins o no, i tot seguit aniré marcant zones de la seva superfície per indicar quines vull que siguin elàstiques i quines no ho han de ser. L’ordinador calcularà, generarà la geometria del conjunt d’infinites barres microscòpiques de diferents gruixos, longituds i disposicions, respectarà el buidat per dins si és que l’he demanat, i crearà automàticament un fitxer d’instruccions per una impressora 3D. Quan ho imprimeixi (a casa o a qualsevol botiga d’impressió 3D) tindré la meva pilota semielàstica feta a mida, i no hi hauré dedicat més d’un parell de minuts. El material de la pilota serà pura geometria, amb una munió d’estructures nanoscòpiques que garanteixen les propietats que he demanat. Els algorismes de creació del fitxer d’instruccions per la impressora 3D hauran optimitzat, controlat i dissenyat la geometria a totes les escales, des dels detalls nanoscòpics fins els que puc veure a simple vista.

Lijie Grace Zhang és membre del departament de mecànica de la Universitat George Washington i de la facultat de medicina de la mateixa Universitat. Gràcies a la seva formació muti-disciplinar, entén les necessitats en el camp de la medicina regenerativa i a la vegada coneix el disseny de les estructures nanoscòpiques dels nous materials. En un dels seus recents articles explica nombrosos estudis de diversos investigadors que ja poden fabricar materials (podríem dir-ne bastides) que ràpidament es convertiran en vasos sanguinis, parts de fetge, ossos, cartílag, cèl·lules renals o teixits del cor. En molts casos, el que es fa és anar imprimint la xarxa tridimensional de la bastida mentre es va dipositant material bioquímic en els seus espais buits, amb tècniques de bio-impressió. Després de 51 dies de cultiu, s’aconsegueix una fina capa ben formada de teixit biològic, viu, d’uns 5 per 5 mil·límetres i d’un gruix de 0,02 mil·límetres. Estem aprenent a dissenyar teixits del cos humà. No està gens malament, oi?

Per cert, la Natàlia Fabra diu que caldria incrementar els impostos sobre la gasolina ara que han baixat els preus del cru, per a reduir l’increment del consum i invertir el diner obtingut per a fer la transició energètica i incrementar el pes de les renovables en el mix energètic.

La ciència i la paciència

dimecres, 4/06/2014

SolarImpulse.jpg Molts diuen que la informàtica consisteix bàsicament en saber ordenar i en poder trobar ràpidament les coses que cerquem. Abans d’ahir tot just estàvem parlant d’això amb un grup de gent del barri Barceloní de les Corts. Google va néixer fa només setze anys, i en aquests pocs anys ha aconseguit fer-se imprescindible en la vida de molts de nosaltres. Molta gent, quan necessita saber coses, ho pregunta “al seu amic Google“.

Permeteu-me que avui parli de dos temes diferents però relacionats. Els dos tenen a veure amb els algorismes actuals de cerca i amb la ciència. De fet, aquesta vegada veureu que he inclòs ben pocs enllaços o “links” perquè, com sabem, els cercadors ens poden ajudar a resoldre dubtes i a trobar les pàgines web que contenen allò que volem. La utilitat dels cercadors com Google, Yahoo o d’altres és conseqüència directa de la seva capacitat de fer cerques associatives de manera molt eficient. Troben el que demanem sense que haguem de recordar on ho tenim o el lloc de la web on és. Els cercadors associen la pregunta que fem amb la resposta que ens ofereixen. Això és el que els fa interessants i útils.

Proveu d’escriure “avió solar” a Google. Si ho feu ara, a principis de juny de 2014, veureu que la resposta conté 478 mil resultats, i que el segon d’ells parla del projecte “solar impulse“. És un projecte fascinant, un projecte per aconseguir un avió que voli sense cap despesa d’energia, utilitzant només l’energia que rep a través dels panells solars que té damunt les seves ales. Us imagineu poder volar sense contaminar gens? El primer avió de Bertrand Piccard ja va demostrar que podia volar dia i nit. Fa pocs mesos va volar de Payerne a Madrid i a Rabat. Aquest avió experimental ha aconseguit diversos records mundials: per exemple, ha estat el primer avió solar que ha volat més de 24 hores seguides. I fa només dos dies, el 2 de juny de 2014, la segona versió del prototipus, ja homologada per les administracions, va fer el seu primer vol de proves. Ho podeu trobar i veure els vídeos si escriviu “solar impulse 2 first flight“. L’objectiu de Bertrand Piccard és fer la volta al món amb avió i només amb energia solar, l’any 2015. No és engrescador? El projecte “solar impulse” és una senyal per mostrar-li a Europa el que podria fer en el camp de les energies netes, si s’ho proposés. Un dels objectius dels seus creadors és fer-nos reflexionar sobre el potencial de les energies renovables. Per cert, la imatge de dalt és d’aquesta pàgina web.

