Computadora analógica con microchip basado en ondas de agua pronostica sistemas caóticos como el clima y los mercados

Publicado: 29 may 2023 21:18 GMT

Una pequeña bomba de agua puesta en funcionamiento con una señal eléctrica que tiene codificada cierta información, constituye el núcleo de esta tecnología analógica.

Un experto en inteligencia artificial (IA) de la Universidad Charles Sturt, en Australia, desarrolló un prototipo de computadora analógica que usa agua corriente como un microprocesador. El dispositivo puede predecir el clima, los mercados financieros y la mayoría de las cosas difíciles de pronosticar que tienen un comportamiento dinámico, complejo y caótico. El investigador ha demostrado una nueva forma de IA accesible basada en ondas de solitón.

Los solitones (ondas que mantienen una forma y una velocidad constantes a medida que se propagan) se pueden utilizar como un reservorio físico de datos computacionales. Siguiendo este enfoque, los algoritmos de aprendizaje automático diseñados para computadoras digitales se reemplazan por sistemas físicos analógicos. «Desde el punto de vista de la física, soy el primero en demostrar experimentalmente que los solitones, […] pueden usarse para este tipo de cálculos», comentó el Dr. Ivan Maksymov, científico responsable del logro.

El diseño de esta computadora es parte del esfuerzo del Dr. Maksymov para desarrollar nuevas arquitecturas informáticas no convencionales y sistemas de inteligencia artificial accesibles que satisfagan las necesidades de las comunidades rurales y remotas. «El público puede estar interesado porque una potencia computacional superior a la de una supercomputadora se puede lograr literalmente usando un grifo de cocina, creando así una IA accesible«, indica el experto.

«Ha habido varias predicciones teóricas de computadoras basadas en solitones publicadas en las principales revistas, pero soy el primero en construirlas usando un tipo especial de solitones», señaló Maksymov. El artículo que describe esta invención se publicó, recientemente, en Europhysics Letters.

Computadoras analógicas vs. computadoras digitales

Este investigador señala que el desarrollo socioeconómico actual requiere la capacidad de predecir el comportamiento futuro de innumerables acontecimientos. Para lograr este objetivo se realizan cálculos complejos que demandan de las supercomputadoras para producir pronósticos creíbles. «Sin embargo, las supercomputadoras son muy caras, difíciles de mantener y también consumen mucha energía eléctrica», indicó el experto.

Así mismo, Maksymov advierte de que, «el inmenso poder computacional de una supercomputadora a menudo se queda corto cuando los fenómenos naturales caóticos, como tormentas y tsunamis, deben predecirse con alta precisión». También dijo que, en el siglo pasado, las computadoras analógicas se emplearon de manera eficiente, pero fueron desmanteladas debido al desarrollo de poderosas computadoras digitales.

No obstante, «solo varias décadas después, los científicos e ingenieros se dieron cuenta de que las computadoras analógicas siguen siendo muy útiles para aplicaciones en IA, donde la complejidad de los modelos de aprendizaje automático crece a un ritmo exponencial, duplicando su tamaño cada cuatro o cinco meses, lo que hace que las computadoras digitales tradicionales tengan problemas para ofrecer el rendimiento necesario a baja potencia con un costo adecuado», explicó el destacado investigador.

¿Con ondas de agua?

Los solitones pueden formarse en una fuente de agua potable que fluye sobre una superficie metálica inclinada. «Esos solitones son similares a las conocidas olas del océano», explica Maksymov. Una pequeña bomba eléctrica conectada a un pequeño depósito con agua del grifo generaría solitones sobre la superficie de un plano metálico inclinado.

Maksymov expone que, si graficamos el conjunto de datos que corresponden a la temperatura, la humedad y la velocidad del viento, medidos por una estación meteorológica en los últimos dos meses, el patrón resultante puede resultar bastante caótico. «Por lo tanto, los solitones creados con estos datos codificados como una señal eléctrica que impulsa la bomba también tendrán un comportamiento caótico. Si dejamos que los solitones fluyan más abajo en el plano inclinado, crearán un nuevo patrón caótico», analiza el experto.

«Al medir ese patrón con una cámara digital de cámara lenta e interpretar los datos resultantes como temperatura, humedad y velocidad del viento, podemos obtener un pronóstico del tiempo para los próximos dos o tres días«, explicó Maksymov. «Los tipos de cambio de divisas, el consumo de electricidad, la aparición de manchas oscuras en el Sol y la variación en la cantidad relativa de células maduras en la sangre se pueden predecir de manera similar», agregó.