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Estamos en una era en la que los dispositivos tecnológicos nos rodean, ya sea que convivan con nosotros en el planeta o que estén fuera de él o estén dentro de los seres vivos. Esta presentación habla de los impresionantes avances de la computación ubicua.
Citation preview
Computación Ubicua
por Carlos Toxtli
Presentación
Carlos Toxtli Hernández
15 años de experiencia en TI
Maestro en Innovación Empresarial y
Tecnológica
CV
Publicaré la liga de descarga
Les recomiendo prestar atención a la
presentación ya que es un tema muy
interesante, hay muchas ligas de consulta que
podrás acceder descargando la presentación.
Por lo que les recomiendo prestar atención y
no dormirse (tanto).
Computación
Según la RAE en América el término es igual a
informática.
Informática: Conjunto de conocimientos
científicos y técnicas que hacen posible el
tratamiento automático de la información por
medio de ordenadores.
Ubicua
Que está presente a un mismo tiempo en todas
partes, omnipresente.
Computación Ubicua
Integración de la informática en distintos
entornos, de forma que los ordenadores no se
perciban como objetos diferenciados.
Entornos
Entorno ambiental (terrenal)
Entorno externo (espacial)
Entorno interno (biológico)
Entorno ambiental
Primero vamos a explorar los elementos que
nos rodean en la tierra, todo con lo que
podemos interactuar.
A continuación vamos a estudiar las áreas de
la tecnología asociadas a este concepto.
Calm technology
Se enfoca en minimizar la percepción de que
existen equipos invasivos en el entorno.
Dispositivos que informan pero no demandan
atención. Impulsada por Xerox.
Reglas del calm technology
Los 3 principios de Calm technology:
La atención del usuario debe permanecer en la
periferia.
La tecnología aumenta el uso de un usuario de
su periferia.
Sensación de familiaridad para el usuario y
permite el conocimiento de su entorno.
Things That Think
Basada en el concepto de Augmented Objects
y Augmented Environments. Ya no se trata
solo de conectar elementos para que un
módulo central procese lo que sensan, ahora
se trata que el mismo sensor procese y mande
información procesada a otros dispositivos.
Impulsada por el MIT.
Physical computing
Dispositivos que entienden el mundo físico,
trata de convertir todas las señales analogicas
que ocurren en el ambiente y pasarlo a un
plano digital donde puede ser analizado.
Everyware
Explora la unificación de todas las tecnologías
por medio de una capa extra que se dedique
de traducir las formas de comunicación propias
de cada dispositivo o lógica, para lograr así
sensar y controlar del mismo modo cualquier
elemento tecnológico.
Pervasive computing
Estudia la integración de todos los dispositivos
como parte de un sistema interconectado.
Impulsada por la IEEE.
Internet of Everything
Internet de todo es la conexión en red de
personas, datos, procesos y cosas. IdT abarca
gran número de transiciones tecnológicas,
entre ellas las de la Internet de las cosas. Esta
impulsado por Cisco. Dejo una de mis
ponencias que solo trata de ello.
http://www.slideshare.net/carlostoxtli/internet-
of-everything-el-internet-de-todo
Internet of Things
Internet de las cosas (IdC) es la conexión en
red de objetos físicos. IdC es una transición
tecnológica. IdC es una de las tantas
transiciones tecnológicas que habilitan Internet
de todo.
Entorno en el que las personas están envueltas
en un medio ambiente electronico, intuitivo e
interconectado ue reconoce y responde de
forma anticipada. Impulsada por Philips.
Ambient intelligence
Inteligencia ambiental
Embebido: Dispositivos distribuidos.
Consciente del contexto: Entender que pasa.
Personalizado: el sistema te reconoce y se
diseña en base a tus necesidades
Adaptable: Cambia respecto al ambiente.
Predictivo: que se anticipa a los deseos e
intereses del usuario
Aml debe: Facilitar el contacto humano,
propiciar convivencia entre culturas, ayudar a
crear conocimientos y habilidades, inspirar
confianza, ser sustentable, aprender de por
vida, fácil de vivir con ella y fácil de controlar
por personas ordinarias.
