El gran reto presente

El Gran Reto presente.

Automatización y

la inteligencia artificial

© El Gran Reto presente. Automatización y la inteligencia artificial

© Dr. Rolando A. Carrasco González

© Dr. Luis A. Riveros Cornejo

ISBN

Editado por Tregolam (España)

© Tregolam (www.tregolam.com). Madrid

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Diseño de portada: © Tregolam

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1ª edición: 2020

ESTE LIBRO HA SIDO PATROCINADO POR LA UNIVERSIDAD CENTRAL DE

CHILE

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Agradecimientos y dedicatoria

Agradecimiento a la Editorial Tregolam Literatura por su efectivo apoyo. También a H. Oscar Wenzel U. (director técnico Área Laboratorios I+D de Cooprinsem (Osorno, Chile) por su contribución en la discusión de aportes sobre la aplicación de conocimientos científicos en las áreas agrícola y acuícola. También a Mauricio Cornejo B. y Patricia Asenjo G. por su apoyo en distintas etapas del proceso de elaboración de este libro. Asimismo, a Víctor Sánchez, por su eficiente trabajo de algunas sugerencias y correcciones del libro. Agradecemos a la Universidad Central de Chile por su patrocinio institucional.

Dedicamos esta obra a nuestras esposas, hijos y nietos, y ciertamente a las sucesivas generaciones de estudiantes que han atendido nuestras clases.

Los autores

Rolando A. Carrasco González. Obtuvo su licenciatura en Ingeniería Eléctrica en la Universidad Técnica del Estado (UTE) de Chile en 1969, y ostenta los títulos de Chartered Engineer (UK, 1985) y Fellow Engineer (IET, 1990) en el Reino Unido. Obtuvo su Doctorado en Filosofía (PhD) en Procesamiento de Señales Digitales en la Universidad de Newcastle, UK, en 1980, además del grado de Doctor en Ciencias (DSc) en 2010. Ostenta un PGD (Post-Graduate Diploma) en Educación otorgado en 1990 por la Universidad de Staffordshire, UK. Se le concedió el premio IEE Heaviside (UK) en 1982 por su trabajo de investigación en sistemas multiprocesadores. Entre 1970 y 1972 trabajó (sistemas de medida de energía eléctrica) en SAESA, Chile, y fue profesor en la sede de la UTE-Temuco (1972-1975), Chile.

Entre 1980 y 1982 fue contratado como investigador asociado (Postdoctorado) por la Universidad de Newcastle (UK) donde llevó a cabo una investigación sobre comunicación submarina. Entre 1982 y 1984, se desempeñó como Ingeniero de desarrollo en Alfred Peters Ltd., Sheffield, UK (MEDITECH, Tecnología Médica), donde llevó a cabo investigación y desarrollo en procesamiento de señales asociado con el estímulo y la respuesta coclear (diseño e implemento un nuevo instrumento). Trabajó en la Universidad de Staffordshire (área de Ingeniería y Computación) entre 1984 y 2003, como senior Lecturer, principal Lecturer y Professor, jefe del grupo de Ingeniería Electrónica y decano asociado encargado de recursos, consultoría industrial e investigación de la Facultad de Ingeniería. En 2004, se incorporó a la Universidad de Newcastle como Professor de comunicaciones móviles. En la Escuela de Ingeniería Eléctrica y Electrónica fue director de innovación y desarrollo empresarial y director del grupo de investigación en comunicaciones y procesamiento de señales (en la Escuela de Ingeniería Eléctrica y Electrónica).

Sus intereses principales de investigación son la codificación/decodificación de la información, nuevos algoritmos de DSP, teoría del caos y redes neurales para aplicaciones en sistemas de comunicaciones, desarrollo de algoritmos para reconocimiento de la voz e identificación del parlante, calidad de servicio y aplicaciones en telefonía móvil (3G Y 4G), sistemas de redes de sistemas de comunicación tecnológica y computadores, y cómo mejorar la calidad del servicio en educación y salud. Cuenta con más de 329 (IEE-UK/IEEE-USA) publicaciones científicas con referencia internacional.

