Los laboratorios donde se investiga la inteligencia artificial en Aragón
En las 'cocinas' de los equipos multidisciplinares que trabajan en Aragón se investiga en una inteligencia artificial muy pegada al terreno.
¿Sueñan los androides con ovejas eléctricas? ¿Sueña la inteligencia artificial con llegar a ser general, fuerte, inteligente como un ser humano? Claro que sí. Desde el Instituto Tecnológico de Aragón (ITA) se cocina la inteligencia artificial (IA) del presente, aplicable en muchas direcciones, pero una que apasiona a Rafael del Hoyo, responsable de la línea de investigación de IA y Sistemas Cognitivos, es la más complicada: la IA del futuro.
"Normalmente, a una IA se le enseña a hacer algo bien, por ejemplo reconocer matrículas o hacer resúmenes –expone–, pero el reto es hacer máquinas completamente inteligentes, sistemas totalmente autónomos, la idea es que la IA general sea más humana, con capacidad de aprender por su cuenta". Y, a día de hoy, esto "no solo se investiga en Estados Unidos, China o Alemania, sino que desde el ITA estamos trabajando en ello, y sacando resultados, junto a un equipo de neurocientíficos con base en el Pirineo". Se trata de la joven empresa The Mindkind, ubicada en Castejón de Sos (Huesca). Juntos, buscan crear personajes de videojuego que lleven su propia vida dentro de él, capaces de aprender, razonar, tomar decisiones..., tan parecidos a un ser humano que haga difícil distinguir si son reales. Entre bambalinas: sistemas cognitivos, modelado del comportamiento humano, modelado físico de cómo se comporta el cerebro humano y nuevas herramientas de IA generativa.
Hace 20 años, había solo dos personas dedicadas a la IA en todo el ITA. Hoy, son 30. "Somos el equipo raro del instituto –dice Del Hoyo–, porque nuestro perfil es de matemáticas, física, ingeniería informática, algo de ingeniería industrial, telecomunicaciones, nos gustaría conseguir gente de humanidades... y colaboramos con la Universidad de Zaragoza, Circe... y gente de fuera. La interacción hombre-máquina es cada vez mas multidisciplinar".
IA híbrida
En la Universidad de Zaragoza acaba de crearse la nueva cátedra EINA en Inteligencia Artificial y Sostenibilidad, cuyo objetivo es desarrollar técnicas de IA híbrida aplicadas a la sostenibilidad en dos sectores fundamentales para la economía aragonesa y nacional: la construcción (especialmente grandes infraestructuras) y la automoción.
Su director, Elías Cueto, explica que "la IA híbrida utiliza una mezcla (de ahí su nombre) de conocimiento humano, desarrollado a través de siglos de aprendizaje científico, y artificial, generado mediante datos. Esto asegura, por un lado, que la IA resultante será mucho más segura y robusta, pues respetará siempre el conocimiento científico ya disponible. Por otro, la incorporación del conocimiento humano existente permite ahorrar en la cantidad de datos y de computación que será necesario emplear, de forma que se está ante un tipo de IA 'verde' o sostenible por sí misma".
"La IA está llamada a suponer una revolución en la industria del futuro", asegura, convencido de que ayudará a usar menos materiales (especialmente los no renovables), consumir menos energía y generar menos residuos. ¿De qué forma? Desde la fase de diseño de los productos, "enteramente virtual, pasando por una vida útil óptima en términos de consumo de recursos (energía, materiales…), hasta la extensión de esa vida útil mediante una monitorización inteligente".
Un clúster de cálculo específico
Sin embargo, al mismo tiempo, por la necesidad de entrenar los algoritmos con millones de datos, la IA consume una cantidad ingente de energía y recursos de computación. En el Instituto de Biocomputación y Física de Sistemas Complejos (BIFI) de la Universidad de Zaragoza abordan ya este reto, de forma teórica y muy incipiente: "Si el cerebro consume la misma energía que una bombilla, no más de 20-40W, tiene que haber otra forma de hacer las cosas más allá del uso de la fuerza bruta, otras formas más eficientes para 'computar', o sea, otra forma de IA", señala Yamir Moreno, director del BIFI.
Pero, mientras llega esa nueva IA, en el Campus Río Ebro crece la potencia de cálculo necesaria para avanzar. En noviembre se estrenaba el nuevo superordenador Caesaraugusta IV, el 'cerebro' de Unizar, que será superado muy pronto. El instituto BIFI invertirá un millón de euros provenientes de la financiación del Ministerio de Ciencia para instalaciones científico-técnicas singulares para adquirir y poner en marcha un clúster de cálculo específicamente pensado para el desarrollo de la IA y sus aplicaciones. Esta nueva infraestructura de cálculo debería estar en marcha hacia finales de 2024 y dará servicio a los investigadores de Unizar y de la Red Española de Supercomputación, así como a empresas que requieran de estos servicios.
