Es una naturaleza humana tratar de gastar la menor cantidad de energía, tiempo y costo en cualquier tarea para lograr un resultado deseable, ya sea hacer ejercicio en el gimnasio, encontrar el mejor camino para viajar al trabajo o comprar cereal enla tienda de comestibles.
Ahora los investigadores de la Universidad de Nuevo México han descubierto a través de modelos numéricos complejos un método que podría conducir a formas de realizar de manera más eficiente una variedad de tareas y procesos, desde la entrega de medicamentos hasta la publicidad.
Francesco Sorrentino, profesor asistente de ingeniería mecánica de la UNM, es autor de un artículo publicado recientemente en Comunicaciones de la naturaleza llamado "Escalado de energía del control óptimo dirigido de redes complejas". Los coautores del artículo son Isaac S. Klickstein y Afroza Shirin, ambos estudiantes graduados en el Departamento de Ingeniería Mecánica.
El grupo de investigación examinó el problema de reducir el consumo de energía al tratar de controlar un sistema distribuido grande, como la red eléctrica, la red alimentaria o Internet.
"Es un tipo de problema muy general", dijo Klickstein. "Estamos analizando cómo reducir la energía o el esfuerzo necesarios para alcanzar un objetivo determinado. Por ejemplo, cuánto dinero necesita poner en una determinada publicidado si eres un ambientalista, ¿cuánta regulación gubernamental necesitas implementar para aumentar las poblaciones de animales? Nuestro objetivo es reducir la cantidad de esfuerzo o energía requerida ".
Klickstein dijo que uno de los hallazgos más útiles de la investigación, que abarcó aproximadamente dos años, fue que el esfuerzo se puede reducir drásticamente simplemente enfocando el objetivo de la acción de control solo en los elementos que más le interesan en lugar de los másperspectiva tradicional de monitoreo de todos los elementos.
"Al realizar un seguimiento de todo, la energía que debe gastar aumenta exponencialmente", dijo. "En cambio, decimos centrar su acción en solo unas pocas partes, digamos la población de una especie animal o la generación de energía para un vecindario.Y lo que hemos encontrado con nuestra investigación es que lo que haga por esa pequeña parte afectará a todos los demás sin tener que enfocarse en toda la población, por lo que se puede determinar el nivel de impacto y luego usarlo para tomar la decisión de si eso es uncambio aceptable "
El concepto es similar al uso de un tamaño de muestra en una encuesta: si el objetivo es encuestar a quienes ganan $ 50,000 al año, la forma más eficiente es no encuestar a todos, luego revisar todos los datos y simplemente recoger el subconjuntoTe interesa, pero enfocar tus esfuerzos inicialmente en el grupo que te interesa, dijo Klickstein.
Dijo que el tema de aplicar una acción de control para influir en un sistema ha sido un tema de investigación popular, con la mayor parte del esfuerzo puesto en difundir una acción de control en más de la red como cada casa que alimenta a un podercuadrícula, pero los costos pueden ser prohibitivos con ese tipo de enfoque.
"Elegimos mantener pequeña la cantidad de ubicaciones de nuestras acciones de control y, en su lugar, reducir la cantidad de elementos en la red que nos interesa", dijo Klickstein. "Y he aquí, terminamos viendo que obtenemos esencialmente lo mismotipo de comportamiento al eliminar los objetivos de la acción de control como los documentos anteriores obtuvieron al aumentar el número de ubicaciones de acciones de control
Esto es significativo porque demuestra que puede abordar un problema de dos maneras diferentes y obtener resultados similares, pero la nuestra es una solución más barata ", dijo Klickstein." Usted obtiene todos los beneficios de tener algunas ubicaciones de control como reducircosto y esfuerzo, pero obtiene el beneficio de realizar cualquier tarea que desee "
Sorrentino dijo que otro hallazgo significativo de la investigación es que ahora es posible controlar sistemas que podrían no haber sido posibles con métodos anteriores.
"Si solicita una acción que es demasiado grande, es posible que no pueda hacerlo, como inyectar demasiada energía en la red eléctrica. Además, a menudo es prohibitivo", dijo. "Al restringirel número de elementos que nos interesan y el hecho de descubrir que la energía se reduce exponencialmente, podemos hacer que el control de este sistema sea visible mientras que de lo contrario sería invisible "
Shirin dijo que el siguiente paso en la investigación es aplicar las teorías a los sistemas del mundo real, como observar los sistemas biológicos que se aplican a la red alimentaria.
"Hay muchas especies de algunos animales, pero algunas de estas especies se desperdiciarán mientras que otras se extinguirán, por lo que nuestro objetivo podría ser salvar una especie en particular", dijo. "Esta investigación nos permitirácontrolar solo la parte que queremos estudiar, no toda la población "
Klickstein dijo que con los continuos avances en tecnología, haciendo que los sistemas estén cada vez más interconectados, sus hallazgos de investigación serán más relevantes.
"El trabajo que hemos realizado es muy teórico, pero veo que puede haber aplicaciones", dijo. "Desde los autos sin conductor hasta el almacenamiento en la nube y la red inteligente, todo se está distribuyendo más. Estos son sistemas quenecesita realizar operaciones complejas, y no puede llevar mucho tiempo. No puede requerir mucho esfuerzo. Este tipo de acción de control dirigida creo que ayudará a impulsar algoritmos más eficientes en el futuro ".
El grupo recientemente comenzó a trabajar con un grupo en biología que está trabajando en el desarrollo de medicamentos. Klickstein dijo que la esperanza es que sus hallazgos puedan dar a quienes desarrollan medicamentos información sobre lo que se necesita para medicamentos que pueden ser más eficientes y específicos.
"Esperamos poder decir: 'Aquí hay algunos medicamentos teóricos. Si puede desarrollarlos, podemos prometerle que son los mejores medicamentos'", dijo.
Aunque esta investigación está en el ámbito de la programación, otro grupo de investigación en la UNM construirá una pequeña red de juegos usando microcontroladores Arduino que podrán probar algo de la teoría.
"Esto nos permitirá estudiar problemas que no podríamos estudiar en la vida real, como la red eléctrica o los alimentos necesarios para que una especie sobreviva", dijo.
También esperan conectarse con otros grupos de investigación en otras universidades para que su trabajo pueda aplicarse a una variedad de sistemas.
"Se necesitará mucho ajuste de nuestro trabajo para aplicarlo a cualquier sistema específico, pero las posibilidades están definitivamente disponibles", dijo Klickstein.
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Materiales proporcionado por Universidad de Nuevo México . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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