(http://scholar.google.co.uk/citations?user=GKEmUJoAAAAJ), siete capítulos en textos de referencias (Books), patentes a su nombre y dos libros titulados: Non-Binary Error Control Coding for Wireless Communication and Data Storage publicado por John Wiley & Son, Ltd. e Innovación para crecer en calidad. Propuesta para una mejor educación publicado en la editorial USACH, Colección Educación ISBN: 978-856-303-383-0. Anteriormente, ha supervisado 50 exitosos estudiantes de doctorado. Ganó varios proyectos de investigación financiados por EPSRC, BT (British Telecom, UK), MOD (Ministerio de Defensa, UK), dos de ellos en colaboración (EPSRC) con la Universidad de Cambridge (2002-2008) y con la Universidad de Lancaster (2003-2006).

Ha sido examinador externo de doctorados en las siguientes universidades: Cambridge, Imperial College, Southampton, Leeds, King College, Dublín, Manchester, Hull, York, Lancaster, Sussex, Hallam de Sheffield, Universidad de Mondragón (España), Universidad de Chile y Universidad de Santiago (Chile), entre otras. También ha sido examinador externo de Cursos de Enseñanza de Pregrado y Postgrado (Máster) en varias Universidades (Lancaster, Cranfield, Sussex y Aberty). Ha sido orador invitado y presidente de varios comités (IET, IEEE) nacionales e internacionales de conferencias, miembro del colegio EPSRC y evaluador de Proyectos de Investigación EPSRC. Se ha desempeñado, además, como miembro de varios paneles de acreditación y control de calidad de la educación, ha dictados varios cursos sobre enseñanza y aprendizaje, metodología de investigación y sistema de mentor en universidades chilenas: Santiago, Frontera y de Chile. Ha dictado cursos de Chanel Coding por una semana en cada una de las siguientes universidades en China: Beihang University (Beijing), Shang Hai Jiao Tong University (Shanghai), Huazhong University of Science and Technology (Wuham). En Europa ha dictado cursos en el área de Ingeniería en las Universidades de Mondragón y Valencia (España), y en la Universidad Politécnica de Toulouse (Francia). Actualmente, es Emeritus Professor en la Universidad de Newcastle, UK y profesor visitante en la Universidad de Aston, UK.

Luis A. Riveros Cornejo. Es profesor de Estado y economista con estudios de Licenciatura en Filosofía con mención en Historia. Obtuvo un magíster en Ciencias con mención en Economía en la Universidad de Chile, y es también máster y doctor (PhD) en Economía por la Universidad de California, en Berkeley, con especialización en Econometría y Economía Laboral. Fue becario de la Fundación Ford para sus estudios de Doctorado. Es autor de 19 libros, 74 artículos en journals con comité editorial y 22 capítulos incluidos en libros de otros autores. Sus temas de investigación y publicaciones se han centrado en educación, macroeconomía, mercados laborales y distribución del ingreso. Ha sido distinguido por sus investigaciones que tempranamente abordaron los conceptos de rentabilidad económica y social de la educación chilena, y ha sido considerado internacionalmente como un experto en materias de mercado laboral y ajuste macroeconómico. Ha sido conferencista en foros tan importantes como DAVOS, la Association of American Universities y la Association of European Universities, además del Foro Internacional de Rectores en Sevilla, así como en alrededor de 25 universidades en Chile, Latinoamérica y el resto del mundo. Ha sido director del Departamento de Economía y de la Escuela de Graduados de la Facultad de Economía y Negocios de la Universidad de Chile y dirigió el Panel Permanente sobre Coyuntura Económica de la Universidad de Chile durante el período 1980 _1984. También se desempeñó como decano de la Facultad de Economía y Negocios entre 1994 y 1998 y ocupó el cargo de rector de la Universidad de Chile por dos períodos consecutivos entre 1998 y 2006. Ha sido docente en las áreas de Economía y Administración como también académico en el Instituto de Estudios Internacionales y en la Facultad de Ciencias Sociales de la Universidad de Chile. Se desempeñó como investigador en la División de Ajuste Macroeconómico y en la División de Educación del Banco Mundial entre 1984 y 1990, participando en diversos programas que el Banco impulsó en países como Costa Rica, México, Colombia, Perú, Nigeria, Filipinas, República Checa y Polonia, entre otros. Ha sido también miembro del Directorio de IESALC-UNESCO y directivo de la Asociación de Universidades del Rim del Pacifico entre los años 2001 y 2006. También ha sido presidente del Consejo Latinoamericano de Escuelas de Administración (CLADEA) en el período 1996-1999 y secretario permanente de la Sociedad Econométrica Latinoamericana el año 1998. Fue también miembro del Consejo Resolutivo de Asignaciones Parlamentarias del Congreso Nacional de Chile en el período 2011-2018.

