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XI Encuentro Temático Nacional RENATA - RUP en Popayán Apertura de la plenaria: El algoritmo genético, la nueva generación del desarrollo del software Leonardo Pineda Serna, Director de investigación, creatividad e innovación de la Universidad de Bogotá Jorge Tadeo Lozano.
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Popayán, 21 de Agosto de 2014
EL ALGORITMO GENÉTICO: LA ”NUEVA” GENERACIÓN DEL DESARROLLO DE
SOFTWARE?
Prof. Dr. Leonardo Pineda SernaDirector,
Dirección de Investigación, Creación y ExtensiónUniversidad Jorge Tadeo Lozano, Bogotá
ADVERTENCIA
El contenido de esta conferencia está basado en varias
fuentes de información, y se presenta con fines de
divulgación, y en ningún caso representa los puntos
de vista o políticas de la
Universidad Jorge Tadeo Lozano.
Por tanto, el contenido de la presentación es de
responsabilidad exclusiva del autor.
AGENDA
• Características de la nueva economía del conocimiento y
el mundo digital.
• Las ciencias de la vida y el desarrollo de software como
dinamizadores del cambio tecnológico.
• De la línea de código genético al algoritmo genético: una
simbiosis inevitable?
• Oportunidades y retos de la investigación, desarrollo
tecnológico e innovación en la biomimética.
• Algunos ejemplos de la vida real, o mejor de la propia
naturaleza.
AGENDA
• Características de la nueva economía del conocimiento y
el mundo digital.
• Las ciencias de la vida y el desarrollo de software como
dinamizadores del cambio tecnológico.
• De la línea de código genético al algoritmo genético: una
simbiosis inevitable?
• Oportunidades y retos de la investigación, desarrollo
tecnológico e innovación en la biomimética.
• Algunos ejemplos de la vida real, o mejor de la propia
naturaleza.
1- MICROELECTRONICA1- MICROELECTRONICA
2- CIENCIAS DE LA VIDA2- CIENCIAS DE LA VIDA
AUTOMATIZACION INDUSTRIAL.AUTOMATIZACION INDUSTRIAL.
3- NUEVOS MATERIALES.3- NUEVOS MATERIALES.
4- TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN Y LAS
COMUNICACIONES TICS
4- TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN Y LAS
COMUNICACIONES TICS
NUEVAS TECNOLOGIAS DE INFORMACION EL MUNDO DIGITAL
NUEVAS TECNOLOGIAS DE INFORMACION EL MUNDO DIGITAL
Nanotecnología
SOFTWARE
Bioinformática
SENSORES
CLO
UD
CO
MPU
TIN
G
BIG
DATA
, APPS
PLM
ALGORITMO GENÉTICO
Prof. L. Pineda. S (PH.D)©
La informática al
servicio de la
biotecnología
La biotecnología al servicio del desarrollo
de SW
AGENDA
• Características de la nueva economía del conocimiento y el
mundo digital.
• Las ciencias de la vida y el desarrollo de software como
dinamizadores del cambio tecnológico.
• De la línea de código genético al algoritmo genético: una
simbiosis inevitable?
• Oportunidades y retos de la investigación, desarrollo
tecnológico e innovación en la biomimética.
• Algunos ejemplos de la vida real, o mejor de la propia
naturaleza.
Biodiversidad y recursos genéticos
Bioprospección
Productos
CIENCIAS DE LA VIDA
Biotecnología
Uso sostenible de la Biodiversidad
LOS PRODUCTOS DE LA BIOTECNOLOGÍA
Biotecnología tradicional
ALTO VOLUMEN DE PRODUCCION Y BAJO VALOR
Metano, etanol, biodiesel, biomasa, purificación de aguas residuales, ácidos orgánicos, productos alimenticios, acetona, butanol, levaduras, polímeros, etc.
