Osaka, Japón: muchos sistemas del mundo real, desde los sistemas climáticos hasta los mecanismos físicos de los robots, se rigen por cantidades fijas que surgen de estructuras de ingeniería básicas. Modelar estos sistemas mediante simulaciones por ordenador es una herramienta clave para comprenderlos (para pronosticar el clima, por ejemplo, o desarrollar la locomoción de los robots). A menudo es posible recopilar datos para estos sistemas, pero comprender estos datos para construir un modelo es una tarea mucho más difícil.
La inteligencia artificial se ha utilizado durante mucho tiempo para analizar datos en sistemas con leyes de conservación bien conocidas. Sin embargo, en el mundo real, estas leyes a menudo se desconocen. Para abordar este problema, investigadores de la Universidad de Osaka han desarrollado un algoritmo llamado FINDE, que no solo encuentra cantidades de leyes conocidas, sino también aquellas que son desconocidas, lo que puede conducir a descubrimientos científicos.
FINDE asume cantidades invariables y muestra la dinámica en el espacio tangente a una variedad definida por las cantidades. Esto le permite a FINDE aprender en conjunto estas dinámicas y cantidades constantes, manteniendo las leyes de conservación. Los sistemas del mundo real son sistemas continuos, pero los algoritmos informáticos digitales solo pueden modelar sistemas discretos, lo que puede generar errores y, en última instancia, reducir la precisión de las simulaciones. Por lo tanto, FINDE también usa gradientes discretos, que se determinan en un tiempo discreto, para determinar la contraparte discreta del espacio de sombra, y luego se pueden usar sin acumular errores.
El profesor Takashi Matsubara, primer autor del estudio, dice: «Debido a que FINDE aprende y mantiene las leyes de conservación de un sistema, nuestras simulaciones por computadora serán más precisas a largo plazo».
Sin embargo, FINDE es más que minimizar los errores de modelado. Si se desconocen las leyes que rigen el sistema, es posible que también se desconozca el número de leyes. FINDE se puede utilizar para determinar este número probando la precisión de los modelos con diferentes números de leyes. «Esto revela información adicional sobre la estructura subyacente del sistema», dice el profesor Matsubara, «y esto puede conducir a descubrimientos científicos sobre los sistemas en estudio».
Los investigadores probaron la capacidad de FINDE para detectar y modelar sistemas en una variedad de conjuntos de datos. Se consideró un sistema de gravedad de dos cuerpos, ondas de aguas poco profundas, doble péndulo y un modelo de circuito eléctrico de neuronas biológicas. FINDE ha podido encontrar y salvar las primeras integrales que surgen de las leyes de conservación que rigen estos sistemas en todos los casos. Como resultado, se espera que FINDE contribuya a la aceleración y el desarrollo de la física y las simulaciones físicas asistidas por computadora en el futuro.
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