Entrades amb l'etiqueta ‘MIT’

L’estrès tèrmic que se’ns apropa

dijous, 10/08/2017

La sensació de confort està molt relacionada amb l’absència d’estrès tèrmic. L’impacte de la radiació solar, la humitat i del moviment de l’aire afecten no sols el nostre estat d’ànim, sino també el nostre metabolisme. En general, els humans no podem viure bé sota l’estrès tèrmic, que ens pot portar fins i tot a hipertèrmies potencialment mortals.

Els organismes vius només podem sobreviure dins d’un cert rang de temperatura i d’humitat. Quan la temperatura ambient és massa alta, el nostre cos utilitza mecanismes de refredament evaporatiu i sua (els gossos obren la boca per evaporar saliva, i aconsegueixen el mateix). Ara bé, l’eficàcia de la refrigeració evaporativa depèn de la humitat.

Heu sentit parlar de la temperatura de bulb humit? Segons la termodinàmica, la temperatura de bulb humit és la temperatura més baixa que es pot aconseguir en una superfície mullada amb aigua, mitjançant refrigeració evaporativa per ventilació. Els termòmetres coberts amb un drap empapat d’aigua la mesuren de manera bastant aproximada. Cal dir que, amb una humitat relativa del 100%, la temperatura del bulb humit és igual a la temperatura habitual de bulb sec perquè l’aigua ja no s’evapora. Doncs bé, s’ha vist que la temperatura de bulb humit o algunes mesures similars com poden ser l’índex d’humitat (Humidex) o la temperatura WBGT (que té a més en compte la radiació solar), proporcionen una bona mesura del grau d’estrès tèrmic.

La temperatura de bulb humit, fins ara, molt rarament ha superat els 31 graus a cap lloc de la Terra. I això és bo, perquè sabem que una temperatura de bulb humit de 35 graus és mortal: el cos humà no es pot refredar prou i la persona acaba morint a les poques hores, encara que estigui ben sana i que es protegeixi amb un ventilador. A aquesta temperatura de bulb humit, els nostres cossos ja no poden dissipar calor al medi ambient i comencen a absorbir-ne, amb un resultat d’hipertèrmia i col·lapse.

Tot això té relació amb una noticia que vaig llegir fa poc i que no em puc treure del cap. És un article científic publicat a la revista dels Avenços en Ciència, fruit de la col·laboració entre el professor Elfatih Eltahir del MIT i investigadors de Singapur, Hong Kong i Los Angeles. Aquí en teniu la ressenya que publica el MIT, amb una explicació ben detallada i un vídeo (la imatge de dalt és d’aquest vídeo). Les conclusions de l’estudi es basen en l’anàlisi de tres models de clima global, escollits d’entre més de 20 en base a la precisió de les seves prediccions climàtiques a la zona del sud d’Àsia, i concorden amb un altre article publicat recentment per investigadors de la Universitat de California a Irvine. Sabem que, amb les condicions climàtiques actuals, el 2% de la població de la Índia pateix de tant en tant onades de calor amb temperatures de bulb humit que arriben fins els 32 graus. Doncs bé, l’estudi diu que si no es modifica el ritme actual d’emissions i de consum de combustibles fòssils, l’any 2100, aquest percentatge pujarà fins el 70%, i que un 2% dels qui viuen a la Índia patiran de tant en tant onades de calor mortals, de 35 graus de temperatura de bulb humit. Sense considerar cap creixement demogràfic, aquesta predicció implica un mínim de 26 milions de morts. De fet, i en contra de totes les prediccions, l’onada de calor del 2015 ja va quasi assolir aquest límit dels 35 graus i va matar aproximadament 3.500 persones al Pakistan i a la Índia. L’estrès tèrmic mortal de les onades de calor ja està arribant al sud asiàtic.

