Columna de Astronomía | El gran salto que dará la astronomía gracias a la Inteligencia Artificial
Siempre el estudio del universo ha implicado una gran cantidad de datos, pero ahora con las redes neuronales digitales la capacidad de análisis entra en una nueva era.
28 de Junio de 2017 | 10:15 | Por Ezequiel Treister
Por Ezequiel TreisterAcadémico del Instituto de Astrofísica de la U. Católica de Chile
Doctor en Ciencias del programa conjunto de la Universidad de Chile y Yale University. Fue investigadorpostdoctoral en el European Southern Observatory y la Universidad de Hawaii en Estados Unidos. Fue profesor de la Universidad de Concepción y es actualmente profesor asociado en el Instituto de Astrofísica de la Pontificia Universidad Católica de Chile e investigador del Centro de Astrofísica y Tecnologías Afines (CATA). Es presidente de la Sociedad Chilena de Astronomía (SOCHIAS).
Si hablamos de inteligencia artificial quizás lo primero que se nos viene a la cabeza es un mundo futuro dominado por robots que parece sacado de Hollywood. Sin embargo, estas revolucionarias técnicas ya se están usando hoy y tienen múltiples aplicaciones, incluyendo la investigación astronómica.
A principios de este año, investigadores del ETH de Suiza publicaron un trabajo muy interesante. Utilizando una técnica de inteligencia artificial conocida como redes generativas adversarias (o GAN por sus siglas en inglés), este grupo realizó algo que parecía imposible: demostró que se pueden corregir las imágenes tomadas con telescopios desde la Tierra –distorsionadas por la atmósfera– hasta alcanzar niveles de nitidez comparables a las capturadas desde el espacio. El proceso para hacer esto es muy ingenioso. Se utilizan dos redes neuronales que compiten entre sí (de ahí su nombre). La primera (o generativa) crea imágenes nuevas a partir de datos conocidos, mientras que la segunda (llamada discriminativa) estima la probabilidad de que una imagen dada provenga de los datos reales usados como entrenamiento y no desde la red generativa. El sistema entonces busca que la primera trate de que la segunda se equivoque lo más posible, mientras que obviamente la segunda trabaja en ir mejorando. En este "juego" ambas redes van aprendiendo, en este caso específico a generar imágenes de objetos astronómicos mejoradas artificialmente (principalmente galaxias), pero lo más parecidas posible a las reales y en alta resolución. Los resultados son simplemente impresionantes, tal como se puede ver acá.
El computador podrá ahora no solo almacenar y permitirnos acceder a grandes cantidades de datos en poco tiempo, sino que además realizará análisis profundos para descubrir patrones que no somos capaces de reconocer
Ezequiel Treister
Quizás más impactante aún es que ningún cerebro humano sabe realmente como funciona este sistema. Es claro que las redes neuronales eligen algunas características fundamentales de las galaxias de la muestra de entrenamiento, las que luego identifican en las nuevas galaxias para mejorar sus imágenes. Sin embargo, no sabemos cómo el algoritmo elige en qué características fijarse, las que además no se parecen en nada a las que nuestro cerebro escogería.
El impacto práctico de esta técnica es gigantesco. Hemos invertido miles de millones de dólares, ya sea desarrollando técnicas para contrarrestar los efectos de la atmósfera desde la Tierra o lanzando observatorios al espacio de manera de obtener imágenes astronómicas de la mayor nitidez posible. Sin embargo, ahora podemos obtener resultados similares simplemente procesando nuestros datos de mejor manera con la ayuda de un supercomputador de cientos de miles de dólares.
Pero estos resultados van más allá aún de ahorrarnos plata. Esta es sólo una primera aproximación al uso de la inteligencia artificial en la astronomía. Y con la llegada de nuevos observatorios como LSST, que generarán bases de datos de billones de objetos astronómicos, las posibilidades son ilimitadas. Combinados con el big data, el computador podrá ahora no solo almacenar y permitirnos acceder a grandes cantidades de datos en poco tiempo, sino que además realizará análisis profundos para descubrir patrones que no somos capaces de reconocer. Sin duda, estamos en presencia de una nueva era para la investigación científica. Una en la que el computador dejará de ser una herramienta más y pasará a ser un elemento fundamental en la investigación científica, un complemento indispensable a nuestro cerebro que nos permitirá expandir aún más nuestro conocimiento del universo.