Biotecnología de la era de la ingeniería
genética
BAJO VOLUMEN Y ALTO VALOR AGREGADO
Productos obtenidos por manipulación genética, terapia génica y no génica, plantas modificadas
Biotecnología de era pos genómica
Transcriptómica, Proteómica, Metabolómica Bioinformática y el nacimiento de la Nanobiotecnología
Biología sintética
Biología Sintética
Diseño y construcción desde rutas metabólicas hasta microorganismos parcial o completamente sintéticos a partir de modelos computacionales altamente complejos
EL CÓDIGO GENÉTICO
• Una de las principales características del código
genético es su carácter universal para todos los seres
vivos.
• Podemos decir que es exactamente igual para cualquier
organismo, desde las bacterias químico-sintéticas hasta
la especie humana, incluyendo a los virus.
Helicoide genético
CÓDIGO GENÉTICO DEL RATÓN
• El genoma de los seres vivos contiene
una cantidad enorme de información.
• En el caso del ratón doméstico, una
de las primeras especies en ser
descifradas completamente, la
información contenida equivale a
2,8 GB.
• Se ha calculado que esta secuencia
requeriría el equivalente a 11 veces
los 32 tomos de la 15ª edición de
la Encyclopædia Britannica para
escribirla completamente.
ENSAYO
Bioinformática en Colombia: presente y futuro de la investigación biocomputacional
Alfonso Benítez-Páez, Sonia Cárdenas-BritoGrupo de Análisis Bioinformático, GABi, Centro de Investigación y Desarrollo en Biotecnología, CIDBIO, Bogotá, D.C., ColombiaRecibido: 21/04/09; aceptado:19/11/09
AGENDA
• Características de la nueva economía del conocimiento
y el mundo digital.
• Las ciencias de la vida y el desarrollo de software como
dinamizadores del cambio tecnológico.
• De la línea de código genético al algoritmo genético:
una simbiosis inevitable?
• Oportunidades y retos de la investigación, desarrollo
tecnológico e innovación en la biomimética.
• Algunos ejemplos de la vida real, o mejor de la propia
naturaleza.
GÉNETICA
Referencias
• Reynoso – “Diseño de artes visuales y sonoras con metaheurísticas evolucionarias”
• Juan Romero y Penousal Machado, The art of artificial evolution (2008)
Referencias
Programación genética
• John Koza• Arboles Lisp en lugar de strings
Premios Nobel 2013: Química
• Los ganadores de los Premios Nobel 2013 de química, Martin
Karplus, Michael Levitt y Arieh Warshel fueron galardonados por
sus invaluables contribuciones a la química.
• Los tres científicos desarrollaron modelos computacionales
que explican los complejos procesos químicos y prevén sus
resultados.
• Capaces de simular el comportamiento de las moléculas en
todo tipo de ambiente.
Premios Nobel 2013: Química
• Esto catapultó el desarrollo de todo, desde nuevos medicamentos
hasta paneles solares y convertidores catalíticos en autos.
• Su trabajo es pionero pues logró reunir a la física clásica de Newton
con la fundamentalmente diferente química cuántica.
• Previamente, los químicos debían escoger una o la otra; la física
clásica cuando modelaban moléculas grandes y la química cuántica
cuando buscaban simular reacciones químicas.
• Los ganadores del Nobel juntaron lo mejor de ambos mundos, la física
clásica y cuántica, par abrir las puertas a nuevos descubrimientos.
AGENDA
• Características de la nueva economía del conocimiento y el
mundo digital.
• Las ciencias de la vida y el desarrollo de software como
dinamizadores del cambio tecnológico.
• De la línea de código genético al algoritmo genético: una
simbiosis inevitable?
• Oportunidades y retos de la investigación, desarrollo
tecnológico e innovación en la biomimética.
• Algunos ejemplos de la vida real, o mejor de la propia
naturaleza.