Durant els darrers cent anys, hem arribat a tots els racons del planeta i ara hi ha gent que viu per tot arreu. Però durant els propers cent anys, hi haurà grans zones del planeta que esdevindran inhabitables, amb un resultat de milions de morts i desplaçats i amb una desaparició total de l’activitat agrícola i ramadera. Com diu el professor Matthew Huber de la Universitat de Purdue, citat a la noticia del MIT, aquests resultats són impressionants i francament opressius. Ens hem equivocat, hem seguit pel camí erroni a pesar dels advertiments dels científics. Fa temps que haguéssim hagut de dubtar, parar, aturar el negoci depredador del petroli, i pensar bé el nostre futur. Anem amb el cap ben alt, directes al desastre. I, quan els nostres fills i néts hagin de conviure amb tota aquesta realitat, hi haurà algun culpable?

Per cert, la Victoria Camps diu que la filosofia i el coneixement venen de persones que s’equivoquen, i que la saviesa consisteix en dubtar sempre del que creiem que sabem. Diu que aprendre a dubtar és saber distanciar-se, posar en qüestió els tòpics i els prejudicis, i aprendre a qüestionar l’inqüestionable.

Els bits que construeixen

dimecres, 3/09/2014

La llista de laboratoris del MIT és del més suggeridora. Per posar només dos exemples, els laboratoris del MIT inclouen el d’automuntatge (Self-Assembly Lab) i el laboratori de bits i àtoms, dirigit per Neil Gershenfeld. Des de fa 16 anys, Gershenfeld dóna un curs sobre com fabricar quasi qualsevol cosa. Quan els estudiants li pregunten per a què serveix el que aprendran al curs, ell diu que no els servirà per a construir el que ja pots trobar a les botigues, sinó per fer-te allò que no hi pots trobar. Neil Gershenfeld va crear la xarxa de “Fab Labs juntament amb Bakhtiar Mikhak, per a oferir eines de fabricació personalitzada a tothom.

La informació és cada cop més intangible i etèria. Fa 30 anys, el que teclejàvem a les màquines d’escriure quedava immediatament reflectit en el paper i no era fàcil esborrar-ho. Ara, el que escrivim queda codificat en bits que es poden volatilitzar si no guardem el que estem veient en pantalla. Tenim moltíssima informació a les targetes Micro SD de només 11 per 17 mil·límetres dels nostres mòbils, i l’enviem de manera invisible per internet a través de xarxes Wifi. Si la nostra retina fos sensible a d’altres freqüències electromagnètiques, veuríem l’aire ple de l’eixam de colors, ara invisibles, dels bits tots els Whatts Apps i missatges que ens estem enviant.

Però els ordinadors no només creen i treballen amb bits. Tenen dispositius que converteixen els bits en matèria. És el que fan les impressores que tenim a casa i a la feina. Els algorismes d’impressió reben documents codificats en bits, i converteixen aquests bits en puntets de tinta ben distribuïts sobre el paper 2D: lletres de diferents tipus, taules i gràfics, fotografies. Les impressores són constructores de símbols i dibuixos, màquines que converteixen bits en àtoms de tinta sobre el paper. Les impressores en paper són un primer exemple, senzill i quotidià, del concepte que hi ha darrera del centre de bits i àtoms del MIT.

Seguint aquesta mateixa idea, les impressores 3D, fa uns vint anys, van fer el salt del 2D al 3D, el pas de les dues a les tres dimensions. El principi d’una impressora 3D no és massa diferent del d’una impressora 2D sobre paper. Si penseu que en lloc de tinta utilitzem un material que anem dipositant sobre el paper en capes molt fines, la zona que anem imprimint anirà agafant gruix i acabarà essent tridimensional. La màgia de les impressores 3D és que ens “solidifiquen” el que imaginem i creem amb els ordinadors. Fabriquen i construeixen a partir de bits. La imatge de dalt, d’aquesta web, ens mostra l’esquema d’una de les tecnologies d’impressió 3D existents. El sistema conté una cubeta horitzontal plena de pols de plàstic o de metall i un raig làser que escombra aquelles zones de pols que volem convertir en una de les capes del nostre objecte. La calor del làser solidifica la capa de pols en aquestes zones (per sinterització en el cas de pols de metall o per polimerització quan el pols és de plàstic). Un cop ja acabada aquesta capa de l’objecte, un full de reomplert recorre tota la cubeta de banda a banda tot cobrint-la amb una nova capa ben fina de pols net. El procés es va repetint, les noves capes es van soldant a les anteriors, i l’objecte va apareixent enmig del pols no solidificat. Imagineu-vos que en vostre ordinador teniu una aplicació de disseny digital 3D, i que, amb paciència, feu una petita estàtua, una peça o un senzill objecte de decoració. El resultat és intangible, és la forma que heu esculpit codificada en bits. Però els algorismes geomètrics d’una impressora 3D li fan una seqüència de talls virtuals (de manera idèntica a com si tallessin un embotit), calculen la forma geomètrica de cada un d’aquests talls, i generen les comandes adequades per a que el làser solidifiqui la corresponent capa de pols amb una forma exactament igual a la del tall virtual del model que hem creat. L’objecte virtual es construeix físicament amb algorismes que fan que el làser segueixi la forma dels talls virtuals, capa a capa.