El projecte “solar impulse” (com d’altres semblants) és veritable ciència, en majúscules. I també és un immens repte tecnològic. El 1903 els germans Wright van volar en avió per primer cop. Cent deu anys després, ja som capaços de volar amb despesa energètica nul·la. Però ningú ho ha comentat. Malauradament, ha estat una noticia que no ha sortit als mitjans de comunicació. Parlem molt d’esports, en practiquem pocs, i parlem encara menys de ciència. Així anem. Avui mateix he fet un petit experiment que segurament podreu repetir ben fàcilment, si voleu. Ho he pogut fer perquè cada dia em “baixo” el diari i així vaig creant la meva petita hemeroteca de diaris Ara en format pdf. Doncs bé, l’aplicació (Acrobat) per llegir documents pdf disposa com sabeu, d’un cercador. No només tenim Google per cercar informació a la web, sinó que podem cercar paraules al nostre ordinador i en documents concrets. L’experiment que he fet ha estat el de cercar, en tots els diaris Ara dels darrers 15 dies, les paraules “ciència” i “esport”. Ho fet fet en els diaris des d’el dijous 21 de maig fins avui, dimecres 4 de juny. He tardat menys de deu minuts, i la conclusió ha estat interessant. La paraula “esport” es troba en totes les edicions del diari, tot apareixent en un nombre de pàgines que oscil·la entre 5 i 13. D’altra banda, només hi ha hagut un article de ciència, el dia 22 de maig, sobre paleontologia. El diari d’avui (4 de juny) conté d’altra banda un article sobre la possibilitat que el Parc de la Ciutadella sigui un espai de ciència, i algunes edicions parlen de ciència política. Però el més divertit és la quantitat relativament gran de pàgines del diari on podem trobar paraules que contenen les lletres “ciència”: ciència-ficció, consciència, eficiència, impaciència, … i paciència.

Molta impaciència i molta paciència, però poca ciència. Menys mal que els cercadors ho detecten i ens ho expliquen. Perquè, com diuen Daniel Arbós i Màrius Belles, pa ciència, la nostra…
Per cert, Moisés Naïm (citant Piketty) diu que les desigualtats creixen quan la taxa de remuneració del capital supera el valor de la taxa de creixement de l’economia. Però diu que també creixen com a conseqüència de la corrupció, perquè a molts països hi ha massa lladres en el govern i en el sector privat que poden robar amb total impunitat.

La teoria de la “Big Van”

dimecres, 30/10/2013

BigVan.jpg No hem de confondre la teoria del “Big Bang” amb la teoria de la “Big Van“. Sense voler menystenir la primera, he de confessar que la segona la trobo divertida i força més propera. La teoria de la gran furgoneta és que és possible fer espectacles de divulgació científica que siguin amens, interessants, sorprenents i divertits. La “teoria de la gran furgoneta” és de fet un grup de tretze joves científics que s’ofereix per a fer shows de divulgació científica. Fa poc, el 17 d’octubre, van ser al Caixa Forum de Barcelona. Però s’apunten a tot. A la seva pàgina web diuen que poden actuar en bars, teatres, fires, escoles, instituts, universitats, biblioteques, parcs i en molts més llocs. Són físics, enginyers, matemàtics, bioquímics i altres, units per la ciència i pel bon humor. En el grup hi ha una bioquímica de l’Institut de Recerca Biomèdica de Barcelona, un astrofísic també de Barcelona, investigadors del CSIC, un matemàtic de La Rioja, un físic del CERN, una investigadora en microelectrònica, químics, sismòlegs i més. En aquest vídeo podeu veure un dels seus monòlegs en directe, sobre cóm omplir l’espai, sobre l’eternitat dels teoremes i sobre l’amor.

Permeteu-me que desvetlli una de les preguntes que comenten a les seves actuacions. Imagineu que doblegueu un full de paper de mida A4 per la meitat. A continuació, el torneu a plegar per la meitat. Quantes vegades el podreu doblegar? La prova és ben fàcil de fer. Si la feu, veureu que el nombre de vegades és força petit, probablement inferior al que pensàveu. No podreu fer més de 6 o 7 doblegs, perquè cada cop el paper es fa més gruixut i rígid i és més difícil de manipular. El gruix inicialment era de l’ordre d’una dècima de mil·límetre, com podreu comprovar si mesureu un paquet de 100 o 500 fulls. Però aquest gruix es duplica cada vegada que repetim el procés de doblegar-lo i va creixent de manera exponencial. Només cal anar multiplicant per 2 i comprovareu que si poguéssim arribar a fer 10 plecs, el gruix del paper doblegat seria de 10 centímetres; amb 11 doblegs tindríem un gruix de 20 cm., i amb 14, el gruix seria de l’alçada d’una persona. Només amb 6 plecs més, arribaríem a una hipotètica columna de paper de 100 metres d’alçada que hauríem aconseguit amb 20 plecs. Si poguéssim arribar a fer 25 plecs, la columna de paper seria més alta que tots els cims del Pirineu, i amb 42 plecs arribaria a la lluna. És com el problema del blat i l’escaquer o la llegenda de Sissa. El comportament exponencial és sempre sorprenent i contra-intuïtiu, perquè fer 25 doblegs en un full de paper, encara que sigui impossible, no sembla massa desaforat a primer cop de vista.