Es profesor titular de la Universidad de Chile y profesor honorario y presidente del Consejo Consultivo Internacional de la Universidad Autónoma de Nuevo León, Monterrey, México. Actualmente es Profesor Titular Regular y decano de la Facultad de Economía, Gobierno y Comunicaciones de la Universidad Central de Chile, profesor de la Academia Superior de Estudios Policiales, miembro del Consejo Científico de la Fundación Andrzej Dembicz de Varsovia-Polonia y presidente de la Fundación Transurbano de Chile. Además, es miembro de número de la Academia Chilena de Ciencias Sociales, Políticas y Morales del Instituto de Chile y de la Sociedad Chilena de Historia y Geografía, miembro de la Academia de Historia Militar y miembro honorario del Instituto O´higginiano de Chile. Asimismo, es miembro correspondiente de las Academias de Ciencias Sociales de Colombia y Argentina. Ha sido distinguido con la Orden Andrés Bello otorgada por el Gobierno de Venezuela, la Medalla de Honor conferida por el Gobierno de Polonia y la Membresía de Honor de la Academia de Ciencias de Rusia. También le han entregado diversas distinciones las universidades Central de Venezuela, San Marcos de Lima, Córdoba de Argentina, Lille de Francia, entre otras. Ha sido también distinguido con la Condecoración Senado de la República de Chile por su destacado rol como académico nacional e internacionalmente.

PREFACIO

Este libro no se dirige exclusivamente a quienes estén vinculados académica o profesionalmente a temas científicos y tecnológicos. Se dirige al ciudadano promedio, así como a docentes, investigadores, innovadores, emprendedores y empresarios, todos quienes necesitan información sobre el actual estado de progreso en materia de automatización e inteligencia artificial, y en cómo esto está cambiando la vida de cada persona y la evolución de la sociedad.

El libro discute conceptos centrales sobre estas materias y reporta el resultado de investigaciones y experiencias de los autores en materia de investigación académica, trabajo con empresas y desenvolvimiento en diversas universidades europeas y latinoamericanas, especialmente británicas y chilenas. Así, se provee información sobre las tendencias actuales del cambio tecnológico y su impacto en diversas áreas del quehacer económico y social, junto a la exposición de los fundamentos teóricos que han dado lugar a las aplicaciones en automatización e inteligencia artificial (IA), así como las perspectivas de nuevos desarrollos.

Para que la sociedad asuma estas nuevas tendencias y comprenda sus repercusiones, es necesario que el ciudadano promedio, y muy en especial los innovadores, aprecien el actual papel que juega la tecnología y el desarrollo tecnológico, así como la incidencia en distintos ámbitos del desarrollo científico y las nuevas tecnologías de la información, computación, inteligencia artificial, robótica y comunicación. El libro pretende ser un estímulo para el desarrollo de nuevas generaciones de investigadores motivados por el amplio espectro del cambio fundamental que nuestra sociedad está viviendo y las preguntas fundamentales para que la sociedad asuma los costos y beneficios del cambio. Aspira también a ser una fuente de información para que se aprecie la arremetida significativa que la nueva tecnología está teniendo en esferas como la salud, la educación, la producción y los servicios, la cual, a la vez de amenazar los actuales puestos de trabajo, se constituye en un vaticinio de mayor bienestar social, más alta productividad y un profundo cambio en el giro de los empleos que se precisarán a futuro.

