Los smartphone podrían contribuir a resolver cálculos complejos
Muchos problemas de ingeniería necesitan de la ayuda de superordenadores para simular problemas físicos complejos. Ahora, gracias a un nuevo software desarrollado por científicos estadounidenses, los teléfonos inteligentes podrán colaborar en la resolución de cálculos imposibles. Aunque la versión actual del software aún está en fase de pruebas, el trabajo podría conducir al desarrollo de aplicaciones que permitan a los ingenieros mejorar los sistemas robóticos o la seguridad en los vehículos. Por Elena Higueras.
Desde que el primer teléfono inteligente, bautizado como Simón, saliera de los laboratorios de IBM en 1992, hasta la actual fiebre por los smartphone, mucho han cambiado los requisitos de estos dispositivos móviles para que sean considerados como tal. A Simón le bastó con disponer de calendario, libreta de direcciones, reloj mundial, calculadora, libreta de notas o correo electrónico para revolucionar el panorama de las telecomunicaciones hace casi veinte años. Hoy, para ganarse el apelativo de inteligente es preciso que, además de permitirnos efectuar una llamada acariciando sus pantallas táctiles, cuenten con un sistema operativo y conectividad a Internet.
Ahora, la siguiente etapa en la evolución de estos miniordenadores personales pasa por la supercomputación. Y es que, una nueva investigación del departamento de Ingeniería Mecánica de MIT ha dado con la forma de implicar a los teléfonos móviles en la resolución de cálculos complejos. Se trata de un software que permitirá a los celulares realizar simulaciones informáticas propias de los grandes superordenadores, según un comunicado de la institución norteamericana.
El sistema funciona en los casos donde la forma general de un problema se conoce de antemano, pero no así sus particularidades. Para entenderlo, uno de los cabezas del proyecto, Phuong Huynh pone un ejemplo: una simulación por ordenador del flujo de fluidos alrededor de un obstáculo en una tubería podría depender de un solo parámetro, el radio del obstáculo. Para un valor dado del parámetro, el cálculo del flujo de fluidos puede tardar una hora en una supercomputadora con 500 unidades de procesamiento. Sin embargo, el nuevo software puede proporcionar una buena aproximación del mismo cálculo en cuestión de segundos.
Cada nuevo problema a resolver requiere de un nuevo modelo matemático. Éstos ocupan tan poco espacio que un solo teléfono puede albergar miles de ellos. De momento el software, que ya está listo para descargar, viene con los modelos de nueve problemas específicos, como la propagación del calor en objetos de varias formas diferentes, el flujo de líquido alrededor de un obstáculo esférico y los efectos de fuerzas aplicadas a una columna agrietada. Según vayan los investigadores implementando nuevas funcionalidades, las irán publicando en el servidor para que cualquiera pueda guardarlas en su móvil.
Aliados, no rivales
Pero mientras que los modelos son pequeños, su creación es un proceso complicado que sigue requiriendo el trabajo de una supercomputadora. "No estamos tratando de reemplazar a un superordenador. Se trata de que móviles y ordenadores trabajen en conjunto", afirma David Knezevic, otro de los padres del proyecto.
Precisamente esto concepto de cooperación será uno de los ejes centrales del próximo artículo que Knezevic y Phuong Huynh firmarán junto al profesor de Ingeniería Anthony T. Patera y el investigador del Centro de Computación Avanzada de Texas, John Peterson, en el próximo número de la revista “Computers and Fluids”.
El equipo identificó un problema parametrizado y usó un superordenador para resolver parte del mismo con de 10 a 50 conjuntos diferentes de valores. Esos valores, cuidadosamente escogidos, significan, sin embargo, demasiadas posibles soluciones al problema. Es ahí donde entra en escena el teléfono inteligente. El modelo de descarga que se instala en el mismo encuentra una solución aproximada utilizando los resultados precalculados por el superordenador.
Ahora, la siguiente etapa en la evolución de estos miniordenadores personales pasa por la supercomputación. Y es que, una nueva investigación del departamento de Ingeniería Mecánica de MIT ha dado con la forma de implicar a los teléfonos móviles en la resolución de cálculos complejos. Se trata de un software que permitirá a los celulares realizar simulaciones informáticas propias de los grandes superordenadores, según un comunicado de la institución norteamericana.
El sistema funciona en los casos donde la forma general de un problema se conoce de antemano, pero no así sus particularidades. Para entenderlo, uno de los cabezas del proyecto, Phuong Huynh pone un ejemplo: una simulación por ordenador del flujo de fluidos alrededor de un obstáculo en una tubería podría depender de un solo parámetro, el radio del obstáculo. Para un valor dado del parámetro, el cálculo del flujo de fluidos puede tardar una hora en una supercomputadora con 500 unidades de procesamiento. Sin embargo, el nuevo software puede proporcionar una buena aproximación del mismo cálculo en cuestión de segundos.