Revista UBitBiomimética morfológica: Proceso Heurístico
Paramétrico
• La biomimética es la ciencia que estudia la naturaleza como
fuente de inspiración para resolver problemas humanos
mediante modelos de sistemas, procesos y elementos que se
inspiran en la naturaleza.
• Janine Benyus dice que existen tres niveles,
• el primero es el que imita la forma natural,
• el segundo es el que imita los procesos naturales y
• el tercero es el que copia funcionamiento de los sistemas.
CIENCIA E INGENIERÍA: CAMBIO DE PARADIGMAS
Prof. Dr. Carlos Maldonado© Universidad del Rosario, Bogotá
MODELOS DE COMPUTACIÓN BIOINSPIRADOS
• Algoritmos evolutivos
• Redes neuronales
• Algoritmos inmunológicos
• Algoritmos basados en inteligencia de enjambres
(swarm intelligence) y dentro de ellos,
• Los algoritmos basados en colonias de
hormigas.
AGENDA
• Características de la nueva economía del conocimiento y el mundo digital.
• Las ciencias de la vida y el desarrollo de software como dinamizadores del cambio tecnológico.
• Ciencias de la complejidad y sistemas bio-inspirados: regreso al futuro.
• De la línea de código genético al algoritmo genético: una simbiosis inevitable?
• Oportunidades y retos de la investigación, desarrollo tecnológico e innovación en la biomimética.
• Algunos ejemplos de la vida real, o mejor de la propia naturaleza.
El ADN es el plano de construcción de la vida. ¿Podría también
podría convertirse en la plantilla para fabricar una nueva
generación de chips que en vez de estar basados en el silicio
estuvieran basados en un material experimental conocido como
grafeno?
FUENTE | Noticias de la Ciencia 24/10/2013
UTILIZAN ADN PARA EL MONTAJE SEMIAUTOMÁTICO DE TRANSISTOR DE GRAFENO
• El grafeno es una lámina de carbono con un átomo de espesor. En ella, los
átomos de carbono conforman una celosía hexagonal, similar a la de un panal
de miel. Eléctricamente este enrejado de átomos de carbono es un conductor
muy eficiente.
• Los investigadores creen que cintas de grafeno, colocadas extendidas una al
lado de otra, podrían crear circuitos semiconductores. Teniendo en cuenta las
pequeñas dimensiones del material y sus propiedades eléctricas favorables, las
nanocintas de grafeno permitirían obtener chips muy rápidos, que además
trabajarían con un consumo muy bajo de energía.
• Sin embargo producir algo que tiene sólo un átomo de espesor y de 20 a 50
átomos de ancho es un desafío importante.
UTILIZAN ADN PARA EL MONTAJE SEMIAUTOMÁTICO DE TRANSISTOR DE GRAFENO
• Para superar este desafío, el equipo de la Universidad de Stanford concibió la idea de
usar el ADN como mecanismo de montaje. Físicamente, las cintas de ADN son largas
y delgadas, y tienen aproximadamente las mismas dimensiones que las cintas de
grafeno que los investigadores quieren ensamblar de la manera más eficiente posible.
Químicamente, las moléculas de ADN contienen átomos de carbono, el material que
forma el grafeno.
• Los investigadores comenzaron con un diminuto disco de silicio, a fin de tener el
substrato para su transistor experimental. El disco fue sumergido en una solución de
ADN de origen bacteriano y se usó una técnica ya conocida para "peinar" las cintas
de ADN hasta dejarlas en forma de líneas relativamente rectas.
• A continuación, el ADN sobre el disco fue expuesto a una solución de sal de cobre.
Las propiedades químicas de la solución permitieron que los iones de cobre fueran
absorbidos dentro del ADN.
UTILIZAN ADN PARA EL MONTAJE SEMIAUTOMÁTICO DE TRANSISTOR DE GRAFENO
• El paso siguiente fue calentar el disco y bañarlo en gas metano, el cual contiene
átomos de carbono.
• Una vez más, las fuerzas químicas entraron en escena y ayudaron de manera
decisiva a llevar adelante el proceso de ensamblaje.