El bonic del comportament exponencial és que ens pot ser molt útil si li donem la volta i el convertim en un procés logarítmic. Podem ensinistrar les propietats explosives de la funció exponencial si utilitzem la seva inversa, la funció logarítmica. En el procés cap a la solució d’un problema, imaginem que anem obrint plecs d’un paper imaginari que ens amaga la clau per a resoldre’l. Cada cop que obrim un plec del paper per a descobrir la solució, reduïm el gruix de paper que ens queda a la meitat. Aquest principi és en la base de molts algorismes informàtics (com els de Google) que poden ser ràpids i eficients perquè s’aprofiten d’aquesta complexitat algorísmica. Tot ho tenim en un full de paper, que si el despleguem 25 vegades, passarà d’un gruix de 3200 metres al d’una dècima de mil·límetre.

Us voleu divertir en aquest espectacle de divulgació científica? El grup de la “Big Van” actuarà al Caixa Forum de Lleida el proper 17 de novembre i després els podrem veure al museu del gas de Sabadell el 23 de novembre.

Per cert, H. G. Wells deia que cada cop que veia passar un adult en bicicleta, creixia la seva confiança en què un món millor és possible.

Informàtica i democràcia

divendres, 31/08/2012

Fa uns cinquanta anys, concretament l’any 1951, Kenneth Arrow va demostrar el seu teorema d’impossibilitat. En ciència, els resultats més importants són els negatius. Quan algú presenta una nova teoria, sempre podem pensar que tal vegada algú altre en el futur la millorarà. Però quan algú demostra una impossibilitat, quan algú ens diu que no, és clar que ens està ensenyant alguna cosa: ens diu per on no hem d’anar. Kenneth Arrow va establir un resultat no massa conegut. Va demostrar que cap sistema de votació és perfecte. El teorema d’impossibilitat d’Arrow diu que, si demanem algunes regles elementals de racionalitat col·lectiva (vegeu la nota al final), és impossible construir el perfil de preferències d’una societat a partir dels perfils de preferències dels seus individus. Tots els sistemes de votació actuals són imperfectes i perfectibles.

La informàtica i les noves tecnologies són simplement eines. Els avenços tecnològics no són negatius, com alguns diuen. La responsabilitat del seu ús és només nostre, i no hem de jutjar la tecnologia, sinó l’ús que en fem les persones concretes. Un ganivet pot servir per tallar el pa o per agredir els altres. Internet pot ajudar a cometre genocidis, o ens pot ajudar a construir un món millor. En David Ríos ens recorda que les noves eines TIC ens poden ajudar a construir una nova societat més democràtica. Les eines informàtiques permeten la participació directa, el vot ponderat i quantitatiu, el debat previ i fins i tot el diàleg i l’elaboració de solucions negociades. Vicenç Navarro (a les seves propostes 110 i 112) creu també que les noves tecnologies poden tenir aquest paper.

La informàtica i els nous recursos d’Internet ens ofereixen eines per a modelar la nova democràcia del segle XXI. Una democràcia més justa, que superi les limitacions que va detectar Kenneth Arrow. Però aquesta nova organització l’haurem de dissenyar nosaltres, els ciutadans i la societat civil. En Pedro Olalla, al pròleg del seu llibre “Història menor de Grècia”, ens diu que avui, com a la Grècia antiga, són progressistes els que lluiten contra la injustícia i la ignorància, i són retrògrads els que les afavoreixen per alguna raó. Ens diu també que l’única civilització possible i digna d’aquest nom és la que uneix els homes contra la barbàrie. Al segle XXI, podrem i haurem d’escollir entre la cooperació i la solidaritat a nivell mundial o la barbàrie.

Els humans som al cim d’un procés evolutiu on hi ha hagut competència, però on la cooperació ha estat un dels seus arquitectes fonamentals. En canvi, i a pesar dels nostres descobriments científics i tecnològics, continuem matant-nos i odiant-nos tal com ho feien els nostres avantpassats. Al llarg de la història, els humans hem cooperat i hem estat solidaris amb els del nostre grup, tribu o país, mentre ens hem enfrontat als altres. La diferència és que ara ens està canviant la perspectiva. Internet està fent que el nostre poble, la nostra “polis”, sigui el món, i això segur que requerirà nous mecanismes polítics i democràtics. Justament, les eines també ens les està oferint Internet. Caldrà escollir-les, dissenyar-les i usar-les amb responsabilitat.