Cada nuevo problema a resolver requiere de un nuevo modelo matemático. Éstos ocupan tan poco espacio que un solo teléfono puede albergar miles de ellos. De momento el software, que ya está listo para descargar, viene con los modelos de nueve problemas específicos, como la propagación del calor en objetos de varias formas diferentes, el flujo de líquido alrededor de un obstáculo esférico y los efectos de fuerzas aplicadas a una columna agrietada. Según vayan los investigadores implementando nuevas funcionalidades, las irán publicando en el servidor para que cualquiera pueda guardarlas en su móvil.
Aliados, no rivales
Pero mientras que los modelos son pequeños, su creación es un proceso complicado que sigue requiriendo el trabajo de una supercomputadora. "No estamos tratando de reemplazar a un superordenador. Se trata de que móviles y ordenadores trabajen en conjunto", afirma David Knezevic, otro de los padres del proyecto.
Precisamente esto concepto de cooperación será uno de los ejes centrales del próximo artículo que Knezevic y Phuong Huynh firmarán junto al profesor de Ingeniería Anthony T. Patera y el investigador del Centro de Computación Avanzada de Texas, John Peterson, en el próximo número de la revista “Computers and Fluids”.
El equipo identificó un problema parametrizado y usó un superordenador para resolver parte del mismo con de 10 a 50 conjuntos diferentes de valores. Esos valores, cuidadosamente escogidos, significan, sin embargo, demasiadas posibles soluciones al problema. Es ahí donde entra en escena el teléfono inteligente. El modelo de descarga que se instala en el mismo encuentra una solución aproximada utilizando los resultados precalculados por el superordenador.
Para Knezevic la clave del sistema es la capacidad de cuantificar el grado de error en una aproximación de un cálculo de supercomputación, un tema que ha sido el objeto de trabajo de su compañero Patera durante casi una década. Mientras los investigadores construyen un modelo de problema, seleccionan los parámetros que sucesivamente van a ir minimizando el error, de acuerdo con técnicas analíticas que Patera ha ayudado a desarrollar. Este cálculo de los límites de error es también una característica de la aplicación del teléfono en sí. Y es que, para cada solución aproximada de un problema parametrizado, la aplicación muestra el margen de error. El usuario tiene la posibilidad de comprar más velocidad de cálculo para reducir el margen de error, pero la aplicación general puede obtener un error inferior al 1 por ciento en menos de un segundo.
Problemas inversos
Mientras que el software de los investigadores pueden calcular el comportamiento de un sistema físico en función de sus parámetros, podría ser aún más útil hacer lo contrario: el cálculo de los parámetros de un sistema físico en función de su comportamiento. Por ejemplo, en lugar de calcular el flujo de fluidos alrededor de un obstáculo en función del tamaño del obstáculo, el software puede calcular el tamaño del obstáculo a partir de mediciones del flujo de fluidos en el extremo de un tubo. Supongamos que la prueba con treinta opciones en una supercomputadora necesitase treinta horas de trabajo. En un teléfono podría ser suficiente con 30 segundos. Tal es el ahorro de tiempo que los investigadores ya han desarrollado una segunda aplicación que calcula problemas inversos.
Gunzberger, profesor de Informática en la Universidad Estatal de Florida afirma que el trabajo los investigadores del MIT tiene un aspecto interesante que ya ha conseguido llamar la atención. Pero en su opinión, lo realmente importante es el enorme potencial que tiene el software: “Si bien la demostración de los investigadores se centra en la mecánica de fluidos, hay un montón de problemas distintos en los que se puede aplicar este nuevo enfoque. Este equipo ha construido la estructura que ellos mismos u otras personas pueden empezar a utilizar para resolver problemas en muy diversos ámbitos de aplicación”.
Problemas inversos
Mientras que el software de los investigadores pueden calcular el comportamiento de un sistema físico en función de sus parámetros, podría ser aún más útil hacer lo contrario: el cálculo de los parámetros de un sistema físico en función de su comportamiento. Por ejemplo, en lugar de calcular el flujo de fluidos alrededor de un obstáculo en función del tamaño del obstáculo, el software puede calcular el tamaño del obstáculo a partir de mediciones del flujo de fluidos en el extremo de un tubo. Supongamos que la prueba con treinta opciones en una supercomputadora necesitase treinta horas de trabajo. En un teléfono podría ser suficiente con 30 segundos. Tal es el ahorro de tiempo que los investigadores ya han desarrollado una segunda aplicación que calcula problemas inversos.
Gunzberger, profesor de Informática en la Universidad Estatal de Florida afirma que el trabajo los investigadores del MIT tiene un aspecto interesante que ya ha conseguido llamar la atención. Pero en su opinión, lo realmente importante es el enorme potencial que tiene el software: “Si bien la demostración de los investigadores se centra en la mecánica de fluidos, hay un montón de problemas distintos en los que se puede aplicar este nuevo enfoque. Este equipo ha construido la estructura que ellos mismos u otras personas pueden empezar a utilizar para resolver problemas en muy diversos ámbitos de aplicación”.
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