Inteligencia ambiental - Reglas
Interacción humano máquina
Natural User Interface
Se interactúa con un sistema, aplicación, etc.
sin utilizar sistemas de mando o dispositivos de
entrada y en su lugar, se hace uso de
movimientos gestuales tales como las manos o
el cuerpo es el mismo mando de control,
control por medio de gestos con las yemas de
los dedos, por medio de la voz, etc
Organic User Interface
La interacción también incluye que los
dispositivos cambien de forma, tamaño,
posición, etc. El término fue introducido por
ACM en 2008. Los principios de diseño son:
Input Equals Output, Function Equals Form y
Form Follows Flow
Wearable devices
Son dispositivos que podemos vestir como
pulseras, relojes, calcetines, playeras, etc.
Actualmente están en su apogeo, les comparto
una de mis ponencias que enseña como
programar y crear tus propios wearables.
http://www.slideshare.net/carlostoxtli/programa
cion-de-wearable-devices
Haptic technology
Son las tecnologías que nos permiten
comunicarnos con los equipos a través del
tacto, inicialmente comenzó con mecanismos
como vibradores actualmente ya se pueden
reproducir texturas dependiendo el contexto.
http://en.wikipedia.org/wiki/Haptic_technology
La Háptica en el contexto ubicuo
Se está explorando la háptica porque mediante
ella podemos transmitir ámbitos como estos:
Funcional/profesional
Social/cortés
Amistoso/cálido
Amor/intimidad
Sexual/estimulación
Haptic Holography
Se encarga de crear una experiencia háptica al
interactuar con un holograma, se está
trabajando para que funcione sin interfaces
táctiles.
Computación afectiva
Es la computación que trata del
reconocimiento, expresión y generación de
emociones por parte de los ordenadores.
Herramienta para mejorar el interfaz hombre-
maquina, incluyendo las connotaciones
afectivas o emocionales, para mejorar el
rendimiento del ordenador y la productividad
del usuario.
Sensing Human Affect
Algunos de los
sensores usados
para sensar afecto.
Sentiment Analysis APIs
Es posible por medio de APIs entender que
sentimientos van implícitos en una
conversación, aquí va una lista de 20 APIs que
lo hacen.
http://blog.mashape.com/list-of-20-sentiment-
analysis-apis
Entorno externo
Ahora exploremos todo lo que está fuera de
nuestro entorno y que funciona con otras
condiciones distintas a las de la tierra.
Tecnología espacial
Los satélites son un claro ejemplo de ello, y
forman parte de la computación ubicua, ellos
nos dan gran parte de los servicios y no
siempre los tenemos presentes, veamos que
hacen estos dispositivos que están allá arriba.
Armas antisatélite
También denominados como satélites
asesinos, son satélites diseñados para destruir
satélites enemigos, otras armas orbitales y
objetivos. Algunos están armados con
proyectiles cinéticos, mientras que otros usan
armas de energía o partículas para destruir
satélites, misiles balísticos o MIRV.
Satélites de reconocimiento
Denominados popularmente como satélite
espía (confeccionado con la misión de registrar
movimiento de personas), son satélites de
observación o comunicaciones utilizados por
militares u organizaciones de inteligencia. La
mayoría de los gobiernos mantienen la
información de sus satélites como secreta.
Satélites astronómicos
Son satélites utilizados para la observación de
planetas, galaxias y otros objetos
astronómicos.
Biosatélites
Diseñados para llevar organismos vivos,
generalmente con propósitos de experimentos
científicos.
Satélites de observación terrestre
Son utilizados para la observación del medio
ambiente, meteorología, cartografía sin fines
militares Destacan los satélites meteorológicos,
son satélites utilizados principalmente para
registrar el tiempo atmosférico y el clima de la
Tierra, y Satélites de navegación, que utilizan
señales para conocer la posición exacta del
receptor en la tierra.
Satélites de energía solar
Envían la energía solar recogida hasta antenas
en la Tierra como una fuente de alimentación.
Estaciones espaciales
Son estructuras diseñadas para que los seres
humanos puedan vivir en el espacio exterior.