Para transitar exitosamente hacia una sociedad de creación e innovación basada en un nuevo conocimiento, es muy importante formar y capacitar profesionales que tengan las competencias adecuadas para crear, analizar y evaluar sistemas complejos. Entendemos por sistema complejo la existencia de varias partes interconectadas de un conjunto de fenómenos cuyos vínculos (interacciones), crean información adicional no visible antes por el observador. Este análisis requiere entender y considerar la estructura de los sistemas complejo-dinámicos como una rama de la ciencia en el proceso de enseñanza-aprendizaje, donde es necesario usar métodos cualitativos y cuantitativos para evaluar su complejidad, especialmente la de tipo no lineal. Esto ha de requerir de profesionales capaces de recomendar y usar las últimas tecnologías (robótica e inteligencia artificial), con el conocimiento necesario para resolver y brindar las mejores soluciones aplicables en los diversos ámbitos productivos, como también para enfrentar eventos impredecibles tales como desastres a nivel sectorial o nacional. Aquí presentamos metodologías y conocimientos sobre cómo se han enfrentado y resuelto sistemas complejos y algunos de los últimos desarrollos de la ciencia e ingeniería en este campo. Se abordan, por ejemplo, los conceptos aplicables a la medición de la complejidad y el desarrollo de las nuevas tecnologías, como la robótica y la inteligencia artificial, que son muy importantes para el desarrollo social y económico de los países.

La naturaleza especializada de la inteligencia artificial del mundo real no representa necesariamente un efecto negativo neto de la automatización en términos de puestos de trabajo. Las tareas que actualmente ocupan a la mayoría de la fuerza de trabajo en todos los países, más claramente en los países en desarrollo, son, en gran medida y en cierto nivel, rutinarias y predecibles; ciertamente, son esas las más susceptibles a la amenaza de sustitución. De hecho, como se está observando, la rápida mejora en robots especializados o en el desarrollo de ciertos algoritmos de aprendizaje automático que se agitan a través de las resmas de datos, eventualmente amenazará a un enorme número de ocupaciones en una amplia gama de niveles de habilidades y se constituirá así en grave amenaza sobre el empleo y poder adquisitivo. No obstante, el cambio tecnológico también creará nuevas fuentes de trabajo más especializado y menos riesgoso, permitiendo un mejor desarrollo personal, profesional y de calidad de vida humana, lo cual implica la necesidad de preparar a las personas para ello. Dicho cambio también ha de producir una mayor productividad reflejada en mayor bienestar de la masa laboral y su poder adquisitivo. Hasta ahora lo observado no revela el requerimiento de máquinas que puedan pensar como personas. Un computador no necesita replicar todo el espectro de la capacidad intelectual humana para desplazar trabajadores, solo tiene que llevar a cabo las tareas específicas para lo cual fue específicamente programado. Habrá quizás un punto del tiempo futuro en que la singularidad afecte radicalmente a este proceso, cuando las máquinas puedan, efectivamente, auto programarse.

Como sabemos, para tener profesionales innovadores en una sociedad de conocimiento es necesario contar con un sistema educacional de alta calidad. En el libro Innovación para crecer en calidad propuestas para una mejor educación, Carrasco González y Riveros Cornejo han descrito las potencialidades a desarrollar para contar con una adecuada metodología educacional, con buenos procesos y buenas prácticas de la enseñanza y aprendizaje que serán esenciales para asumir responsabilidades productivas y complejas del futuro, para generar así una mayor productividad laboral. A este reto se ha sumado la experiencia con la Pandemia asociada al COVID19 y que mantiene al mundo bajo severa amenaza en los días presentes, requiriendo un giro fundamental en el hacer educativo, cuando se ha debido recurrir masivamente a las tecnologías de comunicación.

La discusión que se plantea en ese libro, como se hace también en muchos otros documentos surgidos de la academia, pone de relieve los desarrollos necesarios en educación para enfrentar los nuevos desafíos derivados de los cambios tecnológicos y científicos. El desafío es «enseñar a pensar» a nuevas generaciones que tendrán a su disposición nuevas tecnologías en todo orden de cosas, y que deberán hacerse responsables de su debido cuidado y proyección.