Nota: El teorema de Arrow demostra que, en qualsevol grup de persones o societat, és impossible construir un perfil de preferències del grup a partir dels perfils de preferències dels individus que composen el grup, si volem que es compleixin les condicions d’universalitat, coherència, estabilitat, absència de dictador i racionalitat. Les regles de votació (regles de formació del perfil del grup a partir dels perfils individuals) compleixen la condició d’universalitat si qualsevol persona, sigui quina sigui la seva opció personal, la pot reflectir en el seu vot. La coherència implica que si tots els individus prefereixen A abans que B, el resultat ha de ser que el grup prefereix A abans que B. L’estabilitat comporta que si s’afegeixen o eliminen alternatives no guanyadores, el resultat no ha de variar, mentre que l’absència de dictador significa que cap individu pot aconseguir que el perfil del grup sigui igual que el seu, amb independència de les preferències dels demés. Finalment, la condició de racionalitat implica que l’ordenació de preferències d’alternatives, tant a nivell individual com de grup, ha de ser completa i ben ordenada.

La màquina de Turing

dissabte, 23/06/2012
Alan_Turing_Estatua.jpg

Estatua de Alan M. Turing als Whitworth Gardens, a Manchester (de Wikipèdia)

Avui, 23 de juny, fa cent anys que va néixer Alan Turing.

Alan Mathison Turing va néixer a Wilmslow, Anglaterra. Turing era un matemàtic. S’el considera el primer científic de la computació, el precursor de la informàtica moderna i un dels seus pares. Turing va completar i va donar sentit al treball que havia començat un segle abans Charles Babbage amb la seva màquina analítica, junt amb Lady Ada Augusta, comtessa de Lovelace i filla de Lord Byron (Ada Byron és considerada la primera programadora informàtica de la història, perquè va escriure programes per a la màquina analítica). Turing Babbage i Lady Ada son alguns dels pares i mares dels nostres portàtils, dels nostres telèfons inteligents i de molts altres aparells que usem cada dia. Però avui és el dia de Alan Turing, com haureu vist que ens recorda Google.

Turing va ajudar el seu pais durant la segona Guerra Mundial. Va desxifrar els codis secrets dels nazis, i en concret els de la màquina Enigma. Un cop acabada la guerra, va dissenyar alguns dels primers ordinadors electrònics, al Laboratori Nacional de Física del Regne Unit i a la Universitat de Manchester.

Els darrers anys de la vida de Alan Turing, però, van ser terribles. Als quaranta anys, el 1952, va ser acusat d’homosexualitat, jutjat i condemnat en base a les lleis homofòbiques vigents en aquells moments a Anglaterra. Va haver d’escollir entre la presó o la castració quimica, i finalment va preferir la castració. No en va poder superar els efectes físics i psíquics. Alan Turing es va suïcidar dos anys després, el 1954. La intolerància havia acabat amb el fundador de la informàtica moderna, amb el pare de la intel·ligència artificial, amb la persona que havia tant havia ajudat el seu país durant la segona guerra mundial.

Amb la seva màquina de Turing, va formalitzar els conceptes d’algorisme i de calculabilitat i va contribuir al disseny dels actuals ordinadors basats en algorismes emmagatzemats a la seva memòria interna. La màquina de Turing és molt simple, treballa amb una cinta que conté les dades i només veu la dada que té davant d’una finestreta. En cada moment, pot canviar la dada que està veient, o moure la cinta una posició. Aquí en teniu un exemple.

 

Turing va demostrar que la seva màquina podia resoldre qualsevol problema algorísmic dels que resolen els actuals ordinadors, per complicat que fos. La seva màquina pot resoldre tots els problemes que tenen solució. Per això la va anomenar “màquina universal”.

Algunes vegades, no obstant, els ordinadors no poden resoldre resoldre un determinat problema i entren en bucle, repetint i repetint càlculs sense acabar mai. Una altra de les coses que va demostrar Alan Turing és la no decidibilitat del problema de parada. Donat un problema qualsevol, no podem saber si una màquina de Turing (i per tant, un dels nostres ordinadors actuals) el podrà resoldre o bé entrarà en bucle infinit.

En Ramón López de Mántaras comenta l’extraordinària importància que té, en ciència, demostrar impossibilitats. Hi estic totalment d’acord. Conèixer els límits de les matemàtiques i de la computació ens permet saber, en paraules del matemàtic Gregory Chaitin, en quines ocasions és millor que no intentem allò que serà impossible…