Una estación espacial se distingue de otras
naves espaciales tripuladas en que no dispone
de propulsión o capacidad de aterrizar,
utilizando otros vehículos como transporte
hacia y desde la estación..
Satélites de comunicaciones
Son los empleados para realizar
telecomunicación. Suelen utilizar órbitas
geosíncronas, órbitas de Molniya u órbitas
bajas terrestres.
Robots exploratorios
El Curiosity fue lanzado en 2011 y aterrizó en
Marte exitosamente en el cráter Gale en 2012
enviando sus primeras imágenes a la Tierra.
Sus predecesores fueron Mars Exploration
Rover, Spirit y Opportunity. Una de sus
funciones es investigar la capacidad pasada y
presente de Marte para alojar vida.
Satélites DIY (hechos en casa)
Ya puedes armar y programar tu propio satélite
utilizando arduino gracias a Ardusat.
Y pueden ser colocados en órbita por medio de
Nanosatisfi (Ahora Spire) encargada de
democratizar el espacio.
http://www.diyspaceexploration.com/ardusat-
your-personal-satellite
Cubesat
El modelo de satélite estándar que ha cobrado
gran popularidad gracias al gran numero de
satélites que se han fabricado con estas
especificaciones, tan solo miden 10x10x10 y
existen múltiples tiendas donde ya los venden
con estas especificaciones.
http://www.cubesatshop.com
Poner en órbita su satélite
Todo el paquete de crear el satélite hasta
ponerlo en órbita tiene un costo no de millones
o cientos de miles de dólares, ni siquiera
decenas de miles de dólares, con $8K USD
podemos ponerlo en órbita.
http://spacehack.org/project/tubesat-ps-kit
Viaje a Marte en el 2020
En el 2020 se lanzará un viaje tripulado por
humanos en el que permanecerán 3 años en el
espacio. Nunca se había estado más de de 12
meses fuera ya que los músculos se atrofian, la
intensa radiación provoca cáncer, los huesos
se desmenuzan. Pareciera que es mandarlos a
su muerte porque en las naves no hay espacio
para equipos médicos que los puedan salvar.
El requisito principal para la misión
El viaje está condicionado a que la ciencia
avance lo suficiente para garantizar que los
astronautas no van a una muerte inminente es
por ello que los avances en el entorno interno
(biológico) han evolucionado
sorprendentemente. Veamos los avances en el
siguiente entorno:
Entorno interno
Es aquí donde llega la computación biológica,
la cual se ha perfeccionado para trabajar en
seres vivos, a escalas nanométricas y a nivel
intracelular, podemos desde reparar células
dañadas hasta crear nuevos tipos de vida.
Reto Marte 2020
Para que los huesos de los astronautas no se
descalifiquen, sus músculos no se atrofien, las
células cancerígenas vuelvan a funcionar
normalmente, etc. La ciencia tiene como límite
el 2020 para crear máquinas que puedan
reconstruirnos por dentro o avances en la
biología que controlen el comportamiento de
las células. Veamos los grandes avances:
Nanorobots / nanobots
Tomando en cuenta el ADN tiene un grosor de
5 nanómetros, es necesario contar con equipos
lo suficientemente pequeños para poder
realizar cambios en las células, es por eso que
no pasamos por la mili o microrobotica en la
medicina.
Puntos cuánticos
Puntos cuánticos
Nanocristales semiconductores en el rango de
los 10 nm de tamaño, compuestos de unos
cuantos átomos.
Al ser iluminados, emiten luz en una longitud
de onda muy específica y que depende de su
tamaño.
Puntos cuánticos
Los puntos cuánticos localizan células
cancerígenas y se les pegan. Con una luz
especial emiten destellos luminosos.
Un punto cuántico es millones de veces más
pequeño que un glóbulo.
Son columnas de átomos con distancia de 5
nanómetros y son geométricas
Identificar células cancerosas
Hasta que se muestra un cambio muy grande
es cuando lo detectamos. Las defensas no lo
atacan porque nuestro cuerpo lo generó y no
son elementos “extraños”. Los puntos
cuánticos pueden detectan células con
cambios ya que su membrana es más
permeable y pueden penetrar en ellas.