El que estan fent ara els investigadors del MIT és el següent salt, del 3D al 4D. Es tracta de construir peces amb materials que codifiquen el temps. Ho explica l’Skylar Tibbits, director del laboratori d’automuntatge del MIT, en aquest vídeo TED, que també podeu trobar en aquesta pàgina web. Tot plegat és fruit d’un projecte de recerca conjunt entre Stratasys i el MIT. A la part final del vídeo, per exemple, podeu veure una cadena programada per a transformar-se en dos cubs. Les baules de la cadena semblen iguals, però no ho són. La impressora 3D que les va fabricar, les va fer amb materials lleugerament diferents i així, algunes baules tenen codificat que hauran de girar d’una determinada manera, mentre que d’altres “saben” que hauran de girar de manera diferent. És una idea que canviarà moltes coses, els propers anys. En els nous programes de disseny per ordinador, haurem de pensar i crear tant la forma com el comportament. Les peces que dissenyem tindran informació associada sobre què han de fer per a autoacoblar-se amb les peces veïnes. Tot plegat ho guardarem en fitxers que contindran bits de forma 3D i bits de comportament. El làser de les impressores 3D esculpirà la forma mentre anirà codificant el comportament que haurem programat en les diferents propietats del material de cada una de les partícules que es van solidificant. Segons explica Skylar Tibbits en el vídeo, la tecnologia d’impressió 4D requereix haver codificat la sequència d’acoblatge per a després programar de manera local el material de cada peça, que esdevenen algorismes sòlids. A més, val a dir que també cal energia per a l’automuntatge i algun sistema d’autocorrecció d’errors. Hi ha moltes maneres de fer-ho. Per exemple, la tecnologia “Stratasys Connex utilitza aigua per a subministrar l’energia necessària per a l’automuntatge. Tot plegat sembla ciència-ficció, i la veritat és que encara som a les basseroles. Però no és una idea massa estranya. Skylar Tibbits ens recorda que és el que ja fan les proteïnes i l’ADN: es comporten de determinades maneres que ja tenen autoprogramades.

Els bits que comanden les impressores en paper són els que ara ja expliquen tot tipus de formes tridimensionals a les impressores 3D i els que ben aviat construiran formes que sabran adaptar-se, connectar-se i construir assemblatges, sistemes dinàmics i màquines. Seran bits que codificaran i explicaran formes, temps i processos a les impressores 4D. Us imagineu el kit d’un moble que, quan obriu la caixa, s’autoconstrueix sense cap intervenció nostra?

Per cert, Bàrbara Schmitt, portaveu de la Institució Altempordanesa per a la Defensa i Estudi de la Natura (IAEDEN) acusa el Govern de fer una “llei a mida” perquè El Bulli Foundation de Ferran Adrià es pugui construir a la cala Montjoi, al mig del Parc Natural del Cap de Creus. Aquesta denúncia és també a la plataforma Change.org.