En una economía de conocimiento hay que desarrollar una «base científica» que representa la materia prima (potencialmente inagotable) de la innovación. La base científica se encuentra en las universidades en conjunto con empresas innovadoras dedicadas a la investigación en ciencias e ingeniería, para así mejorar sus estándares competitivos. En el caso latinoamericano, en general, la necesidad de conseguir una prosperidad duradera y sustentable requiere cambios profundos de mentalidad mediante la introducción de un pensamiento más estratégico sobre lo que ocurrirá cuando se agoten los recursos naturales.

En lo que sigue de este libro, consideramos los elementos fundamentales de una economía basada en un uso más amplio y especializado de los recursos humanos y tecnológicos. Como analizaremos, países como Chile, tomado como ejemplo típico de la situación latinoamericana, se está quedando atrás en lo que concierne a enfrentar este reto, debido a un insuficiente uso de recursos en investigación y desarrollo. En este libro centraremos nuestra atención en el caso de países en desarrollo, para los cuales el reto de innovación y desarrollo tecnológico es mucho más desafiante puesto que estas nuevas tecnologías le brindarán la oportunidad de un salto en productividad y bienestar anteriormente inalcanzable.

Por otro lado, también analizamos y presentamos algunos ejemplos de innovación tecnológica ocurridos en los sectores de la agricultura, acuicultura y pesca, sector forestal, salud, minería y negocios, donde evaluamos los aspectos de la complejidad, el uso de la inteligencia artificial y los desarrollos tecnológicos recientes. Con esto se trata de ilustrar el cambio que está ocurriendo y los posibles cursos futuros que requerirán contar con una base de conocimiento adecuado. Nuevamente, el caso de Chile es muy representativo del latinoamericano en general y es por eso por lo que se toma como un ejemplo en varias discusiones.

El nuevo paradigma de la educación es el lifelong learning o «educación permanente». Se trata del aprendizaje continuo durante toda la vida de una persona, que tiene como requerimiento la formación básica para, efectivamente, poder lograr su desarrollo. Lograr una formación adecuada del punto de vista de la enseñanza y aprendizaje (pedagógico) es una de las transformaciones más importantes de nuestra época. El mundo está en cambio permanente y cada persona debe mejorar y ampliar sus conocimientos de forma constante para así enfrentar la dinámica de los cambios a nivel de la sociedad. Desde luego, es algo difícil de lograr con un sistema educacional retrasado, pobremente diseñado y equipado, y en sociedades con un alto porcentaje de población analfabeta funcional, lo cual pone de relieve la importancia de la modernización de la educación y el uso de mejores tecnologías para enseñar. A su vez, para las instituciones de educación superior el reto es proveer la actualización permanente de conocimientos, competencias y actitudes de manera transversal en todas las etapas de su vida, llevando a cabo la creación y diseminación de un nuevo conocimiento. Los desafíos de las instituciones educacionales, en general, será apoyar una transformación cultural hacia una sociedad de conocimiento que permita el desarrollo integral y sostenible de un país.

El capítulo I presenta una discusión general sobre la innovación tecnológica y sus debilidades, haciendo énfasis en la importancia de la ciencia, la ingeniería y la educación para la innovación tecnológica, destacando el notorio retraso en cuanto a la inversión en investigación y desarrollo. Se toma el caso de Chile como un ejemplo representativo de la situación latinoamericana y por ser, quizás contradictoriamente, un notorio caso de éxito en el campo macroeconómico y financiero.

El capítulo II reseña los retos que deben enfrentar hoy en día la creatividad, la investigación y la educación para la innovación en torno al desarrollo tecnológico. También se describe la importancia de la automatización y la robótica.