Dendrímeros
Tienen la facultad de llevar un fármaco y
penetrar una célula y a la indicación de la señal
luminosa para liberarlos.
Dendrímeros
Los dendrímeros pueden ser usados como
agentes acarreadores / liberadores de
fármacos.
Microbívoro
Son dispositivos que tienen la misma función
que los glóbulos blancos, fagocitan virus y
bacterias.
Respirocitos
De una micra de diámetro, y realiza la misma
función que la hemoglobina, glóbulos rojos,
difiriendo a este respecto en que este
respirocito es capaz de liberar 236 veces más
oxígeno por unidad de volumen que un
eritrocito. Son parte de la nanotecnología
molecular.
Cámara píldora
Puede ser ingerida como cualquier píldora y
tarda 8 segundos en llegar al estómago, mide
30M de nanometros y ha ayudado a transmitir
el video de por donde pasa por medio de
sensores conectados al cuerpo.
Biocompatibilidad
Un nanobot biocompatible toma en cuenta
aspectos mecánicos, eléctricos y biológicos. En
la parte mecánica se analiza la estructura
básica, en la eléctrica aspectos de fabricación
y conexiones entre actuadores y circuitos; en la
parte biológica aspectos como ciclo de vida,
biocompatibilidad e interacción con el medio.
Micromáquinas
Ejemplos: Autos a nanoescala que funcionan
completamente, nano guitarra con cuerdas de
100 átomos, chips mil veces mas delgada que
un cabello, etc.
Ensamblaje
Los átomos se pueden manipular por la punta
de los microscopios y crear cadenas de
montaje hechas con átomos. Nano máquinas
compuestas con átomos.
Autorreplicación
El principio de autorreplicación ayuda a cada
vez crear estructuras más complejas por
ejemplo una semilla genera un árbol gracias a
este concepto.
Combustible
La naturaleza es la empresa líder en el campo
de la nanofabricación
ATP es nuestro combustible a diario
quemamos la mitad de nuestro peso en ATP.
ATP en máquinas
Máquinas que funcionan como un motor, como
ésta hélice 100,000 veces menor que un grano
de arena, 115 revoluciones por segundo, el
motor más eficiente que existe. Puede rotar
una barra de 1 km de longitud a 8 revoluciones
por segundo que es enorme para su tamaño
.Dispositivo que se alimenta con un polo
natural que lo alimenta nuestro cuerpo.
Pueden ser reparados por la naturaleza en el
caso de que falle.
Dispositivos autoalimentados
Primeros resultados
Órganos reparables, bajar de peso por
nanobots, evolución en la medicina preventiva
ya que estamos protegidos por nanoterapias
todo el tiempo.
Con un scanner que monitorea destellos en
nuestro cuerpo podemos monitorear su
funcionamiento.
Hacia dónde vamos
Fuente de la eterna juventud
Detenerse el proceso de envejecimiento.
La enfermedad del envejecimiento tendrá cura.
Materia programable
Mediante distintos tipos de estímulos podemos
cambiar la forma y características de la
materia, unos ejemplos son los Claytronics y
los metamateriales.
http://en.wikipedia.org/wiki/Programmable_matt
er
Biología programable
La biología ya no es sólo una ciencia que trata
de explicar procesos biológicos sino es una
tecnología que se puede programar, construir
fabricar y diseñar dispositivos biológicos.
Biología sintética
Ingeniería de sistemas biológicos es tener
visión de la biología como algo que se puede
fabricar, construir, programar y ve a la biología
como una tecnología.
Antes la biología sólo explicaba procesos,
ahora construye y modifica.
http://en.wikipedia.org/wiki/Synthetic_biology
Biología sintética
Existe maquinaria biológica natural, tanto
hardware como software.
El ADN es el software, le dice a una célula
como fabricar su hardware.
El hardware y el software están basado en
biomoléculas.
Biología sintética
Empezó en los 70 gracias a la tecnología que
permite cortar y pegar segmentos de ADN y
poderlo copiar. Podemos copiar, pegar, leer
ADN, se desarrolló gracias a la interacción
entre ingenieros y biólogos en los 90’s y surgió
el interés de usarla para fabricar dispositivos
nuevos.
