Durante casi 20 años, los humanos han mantenido una presencia continua más allá de la Tierra. La Estación Espacial Internacional ha proporcionado un hábitat donde los humanos pueden vivir y trabajar durante largos períodos de tiempo. Todavía, a pesar de haber establecido una base permanente para la vida en el espacio, tierra firme siempre está al alcance, a 254 millas, para ser exacto. Si un miembro de la tripulación se enferma gravemente, él o ella podría hacer el viaje de regreso a la Tierra en cuestión de horas.

"Tan pronto como te aventuras más allá de la órbita terrestre baja, para ir a Marte o incluso más lejos, rescatar ya no es una opción, "dice Wolfgang Fink, profesor asociado y catedrático de Keonjian en la Facultad de Ingeniería de la UA. "Estás sólo en esto."

Fink predice que en un futuro no muy lejano, los humanos trabajarán codo con codo con máquinas robóticas, Inteligencia no humana y dispositivos inteligentes de formas nunca antes vistas. La lógica y el pensamiento humanos estarán unidos por, y complementado con, cerebros artificiales y algoritmos de razonamiento.

Por primera vez en la historia, Fink dice, hemos llegado a un nivel en el que pronto las líneas entre lo que se considera "humano" y lo que se considera "artificial" comienzan a difuminarse.

Cuando no hay vuelta atrás

Una misión tripulada a Marte que implica un viaje de ida de al menos un año, solo puede tener éxito si ninguna parte vital del sistema se rompe más allá de la reparación, incluidos los hechos de carne y hueso. Anticiparse a las fallas del sistema y abordarlas antes de que ocurran es primordial. Cuando no hay doctores alrededor no solo la tripulación tiene que ser autónoma, el cuidado de la salud lo hace, también.

"La clave aquí es el pronóstico y la gestión de la salud, un concepto que empieza a traspasar el ámbito de la tecnología, específicamente en la industria aeroespacial donde se ha utilizado durante décadas, en el ámbito de la salud humana, "dice Fink, quien recientemente fue nombrado miembro del Centro de Arizona para la Innovación Biomédica Acelerada, o ACABI, y quién encabeza una asociación entre la industria y la universidad, el Centro de Informática y Telesalud en Medicina, o InTelMed, en la UA.

Por ejemplo, muchas partes de un avión moderno están conectadas a una red de datos, incluso Wi-Fi, y proporcionar actualizaciones de estado continuas sin supervisión de la tripulación. Esto permite al personal de mantenimiento anticipar los fallos de funcionamiento antes de que ocurran y recibir al avión a su llegada con las piezas y herramientas adecuadas para solucionar el problema.

Ya sea para mantener los aviones volando o mantener la salud humana durante la duración de una misión en el espacio profundo, la idea es la misma, Fink dice:"En lugar de tratar de tratar a la persona una vez que está enferma, usted monitorea constantemente su estado de salud para predecir y remediar cualquier problema antes de que ocurra ".

Financiado en parte por la National Science Foundation, InTelMed tiene el objetivo de diseñar tecnologías de sensores portátiles controladas por biofeedback y capacidades de transmisión de datos de atención médica. junto con el análisis de datos inteligente basado en la nube, crear sistemas autónomos que puedan monitorear el estado de salud de las personas independientemente de los proveedores de atención médica en persona.

Uno de los proyectos de Fink ilustra cómo podría desarrollarse este enfoque en un futuro muy cercano. Con una subvención de la National Science Foundation, su equipo creó una forma de convertir un teléfono inteligente en un dispositivo de examen ocular. La tecnología, que podría cambiar la vida, especialmente en lugares remotos, áreas desatendidas del mundo, utiliza imágenes y un mando a distancia, "sistema experto" basado en la nube, que utiliza software inteligente basado en modelos de enfermedades para sugerir diagnósticos de manera muy similar a un experto médico humano, para identificar rápidamente a los pacientes en riesgo de perder la visión.

Por el camino, Fink dice, Es fácil imaginar dispositivos similares a un rastreador de actividad con la capacidad no solo de monitorear sino de intervenir.

"Los sensores suben automáticamente sus datos a la nube, donde los algoritmos de minería de datos ofrecen un pronóstico, diagnóstico o incluso un tratamiento, " él dice, "por ejemplo, a través de dispositivos implantables que estimulan ciertas partes del cerebro y desencadenan respuestas de comportamiento como frenar los antojos de comida o calmar a una persona. Es un sistema de circuito cerrado, al igual que el termostato que controla la calefacción y el aire acondicionado de su casa ".