Una de cons i acordions

dimecres, 1/01/2014

ConsAcordions.jpg Fa poc, un dia d’els anomenats “d’operació tornada”, vaig observar una cosa força insòlita. Mentre anava amb cotxe al matí, quan les carreteres encara estaven tranquil·les, vaig veure els operaris que anaven preparant l’operació i posant cons. Habitualment, els cons es posen per a deixar més carrils, per a permetre un flux més gran de vehicles i per a evitar retencions. Aquest cop, però, els posaven per a fer més estreta la carretera que previsiblement al cap d’unes hores tindria un fort volum de trànsit. Estaven posant cons per anular els carrils d’avançament, en aquells trams on la carretera, en pujada, tenia un tercer carril per avançar els vehicles més lents. Tot plegat em va fer pensar una estona. Quin efecte té el posar cons que anul·len els carrils d’avançament, en la prevenció de retencions acordiòniques? Els cons que tallen carrils, poden evitar els acordions?

Diem que les retencions són acordiòniques perquè és el que veuríem si les miréssim des d’un avió i les filméssim amb càmera lenta. Hi ha trams en els què els cotxes s’aturen, i d’altres trams en què van circulant. Si comparem dues fotos aèries fetes amb una diferència de 10 o 15 minuts, veurem que els trams de cotxes aturats són diferents. Al llarg del temps, en un mateix lloc primer tenim cotxes aturats, després es mouen, després tornen a estar aturats, i així successivament. Aquest fenomen té una explicació força intuïtiva. Pensem en un d’aquests trams amb cotxes aturats i imaginem que ho podem veure tot des d’un avió o helicòpter. En tot moment, aquest conjunt de cotxes parats té un primer cotxe i un cotxe a la cua. El primer cotxe veu que el de davant seu es mou (això passa sempre), i es posa en marxa. Ara bé, els conductors mai reaccionem de manera instantània, i això genera un retard. Fins i tot pot passar que estiguem distrets i que tardem uns quants segons en engegar, i ben aviat veurem que això és un problema. Però deixem ara el primer cotxe i anem a la cua del tram de cotxes parats. Van arribant cotxes i es van aturant, tot allargant aquesta cua. El resultat dels dos fenòmens és que el tram de cotxes aturats, a vista d’ocell, sembla una serp que es va movent enrere. Si el tràfic és fluid, arriben pocs cotxes pel darrera i la serp s’escurça per davant més ràpidament del que s’allarga pel darrera. Però si el flux de cotxes és gran la retenció es complica, perquè la velocitat d’allargament de la cua degut als cotxes que hi van arribant és més gran que la reducció de la part frontal del tram i la mida de la “serp” del tram de cotxes aturats va creixent. Tot depèn del flux de cotxes que arriben pel darrera i del retard dels conductors del davant quan han d’engegar. Amb tràfic fluid i flux baix no hi ha embussos. I si tothom reaccionés ràpid i bé, tampoc n’hi hauria. Penseu en una situació hipotètica en la que tothom pogués reaccionar amb retard nul o quasi nul: si algú tingués un xiulet i tots els cotxes del tram aturat es posessin d’acord en engegar, coordinadament i amb idèntica acceleració, en sentir el toc del xiulet, la retenció desapareixeria en un o dos segons.

De fet hi ha un tercer paràmetre, a més del flux de cotxes que arriben pel darrera i del retard dels conductors del davant quan han d’engegar, perquè per a tenir un tram de cotxes parats cal un primer cotxe que s’hagi aturat i que crei “un embrió de serp”. Per això, com que difícilment podem evitar els retards dels conductors quan han d’engegar i com que hi ha dates en les que és segur que hi haurà molt volum de tràfic, en situacions de tràfic dens és essencial evitar que els cotxes s’aturin i comencin a crear trams d’aturada que després ben segur que creixeran i es complicaran. Ho podem evitar tots plegats, conduint suaument i no fent frenades brusques. Però també ho podem evitar amb cons. Cons que assenyalen carrils addicionals per reduir el flux, i cons que redueixen la probabilitat que els cotxes s’aturin. Els carrils d’avançament, en situacions de tràfic dens, són un remei pal·liatiu i poc efectiu, perquè fomenten les aturades quan acaben i convergeixen amb el carril principal. Hi ha menys retencions si posem cons per tallar carrils addicionals que si deixem que els cotxes s’expandeixin a dos carrils durant uns centenars de metres i després els forcem a convergir en un altre tram d’un sol carril. Si volem evitar les serps de cotxes, el millor és intentar que no neixin, i els cons ens hi ajuden. Els cons eviten els acordions.

