Informáticos estadounidenses buscan los principios de los sistemas ciber-físicos

Un grupo de informáticos de las universidades de UCLA y Southern California (USCD) van a empezar a estudiar el diseño de software y técnicas de operación para los denominados “sistemas ciber-físicos”, sistemas informáticos íntimamente integrados con el mundo físico.

Para ello, han recibido una subvención de la National Science Foundation (NSF), que por primera vez se ha fijado en este incipiente campo. El montante total del proyecto roza el millón de dólares.

Durante los próximos tres años, un equipo liderado por el profesor de informática e ingeniería Rajesh Gupta, de la USCD, intentará establecer los principios científicos y de fabricación que gobiernan el diseño de “sistemas físicamente-asociados» (CPS, en inglés)

Un ejemplo de CPS es una red de sensores que mide la tensión en la estructura de un puente en diferentes puntos y manda información a una estación central donde se determina su deterioro o posibles peligros. CPS incluyen redes de transporte inteligentes que optimizan el movimiento del tráfico en tiempo real (basándose en la condiciones de la carretera) o aviónica automática.

El interés por este campo no es nuevo para la USCD, que ya desarrolló un dispositivo basado en sistemas físicos asociados para el plan “Project Walk”, un programa de recuperación para afectados por enfermedades de espina dorsal.

Otros trabajos

La idea del equipo de investigación es programar software CPS capaz de extraer datos del mundo físico y transformarlos datos observables que puedan ser incluidos en trabajos de computación. Asimismo, pretenden desarrollar métodos formales para módulos de software que, indirectamente, puedan interactuar en el mundo físico.

“En informática, solemos tener un conjunto limitado de elementos perceptibles. En el mundo físico, estos elementos pueden ser muy diversos. Los sistemas ciber-físicos, superan el papel lógico de los ordenadores, ya que incluyen también sistemas físicos de la vida real”, comenta Gupta, en un comunicado de la Universidad de San Diego.

“En informática, sabemos cómo probar o refutar proposiciones a través a tradiciones intelectuales completamente diferentes. Lo mismo ocurre en el caso de la física, que puede probar o refutar leyes físicas. Sin embargo, con los CPS tenemos que crear marcos matemáticos rigurosos y marcos físicos empíricamente probados específicamente para CPS y construir, a partir de ahí, teorías basadas en datos frutos de la observación”, puntualiza

Los CPS no son simplemente sistemas físicos incrustados en una serie de ordenadores. Partiendo de esto, el equipo de investigación pretende responder a una serie de preguntas básicas relacionadas con sus propiedades y sus usos, como qué tipo de modelo y de lenguaje de programación son los más apropiado o cómo evaluar estos sistemas.

“Hay ejemplos magníficos de por qué es necesario construir CPS y que éstos no sean meras modificaciones de los ordenadores existentes, comenta Gupta. “Hay que tener en cuenta los algoritmos, el software, la lógica, las teorías… y replantearlos en el mundo físico”

Y pone el ejemplo de la diferencia entre la noción de tiempo en un sistema lógico y en otro físico. Las nociones de tiempo en ambos sistemas tienen diferentes cálculos y roles si se construye, por ejemplo, un software para un simulador de vuelo que si se hace un sistema de control de vuelo en tiempo real. Así, lo que funciona para uno puede tener consecuencias desastrosas para el otro.

Afectará a nuestra vida

Otra de las finalidades del proyecto es examinar los principios fundamentales de esta disciplina y buscar módulos educativos que faciliten la formación de ingenieros encargados de desarrollar software para sistemas del mundo real.

Los investigadores tienen muchas esperanzas puestas en estos sistemas. Según Gupta, una vez que se hayan establecido las teorías fundamentales de los CPS, sus repercusiones en nuestra vida cotidiana serán enormes, desde la sanidad, pasando por le transporte o el reparto de fuentes energéticas.

“Los diagnósticos y tratamientos médicos no tendrán que realizarse en un lugar concreto, como en una clínica, ya que los datos proporcionados por los CPS serán robustos y precisos”, explica. “Sólo usaremos el transporte cuando sea necesario, y éste será más fácil de utilizar y más efectivo. El uso de la energía también cambiará debido a cómo gestionaremos las redes energéticas”.

Antes de que todo esto suceda, será necesario decidir qué fundamentos informáticos han de ser incorporados a la investigación de este campo.

«El problema con este nuevo campo, es la tentación de ignorar todo lo que ya sabemos y empezar desde cero. Pero muchos de los progresos recientes en la computación han sido de naturaleza evolutiva, o sea que fundamentaron en la conceptualización y las capacidades logradas con anterioridad. Algunas pueden ser de mucha utilidad, y otras meras distracciones”.