• El calor provocó una reacción química que liberó algunos de los átomos de
carbono en el ADN y en el metano. Estos átomos de carbono libres se unieron
rápidamente unos con otros formando "panales" estables de grafeno.
Los átomos sueltos permanecieron cerca de los respectivos sitios desde donde
se desprendieron de las hebras de ADN, y de este modo conformaron cintas
que siguieron la estructura del ADN.
UTILIZAN ADN PARA EL MONTAJE SEMIAUTOMÁTICO DE TRANSISTOR DE GRAFENO
• El proceso con ADN agiliza de manera enorme la fabricación de las
estructuras de grafeno, y a partir de aquí es fácil preparar un
transistor.
• La nueva técnica demuestra por vez primera la viabilidad de emplear
ADN para el montaje rápido de cintas de grafeno y para la fabricación
subsiguiente de transistores plenamente funcionales.
UTILIZAN ADN PARA EL MONTAJE SEMIAUTOMÁTICO DE TRANSISTOR DE GRAFENO
ALGORITMO GENÉTICO DE LA MOSCA Y REDES
• Los expertos de la Universidad de Carnegie Mellon, en
Pittsburgh (Estados Unidos), aseguran que un nuevo algoritmo
basado en la forma en que la humilde mosca de la fruta organiza
sus diminutos pelos -verdaderos sensores que les permiten
"sentir" el mundo- tiene el potencial de proporcionarnos la
solución a los problemas que plantean las redes inalámbricas.
• Parece que la forma en que se organiza el sistema nervioso del
insecto es mucho más simple y eficiente que cualquier red
elaborada por los humanos.
ALGORITMO GENÉTICO DE LA MOSCA Y REDES
• El trabajo, que se ha publicado en el ejemplar de la revista "Science",
muestra cómo los investigadores se inspiraron en la forma en la que la
diminuta mosca de la fruta organiza sus diminutas "antenas" -los
"sensores" que la "conectan" con el mundo- para conseguir mejores
aplicaciones de computación distribuida.
• Al igual que en una red de computadores basada en la arquitectura
cliente-servidor, las células del sistema nervioso de la mosca de la
fruta se organizan de tal manera que un pequeño porcentaje de ellas
funcionen como "centros" que proporcionan las conexiones necesarias
con las demás células nerviosas.
ALGORITMO GENÉTICO DE LA MOSCA Y REDES
• Los expertos han creado un algoritmo genético que imita esta
forma de trabajo, y descubrieron que esta manera de
organizarse puede utilizarse para optimizar aquellas redes de
ordenadores en las que el número y posición de los nodos que
la componen no están rígidamente establecidos.
• Las redes WIFI, los sistemas de recolección de datos basados
en sensores inalámbricos o grupos de robots autónomos
pueden beneficiarse de lo aprendido de la mosca de la fruta.
OTROS EJEMPLOS YA EN EL MERCADO
• Casi 100 años después de la creación de la sonda urinaria, la
compañía biotecnológica Sharklet ha logrado inhibir el
crecimiento de uropatógenos en la superficie del catéter
mediante la aplicación de un micro-relieve inspirado en la piel
del tiburón,
• optimizando así el confort de los pacientes, la economía de
los sistemas de salud y reduciendo el desarrollo de nuevas
bacterias multi-resistentes.
RETOS Y OPORTUNIDADES PARA COLOMBIA
• Mayor interacción en IDT+I entre los CDT en biotecnología,
genética, bioinformática y aquellos en desarrollo de software
no convencional.
• Involucramiento en GRIDS especializados para ampliar el
acceso a bases de datos de patentes y centros de
investigación especializados de clase mundial.
• Promover la investigación multi e interdisciplinaria, así como
el desarrollo tecnológico en biomimética.
• La base fundamental es la investigación en biología, así
como en sistemas binarios, desde la primaria y la secundaria.