"Sin una capacidad de cálculo como la que tendremos –destaca Moreno–, es muy difícil avanzar y estar en la primera división de la investigación en IA". El nuevo clúster permitirá dar "un paso significativo hacia adelante, porque dotará a la comunidad universitaria de una infraestructura de primer nivel para la investigación básica y aplicada". Pero no solo eso. "También facilitará –añade Moreno– la generación de nuevos proyectos con el tejido industrial, lo cual, en última instancia, permitirá a las empresas optimizar procesos y recursos y ser más competitivas. En el sector de la biomedicina, se espera que la nueva infraestructura de cálculo permita analizar más cantidad de datos y llegar más rápido a objetivos del calibre de avanzar en el diagnóstico y tratamiento de enfermedades como el cáncer.
Aplicada a sistemas complejos que son muy complicados de analizar, la IA es única, es capaz de detectar patrones que se escaparían a las técnicas tradicionales y también de modelizar matemáticamente los problemas, de meterlos en el ordenador. Algo aplicable al estudio de los sistemas sociales, el comportamiento humano, el análisis de datos climáticos y la detección de patrones de ciertas enfermedades.
El BIFI está inmerso en el proyecto europeo Katy, que usa datos de pacientes con el subtipo de cáncer de riñón más frecuente y, aplicando herramientas transformativas de IA, pretende mejorar el diagnóstico y desarrollar terapias más precisas ajustadas a cada paciente. Por otro lado, el grupo de Diagnóstico Clínico y Drug Delivery de la investigadora Olga Abián aprovecha la precisión y eficiencia de la IA para procesar grandes cantidades de datos experimentales y así poder "identificar señales tempranas de cáncer mediante la detección de cambios en las propiedades térmicas de muestras biológicas, como la sangre". Mejorando el diagnóstico precoz, veríamos asomar el cáncer desde sus inicios.
Mercados, residuos o fraudes
El campo de aplicación de la IA no tiene puertas. En colaboración con un grupo de economistas, el grupo de Redes y Sistemas Complejos que dirige Moreno se ayuda de las redes neuronales aplicadas a grafos (GNN) para comprender mejor las dinámicas del mercado español de fondos de renta variable. Así, "además de los datos de cotización, podemos integrar información adicional como noticias financieras, informes económicos y sentimiento del mercado, para obtener una visión más holística y precisa".
Del dinero, a la gestión de residuos. El proyecto Smart Waste Pick Up, del grupo de Computación y Ciencia de Datos, crea rutas óptimas de recogida de residuos basadas en técnicas de big data y modelos de 'machine learning' (aprendizaje automático). "Las rutas son generadas dinámicamente a diario en función de criterios de llenado de los contenedores medidos de forma automática y en tiempo real, así como la capacidad de los vehículos, la ubicación de los vertederos o los turnos de trabajo de los operadores", señala David Íñiguez. Así se logra un ahorro estimado de hasta el 40-50% de los gastos de gestión de residuos de las Administraciones públicas.
Una de las cosas que más motiva a Rafael del Hoyo es cuando en los equipos se mezclan los ingenieros con profesionales de otros ámbitos. Así ocurre en un proyecto del ITA con personas expertas en derecho. "Junto a la Dirección General de Tributos del Gobierno de Aragón, estamos detectando con IA pequeños y grandes fraudes en el pago de impuestos", indica. La tecnología de análisis del lenguaje natural se aplica aquí a las escrituras. "Es complejo entender el lenguaje humano, en este caso, jurídico, pero estamos intentando enseñarle ejemplos de fraude a la máquina para que encuentre otros casos similares".
El procesamiento del lenguaje natural es el ámbito de investigación del grupo Vivolab del Instituto de Investigación en Ingeniería de Aragón (I3A) de la Universidad de Zaragoza. Junto a otros 13 países participa en el proyecto Esperanto, que, aseguran, contribuirá al desarrollo de la próxima generación de IA. Este es un proyecto de inteligencia artificial para tecnologías del habla con bajos recursos. "El objetivo del proyecto es utilizar la IA para llegar a aquellos campos o áreas que no disponen de suficientes recursos para su desarrollo, que actúe como facilitadora y permita llegar a públicos o sectores a los que es difícil llegar sin esa tecnología", expone el investigador Alfonso Ortega, del grupo Vivolab. Este programa de investigación colaborativa establecerá métricas, protocolos y estándares aplicables al desarrollo de la próxima generación de algoritmos de inteligencia artificial, más accesibles, humanos y transparentes, ya que "algo crucial para la confianza y aceptación social de la IA, es hacer estos sistemas explicables e interpretables".
Toda la actividad del I3A alrededor de la IA está recogida en uno de los Laboratorios de Vanguardia puestos en marcha en este instituto universitario. Entre otros grupos, el Howlab trabaja fundamentalmente en el internet de las cosas; el grupo de visión por computador es líder en su campo a nivel internacional; mientras la labor del grupo Graphics and Imaging Lab, de gráficos e imagen computacional, también ha cosechado un gran impacto internacional.