El tema del tràfic s’ha estudiat a bastament, i s’han pogut desenvolupar bons models matemàtics per explicar-lo i simular-lo. Es diu que el tràfic es comporta com un gas, tot expandint-se fins ocupar l’espai disponible a les carreteres. Si en algun moment es produeix una congestió, podem tenir un embús transitori, però habitualment tot plegat s’acaba auto-regulant al cap d’una estona perquè ningú vol estar aturat i perquè la gent comença a desviar-se per d’altres carreteres i omplint els espais que abans estaven buits. El problema és que tot depèn de les decissions de molta gent, i que aquestes són imprevisibles. El matemàtic Dietrich Braess va enunciar una coneguda paradoxa, segons la qual una millora en l’estructura viària pot acabar fent que el tràfic empitjori i que tots els temps individuals de recorregut acabin essent més grans. La raó és que de cop, tota la gent que abans es diversificava per camins alternatius pot ser que decideixi utilitzar el nou vial renovat. En tot cas, la paradoxa de Dietrich Braess també diu que si les funcions de latència són linials, es pot demostrar que el fet d’afegir un nou tram de carretera mai farà que el temps total de viatge en la situació d’equilibri sigui més gran que els 4/3 del temps total anterior.

El tema és encara obert i les actuals solucions, millorables. Fa ben poques setmanes, en Berthold Horn, professor del MIT, va presentar un nou algorisme para a evitar les inestabilitats de tràfic que acaben degenerant en retencions acordiòniques. La idea és molt simple i la podeu veure en la simulació que mostra aquest vídeo. En situacions de congestió, es tracta de tenir en compte no només la distància al cotxe del davant sinó també la distància al del darrera. La proposta de Horn és anar frenant o accelerant per tal de mantenir el nostre cotxe més o menys en el punt mig, de manera tal que les dues distàncies pel davant i pel darrera siguin iguals. En situar-nos en mig, tenim prou espai per a frenar suaument sense aturar-nos si el cotxe del davant para de cop, i a més deixem espai al darrera per a que l’efecte de la nostra frenada no es propagui cap enrere. Berthold Horn diu que el seu algorisme, que ell anomena de control bilateral, és fàcilment implementable en els sistemes de control de navegació dels cotxes dels propers anys. Només cal que cada cotxe disposi de sensors davant i darrera per a poder conèixer en tot moment les distàncies als dos cotxes veïns.

El millor que podem fer en situacions de congestió de tràfic per tal d’evitar les retencions acordiòniques és fer cas dels cons, conduir suaument i no fer frenades brusques. També podem anar mirant de tant en tant pel retrovisor, tot aplicant l’algorisme de control bilateral de Berthold Horn. I sobretot, el millor és relaxar-nos i mantenir el bon humor. És tan greu, arribar una mica més tard? No creieu que el món slow és bonic?

Per cert, Andrés Rábago diu que som en una guerra, però que l’estem perdent. D’altra banda, el multimilionari Warren Buffett diu: “I tant que hi ha lluita de classes. I els rics anem guanyant”

La visió i la percepció dels objectes

dimecres, 31/07/2013

Prakash.jpg Prakash, en sànscrit, vol dir llum. Prakash és també el nom d’un projecte de recerca, liderat pel professor de visió i neurociència computacional del MIT Pawan Sinha, que fa poques setmanes ha estat noticia a la revista Scientific American. Aquí podeu llegir la ressenya que en fa el propi MIT.