El capítulo III intenta esbozar comparaciones entre diferentes plataformas tecnológicas, describiendo algunos algoritmos de inteligencia artificial utilizados en los ámbitos de la ciencia, la ingeniería y los negocios. Aquí se describen algoritmos tales como los sistemas expertos, redes neuronales artificiales (ANN), algoritmos evolutivos (AE) y algoritmos genéticos (AG). Asimismo, se exploran sistemas híbridos (los algoritmos de la IA que se utilizan con la combinación de la lógica difusa, minería de datos, AE y AG obtienen mejores funcionamientos para resolver problemas complejos). Se trata de un capítulo destinado al lector que desea introducirse en las metodologías susceptibles de nuevos desarrollos.

El capítulo IV introduce conceptos y principios tecnológicos aplicados en las transformaciones en los servicios de salud. Se analizan algunos componentes que envuelve la complejidad en el campo de la salud (por ejemplo, microdatos) y las aplicaciones de la inteligencia artificial. Existen aún muchos desafíos tecnológicos en el sistema de salud (o sistema sanitario) en general, los avances en tecnología de la información que están alterando otras áreas de la economía han hecho hasta ahora relativamente pocas incursiones en el sector de la salud, pero se prevé impactos importantes en ámbitos como el manejo de la información y la telemedicina.

El capítulo V expone la importancia de los desarrollos tecnológicos y los desafíos de la tecnología aplicada en las transformaciones educacionales. Se analiza la importancia y el impacto de la inteligencia artificial en los nuevos métodos de enseñanza y aprendizaje, evaluación de exámenes, mejora de los procesos de gestión, y se describen algunos conceptos de complejidad en los sistemas educacionales.

En el capítulo VI se introducen algunos ejemplos del desarrollo de la innovación tecnológica en la agricultura y en los sectores forestal, acuícola y pesquero. En todos estos casos se expone y discute la importancia de la automatización robótica, la inteligencia artificial, los microdatos y la evaluación de la complejidad. La agricultura destaca como una de las áreas que ha sufrido la transformación más dramática como resultado directo del progreso tecnológico.

En el capítulo VII se presenta una revisión de las aplicaciones de la inteligencia artificial en los negocios y el comercio, donde se indica que muchas de las aplicaciones empresariales de IA son sistemas híbridos de algún tipo. Esto hace necesario una discusión basada en el desarrollo de nuevos métodos y sistemas de IA. Se examina uno de los principales problemas de las aplicaciones de IA en las empresas: «la sobrecarga de información». También se presenta un análisis sobre el futuro de la superinteligencia y la singularidad, presentando los puntos de vista de diferentes connotados científicos.

El capítulo VIII explica que vivimos en un mundo con cambios tecnológicos mucho más rápidos y complejos que antaño, y que esto ha planteado el desarrollo de sistemas tecnológicos más inteligentes. Sistemas para monitorear el medio ambiente y para mejorar la calidad de los servicios públicos y privados en distintas áreas (salud, educación, transporte, bosques, pesca, comunicación, negocios) y métodos de producción en general. En este capítulo se introducen conceptos y principios sobre cómo analizar y evaluar la complejidad de los sistemas dinámicos, la conectividad de los elementos componentes de un sistema. También se discuten conceptos de linealidad, no-linealidad, periodicidad, retroalimentación, determinismo, sistemas caóticos, la teoría de la bifurcación, dimensión, energía, organización y numerosidad. Todo ello con el propósito de familiarizarnos con los conceptos y desarrollos básicos en el campo de los sistemas tecnológicos y describir las bases teóricas de los nuevos desarrollos tecnológicos. Es muy importante formar y capacitar profesionales que tengan el adecuado conocimiento para analizar y evaluar sistemas complejos. Esto requiere que la enseñanza y el aprendizaje consideren la complejidad de los sistemas dinámicos como una rama de la ciencia, para lo cual resulta necesario usar métodos cualitativos y cuantitativos destinados a analizar, evaluar y clasificar la noción de complejidad. Esto permitirá tener profesionales de distintas disciplinas capaces de recomendar y usar las nuevas tecnologías (robótica, inteligencia artificial, etc.), así como poseer conocimientos para resolver y entregar las mejores soluciones en situaciones críticas de una realidad nacional. Presentamos una metodología e instrucciones para enfrentar y resolver problemas complejos, y algunos de los últimos desarrollos de la ciencia y la ingeniería en este ámbito.