Biología sintética
Leer y escribir ADN es barato actualmente.
Antes (hace 5 años) era muy caro.
Los algoritmos genéticos se escriben en ADN y
hoy en día crear un programa genético que
ejecute una bacteria es relativamente barato.
Leer y secuenciar ADN actualmente son
actividades básicas.
Biología sintética
Ya no solo son a nivel simulador podemos
manipular, ya se puede hacer en los
laboratorios.
Procesadores biológicos son bacterias.
Bacteria E. Coli crece muy rápido, cada media
hora se divide en media hora tenemos más
procesadores
Biología sintética
Cómputo paralelo por barato porque se replica
muy rápido y podemos tener
multiprocesadores.
Los primeros circuitos genéticos fueron
desarrollados en el MIT en el 2000 y fueron los
trabajos pioneros.
Biología sintética
Se empezó con circuitos muy sencillos de uno
o 2 genes como por ejemplo un switch, un
oscilador, un gen que se reprime o se activa.
Fue comenzada por biofísicos. Actualmente
existen más ingenieros que biólogos en el
área.
Biología sintética
2000 primer Autómata biomolecular utilizado
para diagnóstico genético.
John Craig Venter diseñó el primer sistema
operativo para bacterias, su desarrollo no fue
de biología open source es por eso no ha
logrado mejorarse. No lo ha podido patentar
Genoma humano descifrado
Además John Craig Venter logró descifrar todo
el genoma humano en 3 años con su equipo y
una técnica inventada por ellos. El gobierno de
Estados Unidos tenía contemplado 15 años
para ese mismo estudio.
Vida artificial
Cabe señalar que John Craig Venter en el
2010 también fue el primero en crear vida
artificial por completo, logrando crear una
cadena completa de ADN, inyectandola a una
celular que al reproducirse genero hijos con el
ADN programado.
Biología de sistemas
Análisis de los circuitos genéticos, análisis
cuantitativo de los sistemas biológicos. Aquí
también aplican la teoría de control, teoría de
sistemas, modelado basados en agentes
aplicados a la biología.
Gen
Secuencia de ADN, secuencia de nucleótidos,
formato de 4 símbolos, están las instrucciones
para construir el hardware para vivir y
reproducirse, para fabricar sus proteínas.
Un gen es un programa informático que
construye un hardware biológico que a su vez
son proteinas.
Gen
Expresión genética, es cuando el ADN se
transforma en ARN y de ahí se generan los
aminoácidos que forman la proteína.
Están desactivados o activados, unos y ceros.
El diseño de circuitos digitales y álgebra
booleana se puede usar ya que los genes
tienen comportamiento binario.
Gen
Da lugar o una proteína o no. Hay una
secuencia inicial o promotora que puede
combinar genes con promotores, controlar el
gen en respuesta de otra señales. Se activan
con proteínas y dan como respuesta otras
proteínas. Las proteínas regulan a las
proteínas de entrada y de salida.
Gen
¿Qué es un 0 y un 1 en biología sintética?,
baja concentración de una biomolécula o alta
concentración de moléculas es un 1.¿Cómo se
visualiza su estado? Con proteínas
fluorescentes y por su luminiscencia se sabe si
hay 0’s o 1’s, genes de reporte
Circuito genético
Formado por genes se ejecuta dentro de las
células.
Entrada: proteínas
Circuito: uno o más genes
Salida una proteína, de la salida vemos la
concentración de esa proteína
Puertas lógicas son usadas como en la
computación tradicional.
¿Como se escribe un programa genético?
Fibras de ADN circulares son modificadas.
¿Hardware biológico más común? Se ejecuta
en E-Coli
Circuito genético sencillos
Circuito genético sencillos
Compuerta switch:
2 genes, promotor, inhibidor, que intentan
inhibirse mutuamente, eso es similar a una
compuerta tipo switch, si entra 1 sale 0, si entra
0 sale 1.
hace la función de una memoria.
Circuito genético sencillos
Puertas AND si el activador y el inductor esta
presente entonces solo así se expresa.
Activador Inhibidor Salida
1 1 1
1 0 0
0 1 0
0 0 0
Compuertas lógicas
Cualquiera de las
compuertas usadas en el
cómputo tradicional
pueden ser usadas en
computadoras biológicas.