El médico en tu muñeca

Un equipo de investigación dirigido por Esther Sternberg y Perry Skeath del Centro de Medicina Integrativa de la UA, o UACIM, está desarrollando la próxima generación de dispositivos portátiles que pueden controlar el estado de salud de una persona mediante la medición de biomarcadores:bioquímicos particulares en la sangre, saliva, orina o sudor que indican cómo está funcionando un sistema corporal. Después de descubrir que el cortisol, una hormona del estrés, se secreta en el sudor, los investigadores combinan experiencia en medicina, química, ingeniería y gestión de datos para diseñar un sensor de parche para monitorear el estrés y muchas otras moléculas de biomarcadores.

Combinado con otros sensores que controlan otros signos vitales como la frecuencia cardíaca, respuestas de la presión arterial y el sudor, tal tecnología podría, en principio, avanzar más para garantizar la salud a largo plazo de los astronautas en misiones en el espacio profundo. Obviamente, abundan las posibilidades para aplicaciones terrenales, así como, como el seguimiento de pacientes con riesgo de accidente cerebrovascular o ataque cardíaco.

"Los dispositivos que estamos desarrollando son básicamente laboratorios de microquímica, por lo que se pueden utilizar para muchas aplicaciones, "dice Skeath, subdirector de investigación de la UACIM y profesor asistente de la Facultad de Medicina de la UA - Tucson. "La parte complicada es adaptar el conjunto de sensores a la tarea, ya sea un astronauta que va a Marte o un soldado en el campo de batalla ".

Si bien es un dispositivo portátil, Dispositivo de medición de cortisol potencialmente podría medir el estrés en tiempo real, los datos que genera pueden ser ambiguos porque otros, Los factores no relacionados con el estrés entran en juego y cambian la lectura. Es fundamental que los científicos primero tengan una comprensión sólida de qué constituye exactamente el estrés y definan un conjunto preciso de medidas que capturen esa condición.

Para estudiar esto, el equipo ha creado un laboratorio dedicado a rastrear diversas respuestas fisiológicas y moleculares a los desafíos del estrés en los voluntarios.

"Los exponemos a desafíos de estrés controlado mientras realizamos una serie de mediciones, "dice Sternberg, director de investigación de la UACIM y profesor de la Facultad de Medicina de Tucson. "Luego miramos cuál es el conjunto mínimo de medidas que captura la condición".

Una vez que los investigadores sepan eso, necesitan hacer que cada medición sea confiable y precisa, para que el conjunto de cambios de biomarcadores se concentre en el desafío específico en lugar de dar una lectura impulsada por factores no relacionados.

"Por ejemplo, cuando miramos el cortisol en el sudor, tenemos que hacer preguntas importantes sobre la fisiología involucrada, "Dice Skeath." ¿El cortisol se degrada con el tiempo? ¿Lo diluyen otras sustancias? ¿Lo perdemos antes de que pase del poro al sensor? Una vez que tengamos respuesta a esas preguntas, entonces es el momento de los ingenieros ".

Enseñar a las máquinas a esperar lo inesperado

A medida que las máquinas se vuelven más inteligentes, se están realizando esfuerzos para dotarlos de suficiente autonomía y capacidad de aprendizaje para trabajar sin supervisión humana. Dichos robots podrían operar en entornos demasiado peligrosos para que los humanos se aventuren, por ejemplo, zonas de desastres naturales como la planta de energía nuclear afectada por el tsunami en Fukushima, Japón, o fuera del alcance de los centros de control de misiones con base en la Tierra.

En su Laboratorio de Investigación de Sistemas de Exploración Visual y Autónoma, Fink y su equipo están trabajando en la construcción de un geólogo de campo robótico. A diferencia de las misiones planetarias tradicionales que se centran en, decir, una nave espacial que estudia un cuerpo planetario desde una órbita alta, o un rover que analiza las características del paisaje a corta distancia, su concepto de reconocimiento escalable por niveles imita el enfoque que tomaría un explorador humano al examinar primero las características globales, luego, dirigiéndose a la disposición del terreno en una determinada región, y finalmente investigando características interesantes de cerca.

"En lugar de poner toda la inteligencia en un sistema, los distribuye entre varios sistemas diferentes y distribuidos espacialmente, "Fink explica, "y eso crea la redundancia y la robustez que necesita para una misión crítica como la exploración planetaria".

En este escenario, un orbitador supervisaría uno o más vehículos aéreos como dirigibles o cuadricópteros flotando en la atmósfera (en planetas que tienen uno), que a su vez comandaría una flota de rovers miniaturizados, dirigiéndolos a varios puntos de interés científico. Tener un equipo de científicos artificiales de este tipo trabajando de forma autónoma en diferentes niveles también mejoraría la inteligencia general inherente a la misión. Dice Fink.

