La inteligencia artificial aprende a rastrear olores como los insectos

Los robots y otros sistemas autom¨¢ticos ya incorporan dispositivos avanzados de visi¨®n, o¨ªdo y tacto, pero hasta ahora no pod¨ªan seguir un rastro olfativo. El problema no es de detecci¨®n, sino de inteligencia, porque las pistas olfativas del mundo real no forman trayectorias continuas: el viento las fragmenta, las esparce y las desordena. Cient¨ªficos franceses y norteamericanos acaban de resolver el problema imitando la estrategia de los insectos: la infotaxis, un algoritmo que no busca la m¨¢xima concentraci¨®n de la sustancia, sino la m¨¢xima informaci¨®n sobre su fuente.

Los robots rastreadores hab¨ªan fracasado hasta ahora con una estrategia distinta, aunque tambi¨¦n inspirada en la naturaleza: la quimiotaxis t¨ªpica de las bacterias, que consiste simplemente en medir la concentraci¨®n de la sustancia olorosa en dos puntos cercanos y dirigirse siempre hacia el que da un nivel m¨¢s alto.

Si visualizamos la fuente del olor como la cima de una monta?a, la quimiotaxis puede describirse como "siempre subiendo". Es un sistema simple y f¨¢cil de programar en un robot. Pero no funciona en las situaciones interesantes del mundo real.

"Las bacterias quimiot¨¢cticas se gu¨ªan por gradientes locales de concentraci¨®n, pero ¨¦stos no siempre est¨¢n disponibles en las escalas macrosc¨®picas, ya que la mezcla con el aire los rompe al azar en parcelas desconectadas", explican hoy en Nature Massimo Vergassola, del Instituto Pasteur en Par¨ªs, y Boris Schraiman, de la Universidad de California en Santa Barbara. "Un rastreador macrosc¨®pico debe orientar su movimiento bas¨¢ndose en trazas espor¨¢dicas y una informaci¨®n muy parcial".

El algoritmo de rastreo dise?ado por Vergassola, o infotaxis, se basa en un balance din¨¢mico entre dos estrategias: la exploraci¨®n (para buscar la m¨¢xima informaci¨®n posible) y la explotaci¨®n (de la informaci¨®n reunida, v¨¦ase gr¨¢fico). Las primeras tomas de datos no se utilizan para intentar localizar la fuente -¨¦se ha sido el error hasta ahora-, sino para reorganizar la trayectoria de b¨²squeda de la manera ¨®ptima para recabar m¨¢s informaci¨®n (lo que a veces implica alejarse de la fuente). A medida que el robot va reuniendo informaci¨®n, va silenciando la estrategia de exploraci¨®n y activando la de explotaci¨®n.

Vergassola y Shraiman niegan haber plagiado a los insectos -su algoritmo es m¨¢s bien el resultado de una reflexi¨®n sobre cualquier sistema de rastreo real o virtual-, pero el caso es que las trayectorias de su rastreador artificial recuerdan mucho a una polilla buscando pareja (es decir, siguiendo el rastro de ciertas feromonas).

Era sabido que las polillas, como muchos otros insectos, empiezan sus rastreos hormonales con unos comportamientos -el zigzag y un tipo de contorneo llamado casting- que no parecen destinados a aproximarse a la fuente de la feromona, sino a muestrear el entorno. Estos comportamientos, sin embargo, ya se hab¨ªan intentado programar en los robots, con resultados muy pobres.

Los cient¨ªficos han visto ahora por qu¨¦. El zigzag y el casting no son comportamientos programados, sino dos de los resultados m¨¢s comunes de la infotaxis: emergen inevitablemente de cualquier estrategia general que intente maximizar la cantidad de informaci¨®n obtenida.

Un zigzag programado no sirve de nada: s¨®lo es ¨²til en circunstancias reales muy concretas, locales y transitorias. Y cuando se dan ¨¦stas, el zigzag no es un programa, sino una mera consecuencia de un algoritmo mucho m¨¢s b¨¢sico, profundo y general.

La aplicaci¨®n m¨¢s obvia para la nueva infotaxis, destacan sus inventores, es el dise?o de "robots para rastrear sustancias emitidas por las drogas, fugas qu¨ªmicas, explosivos y minas". Estos sniffers, como se los conoce en el gremio, podr¨¢n beneficiarse de inmediato del nuevo algoritmo, puesto que ya disponen de los dem¨¢s dispositivos necesarios (por ejemplo, mapas de orientaci¨®n modificables en tiempo real). M¨¢s de un perro puede quedarse en el paro.