El projecte Prakash és un ambiciós treball conjunt entre investigadors de Boston i de Nova Delhi amb dos objectius simultanis. Vol contribuir a tornar la visió a molts nens i joves de la Índia que tenen ceguera congènita, i vol estudiar els mecanismes cognitius relacionats amb la visió. En aquest vídeo, en Pawan Sinha ens presenta el projecte.

Cóm aprèn el cervell a distingir els objectes a partir de la informació visual que li arriba? És un procés lent i gens trivial. El projecte Prakash ha contribuït a entendre aquests mecanismes perceptius a partir de l’examen periòdic dels nens en tractament. Els nens amb ceguera congènita, un cop operats, no poden entendre l’entorn que veuen. La imatge de dalt mostra el que un d’aquests nens ha pintat quan li han demanat que ressegueixi els objectes que veu. El nen veu tres entitats, i ressegueix per separat la part il·luminada de la pilota, la seva part no il·luminada i l’ombra que es projecta sobre el terra. I ho fa això perquè no veu una pilota. Veu una taca vermella i dues taques fosques.

Però al cap d’un temps, és com si alguna cosa es connectés dins el nostre cervell. La gent operada només veu taques de colors. Fins que un dia, de cop, hi veu bé i entén el seu entorn. Pawan Sinha parla del cas de SK, de 29 anys. Era pràcticament cec. En l’exploració prèvia van descobrir que els seus ulls no tenien cristal·lí. El remei va ser tant senzill com fer-li unes ulleres adequades per a compensar la manca de lents naturals. Però ell es queixava que no hi veia, que només veia taques de colors. Semblava que era un cas perdut, no millorava. De sobte, al cap d’un any i mig, SK va manifestar que finalment hi veia millor. SK era feliç. Els seus ulls hi veien des que portava ulleres, però el seu cervell va tardar un any i mig en veure i percebre el món.

La clau de tot plegat, explica Pawan Sinha, és el moviment. Entenem i aprenem tot veient que els objectes es mouen. El moviment fa de professor i entrena els mecanismes perceptius. Si tot fos estàtic, no entendriem mai el nostre entorn. Veuríem un decorat. El nadó percep les cares perquè es mouen, s’acosten, canvien d’expressió, riuen, parlen. El cervell integra les imatges de les sequències dels moviments i crea les percepcions d’entitats individuals i integres. Podem entendre que l’ombra sobre el terra no és part de la pilota perquè quan la pilota es mou, l’ombra es desenganxa. El cervell es basa en el principi de que només les coses que es mouen juntes formen part del mateix objecte, tot incorporant també d’altres sensacions perceptives com poden ser els sons i el tacte. Ho hem après des de molt petits i ho trobem evident. Però ens adonem que tot plegat no és tan evident quan observem el que li passa a un nen que acaba de recuperar la vista.

Les dades a la Índia són esgarrifoses. La Índia té uns 400.000 nens cecs. Més del 90% d’aquests nens no rep cap educació, i el 60% d’ells mor al cap d’un any o menys, segons dades de l’Organització Mundial per a la Salut. Ningú els cuida, i ells no es poden espavilar. Cal tenir en compte que, segons Pawan Sinha, el 70% de la població viu en zones rurals, lluny dels sistemes assistencials. Fins ara, els oftalmòlegs del projecte Prakash han visitat uns 40.000 nens i joves (d’edats entre sis i vint anys) amb problemes visuals. S’han fet unes 450 operacions quirúrgiques mentre que en 1.400 altres casos els pacients han requerit tractament òptic o farmacològic. Tots els casos amb tractament quirúrgic segueixen després un estricte protocol d’estudi amb tests i exàmens periòdics. Una de les conclusions és que el temps necessari per deixar de veure taques i percebre els objectes depèn moltíssim de l’edat. El nen YS, de vuit anys i amb cataractes congènites als dos ulls, va tardar només una setmana en percebre i entendre correctament els objectes mentre SK va tardar un any i mig, com ja hem vist. A més, tant l’agudesa visual com la capacitat de percebre el contrast acaben assolint valors molt més elevats en els nens que en els joves. És molt convenient actuar el més aviat possible i si és possible, abans dels deu anys.