"Especialmente para planetas o lunas en el sistema solar exterior, donde la distancia a la Tierra prohíbe el comando en tiempo real, puede hacer que un sistema de este tipo lleve a cabo su propia ciencia, desplegar y redirigir a sus agentes según sea necesario para obtener los resultados, y decidir cuáles son lo suficientemente interesantes como para enviarlos de regreso a la Tierra, " él dice.

En un alejamiento de los paradigmas actuales, que normalmente se centran en un robot altamente sofisticado, la carga útil escalonada implicaría menos complejidad, unidades menos costosas y más prescindibles, creando redundancia, según Fink.

"Si solo tienes un rover, no lo va a desplegar en un área donde podría atascarse o sufrir daños, " él dice, "pero si tienes varios a tu disposición, es posible que desee arriesgarse a sacrificar algunos, si eso le ayudaría a responder la pregunta de si había vida en Marte, por ejemplo."

Debido a que estos exploradores robóticos tendrán que tomar decisiones por sí mismos, necesitarán habilidades cognitivas que hasta ahora han sido exclusivas de los humanos, como la curiosidad.

A diferencia de la inteligencia artificial, o IA, El equipo de investigación de Fink está desarrollando algoritmos de razonamiento que no se basan en reglas para enseñar a las máquinas a reconocer características en un paisaje que, por una razón u otra, un explorador humano clasificaría como "interesantes". En el laboratorio de Fink, una pequeña flota de rovers con orugas sirve como plataformas de prueba:aprenden a explorar un paisaje deambulando libremente, evitando obstáculos y prestando atención a lo que se encuentra frente a ellos.

"Equipado con nuestro paquete de software Automated Global Feature Analyzer, un orbitador o dirigible intentaría identificar anomalías en el suelo utilizando un conjunto de métodos puramente matemáticos, algoritmos no sesgados, "Fink explica." Luego transferiría esa información a los rovers en tierra, para que puedan investigar de cerca. Los humanos ya no serían los que presionarían los botones ".

El trabajo desafiante es difícil de superar para estudiantes como Alex Brooks.

"Lo único de trabajar en el laboratorio del Dr. Fink es que realmente tienes la oportunidad de hacer gran parte del trabajo real en los proyectos, "Dice Brooks". Por ejemplo, en los rovers, para la parte de la autonomía, Realmente soy el desarrollador principal del software que les ayuda a navegar. ... En su laboratorio, si demuestra que es capaz de realizar trabajos avanzados, puedes explorar eso ".

De Cyborgs a Superhumanos

Uno podría ver cómo las líneas entre "humano" y "artificial" comienzan a difuminarse en un futuro en el que los humanos y las máquinas interactúan y trabajan juntos cada vez más estrechamente. y las máquinas ejecutan misiones complejas con una supervisión humana mínima o nula.

Tome el floreciente campo de la bioingeniería, especialmente neuroprótesis, donde se utiliza tecnología implantable para prevenir episodios de depresión y ataques epilépticos, suprimir los temblores causados ​​por la enfermedad de Parkinson, o restaurar la audición o la visión.

El trabajo de Fink en el procesamiento de imágenes y los algoritmos de estimulación neuronal ha mejorado drásticamente el rendimiento del único implante de retina aprobado por la FDA. y ha allanado el camino para mejorar su resolución de modo que el usuario tenga la oportunidad de ver más que solo rasgos faciales y leer letras de gran tamaño.

Devolver la visión a los ciegos a través de implantes de visión artificial o reemplazar el tejido cerebral dañado por accidente cerebrovascular con dispositivos biomiméticos son ejemplos emblemáticos de una interfaz cerebro humano / máquina. Pero se puede ver cómo solo se puede dar un pequeño paso para "mejorar" con la tecnología a personas que de otro modo serían sanas.

Puede sonar como el material de las novelas y películas de ciencia ficción para pasar de sistemas que monitorean la salud de los astronautas, pilotos soldados o atletas para crear algún tipo de "sobrehumano". Pero de alguna manera ahí es exactamente donde van las cosas, según Fink.

"Existe un límite ético crítico que debe tenerse en cuenta, ", dice." ¿Dónde dejas de ayudar a la humanidad y entras en el reino de lo supranatural donde nada está mal con un humano? pero tratas de ir por encima de eso?

"¿Dónde termina el humano, y la maquina empieza? ¿Deberían los robots tener derechos? Esto es con lo que nos encontraremos eventualmente ".