Aplicaciones
Vacuna para la malaria por artemisia (difícil de
reproducir en ambientes naturales).
Microbios que producen metanol o biodiesel.
Bacterias modificadas que toman como
entrada los contaminantes de los océanos.
Todo lo que se puede producir por una planta
se puede producir con una bacteria.
Consideraciones
Son dispositivos que evolucionan.
Y se reproducen.
La programación debe estar contemplada a
que va a ejecutarse en ordenadores que
expanden su poder de replicación todo el
tiempo.
Dificultades
Se reproduce y a veces falla porque hay
mutaciones.
A veces una proteína parecida puede activar el
sistema, en esa se corre un sistema endógeno
y a veces las señales indógenas de la misma
bacteria puede ocasionar ruido.
Energía
La energía que invierte en ejecutar nuestro
programa no dedican su energía en crecer y
reproducirse.
Bacterias que ejecutan programas genéticos
crecen más lento
Distribuir el circuito genético
En vez de implementar un algoritmo grande
puede distribuirse partes del algoritmo genético
en varias bacterias y ellas se comuniquen los
resultados con un lenguaje natural de
comunicación de las bacterias llamado
“Quorum sensing”.
Intercambiar programas
Se puede intercambiar software
intercambiando plásmidos, tienen un
mecanismo natural llamado conjugación. Las
hebras de ADN pasan de un donante a una
receptora con la conjugación.
Computación distribuida
Plaswires programa una computadora
distribuida por medio de plásmidos
conjugativos que son como cables que
comunican los procesadores celulares.
Programación evolutiva
Se pueden programar bacterias que de forma
autónoma seleccionen los mejores circuitos de
entre todos los de una librería brindada.
Máquina evolutiva programable
Evoprog es una máquina evolutiva
programable capaz de desarrollar nuevas
moléculas y nuevos circuitos genéticos usando
bacterias como soporte.
Estándares Open Source
BioBricks contiene un repositorio de partes
estandarizadas y ensamblar tus circuitos en
base a ellas.
http://biobricks.org
Wetware
Existe una comunidad abierta para
desarrolladores de circuitos genéticos y
bloques.
http://openwetware.org
Librería de bloques
Catálogo completo de módulos reutilizables
http://parts.igem.org
Lenguaje de programación
GRO es un “Cell programming language”
Ya incluye mecanismos de comunicación
celulares implementados y simuladores de
colonias de celulas.
http://depts.washington.edu/soslab/gro/
Software
En esta lista se muestran muchas herramientas
de diseño de circuitos genéticos, simuladores y
prueba de bloques.
http://openwetware.org/wiki/Computational_Too
ls
Libros para principiantes
Biopunk: DIY Scientists Hack the Software of
Life
http://www.amazon.com/Biopunk-Scientists-
Hack-Software-Life/dp/1617230022
Video
Explicación detallada
https://www.youtube.com/watch?v=rD5uNAMb
DaQ
Tu primer “Hello World”
https://www.youtube.com/watch?v=ndThuqVu
mAk
Prueba tu código en laboratorios
Existen múltiples laboratorios en cada país
donde poder llevar tus simulaciones y
reproducirlas, aquí hay una lista de los
existentes en México. En general hay
bastantes en latinoamérica.
http://synbiomx.org/directorio-de-laboratorios-
de-biologia-sintetica
Atrevete a concursar
Existen ya tantas personas interesadas en
biología sintética que ahora los concursos los
hacen a nivel local en cada país suceden
varios al año, informate en:
http://igem.org
Los invito a conocer más
Crear aplicaciones web, móviles y de escritorio
es algo que nos da para vivir, pero no es el
único propósito de nuestra existencia como
profesionistas, los invito a desarrollar
cualquiera de estas ramas y dejar un legado.
No solo hay que ser espectadores de los
grandes avances, seamos parte de ellos.
Gracias
La presentación la subiré a mis redes sociales,
cualquier duda estoy a sus órdenes en las
mismas:
http://google.com/+CarlosToxtli
http://facebook.com/carlos.toxtli