Gemelos cognitivos
Desde el grupo AMB de Mecánica Aplicada y Bioingeniería, aplican IA al aprendizaje científico en el marco del proyecto 'Descubrimiento y aprendizaje de modelos basados en la física'. Este es "un aspecto fundamental en el desarrollo de los denominados 'gemelos digitales' –destaca Elías Cueto–, copias virtuales de un determinado producto o instalación industrial". Esa copia se alimenta mediante datos obtenidos experimentalmente sobre el 'gemelo físico', realmente existente. "Nosotros estamos desarrollando 'gemelos cognitivos', es decir, gemelos que son capaces de aprender por sí mismos –señala– y corregir los modelos con los que fueron desarrollados, si estos se empezaran a desviar de lo observado experimentalmente".
Ir un paso más allá en el diseño de productos es lo que se ha propuesto otro de sus proyectos: Aprendizaje automático informado por la física para el prototipado virtual háptico. "Nos estamos fijando en un aspecto que se tiene pocas veces en consideración en el diseño de productos: su apariencia al tacto –recalca Cueto–. Sabemos hacer prototipado virtual mediante simulación en aspectos relacionados con la resistencia del producto, incluso con su apariencia física, pero es muy difícil simular la sensación que proporcionará al tacto. Sin embargo, esto es fundamental en productos como automóviles –pensemos en los salpicaderos, por ejemplo– o en cosméticos –donde la sensación que proporciona una crema es fundamental para su aceptación por el consumidor–". En este proyecto, la inteligencia artificial se aplica para simular la sensación háptica (esto es, táctil) de los prototipos de futuros productos.
Pegados a la fabricación de productos están proyectos como Data4zero, en el que participan el Instituto Tecnológico de Aragón y Fersa. La meta es el defecto cero y "ahora ya no se trata solamente de detectar el error que hace que una pieza tenga un fallo y predecir cuándo va a ocurrir, sino, gracias a la inteligencia artificial, entender por qué se va a producir un fallo en una industria de fabricación", señala Del Hoyo.
Para lograrlo, median modelos de aprendizaje automático y aprendizaje profundo, herramientas que predicen a futuro y técnicas de explicabilidad que permiten explicar por qué la máquina ha predicho algo. "Es interesante coger ese algoritmo y explorarlo –insiste– y convertirlo en algo que un ingeniero pueda entender para evitar que se cometan fallos o alargar la vida de las piezas".
Esa parte que pudiera parecer 'magia' de la inteligencia artificial tampoco escapa al estudio científico. En el ámbito teórico, el instituto BIFI indaga en "cómo la ciencia de los sistemas complejos puede ayudar a entender cómo 'funcionan' muchos algoritmos de IA que, a día de hoy, sabemos que dan buenos resultados, pero no sabemos por qué, o sea, son cajas negras", señala Moreno.
Una oportunidad para Aragón
Tras componer esta panorámica de parte de lo que se cuece en los fogones de la inteligencia artificial en Aragón, llega el momento de hacer valoraciones de conjunto. Para Yamir Moreno, "Aragón va por muy buen camino; hay varios grupos muy fuertes que cada vez desarrollan más proyectos de ciencia básica y aplicaciones industriales con impacto, aunque, a pesar de su potencial y relevancia futura para la ciencia, la sociedad y la industria, es un área que está todavía infrafinanciada".
Según Rafael del Hoyo, nuestra Comunidad "está muy bien posicionada en relación a su tamaño y población y a la inversión que se hace". Ve la IA como "una oportunidad para crecer más rápido, estamos en mitad de un cambio y los aragoneses somos buenos en subirnos a la ola y aprovechar la oportunidad".
Por su parte, Elías Cueto considera que "Aragón tiene una actividad investigadora notable en el campo de la IA, especialmente en lo que respecta a las aplicaciones. La IA de Aragón es una IA que, lejos de contar con los presupuestos astronómicos que impone la IA que se está desarrollando por un puñado de grandes empresas, fundamentalmente norteamericanas, está muy pegada al terreno, a la industria y a la ganadería". De cara al futuro, "las perspectivas son muy buenas –valora–. Tanto los organismos gubernamentales como la industria privada están apostando por la IA, conscientes de que no podemos depender de Estados Unidos o de China y de que Europa debe tener una forma propia de desarrollar IA".
Con realismo, apunta que, en este momento, vivimos inmersos en una sensación de excitación alrededor de la IA "que posiblemente se acabe apagando en un plazo más o menos breve, pero es nuestra responsabilidad demostrar que la IA que desarrollamos sirve a la sociedad y no se realiza en beneficio de unos pocos, que merece la pena invertir en ella y creer que Aragón, España y Europa tienen un papel que jugar en un panorama internacional tremendamente competitivo".