Tématica
Inteligencia Artificial
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Estamos ya en el año 2023, y como podemos constatar en cualquier medio de comunicación, la inteligencia artificial vuelve a estar de moda. ¿Vuelve? Sí, porque en realidad este término se acuñó en el año 1956, y en los casi 70 años de historia que tiene ya esta rama de la tecnología, la misma ha evolucionado a una escala que difícilmente podría haberse pronosticado.
Desde sus inicios, la inteligencia artificial ha perseguido el objetivo de crear máquinas con una inteligencia similar o superior a la nuestra, con el fin de poder delegar trabajo cognitivo en ellas, o como apoyo para poder aumentar nuestra propia capacidad de pensamiento. Pero este objetivo es más un sueño que una meta bien definida porque, ¿qué es en realidad la inteligencia? ¿Cómo la definimos? Y, sobre todo, ¿cómo funcionan nuestros propios cerebros, esos que queremos imitar mediante tecnología? No lo sabemos con precisión.
Álvaro Barbero Jiménez
Chief Data Scientist del Instituto de Ingeniería del Conocimiento (IIC)
Autor del artículo
Es por esta indefinición que el foco de la IA y los métodos para abordarla han ido cambiando a lo largo de estas 7 décadas. En sus inicios, muchos investigadores en IA centraban sus esfuerzos en crear sistemas que pudieran replicar la capacidad de los humanos en tareas intelectualmente complejas: jugar al ajedrez, demostrar teoremas, realizar un diagnóstico médico en base las evidencias… se trataba de una forma concreta de implementar la IA, que hoy conocemos como sistemas expertos, y que tratan de realizar razonamientos empleando una base de datos de conocimientos y reglas, así como un sistema de inferencia basado en la lógica formal. Un ejemplo habitual de este tipo de sistemas sería el que dispone de la siguiente información:
hombre(x) ->mortal(x) (si es un hombre, entonces también es mortal)
hombre(Sócrates)= True (Sócrates es un hombre)
De lo que el sistema puede deducir mediante implicación lógica que mortal(Sócrates)=True (Sócrates es mortal). Esta clase de sistemas llegaron a utilizarse con éxito en campos como el diagnóstico de enfermedades infecciosas en la sangre. No obstante, en general este tipo de sistemas de IA resultaban ser difíciles de construir, dado que es necesario contar con expertos en la materia con los que colaborar para formalizar su conocimiento y métodos de trabajo en reglas formales. Así mismo, su mantenimiento y actualización a nuevas situaciones implicaba revisar su juego de reglas, una tarea que podía llegar a ser muy costosa en sistemas de gran tamaño.
Por otra parte, en torno a la misma época en la que se descubrían las limitaciones de los sistemas expertos, se llegó a una conclusión inesperada en cuanto al funcionamiento de la inteligencia: que las tareas que a los humanos nos resultan cognitivamente complejas, como los razonamientos matemáticos o la lógica formal, ¡son en realidad muy sencillas de implementar en un computador! Especialmente cuando se comparan contra el desafío de desarrollar una máquina con las capacidades sensoriales y motoras que puede tener cualquier niño con un desarrollo normal. Este hecho se recoge en la famosa paradoja de Moravec, y ha demostrado ser uno de los mayores obstáculos en del desarrollo de la IA: que las habilidades que a nosotros nos resultan intuitivas y naturales son las más difíciles de replicar de manera artificial.
Machine Learning
Una alternativa a los sistemas expertos de mayor aplicabilidad práctica y que se ha desarrollado con mucha solidez desde la década de los 80 es el aprendizaje automático o machine learning. En este tipo de IAs la clave radica en recopilar el conocimiento del experto no como una serie de reglas formales, sino como ejemplos que demuestren su forma de actuar. De este modo, podemos compilar una base de datos formada por casos médicos, en la que para cada caso recogemos la información utilizada el experto médico para su examen (constantes, analíticas, etc…), así como su diagnóstico, y el sistema de IA podrá aprender a imitar su forma de proceder. Dentro de este tipo de IA caben toda una variedad de algoritmos que afrontan este problema de aprendizaje empleando diferentes aproximaciones estadísticas: vecinos próximos, árboles de decisión, métodos de ensemble, máquinas de vectores de soporte, y muchos otros más.
Deep Learning
Uno de los métodos que ha destacado especialmente durante la última década han sido los basados en redes neuronales artificiales, hoy día también conocidos como Deep Learning. Aunque en realidad este tipo de IAs llevan en desarrollo desde incluso antes de que se acuñara el término “inteligencia artificial”, no fue hasta 2010 y años posteriores cuando se descubrieron las estrategias clave para poder construir sistemas de esta clase a gran escala: de ahí el calificativo “Deep”.
En esencia, las redes neuronales son un subtipo del aprendizaje automático, en el que una serie de neuronas artificiales imitan superficialmente el comportamiento de una neurona real, y se encargan de realizar la tarea del aprendizaje en base a los datos. Su principal ventaja frente a otros modelos de aprendizaje automático es su flexibilidad, ya que pueden construirse redes desde unas decenas de neuronas hasta miles de millones, escalando así su capacidad para aprender de bases de datos de tamaño masivo.
Además, esta flexibilidad del Deep Learning ha permitido a los investigadores en IA desarrollar “neuronas” especializadas en el tratamiento de datos no estructurados: imágenes, vídeos, textos, audio, etc… si bien esta clase de redes neuronales artificiales cada vez están más alejadas de la biología real, han demostrado ser tremendamente prácticas para abordar problemas muy complejos como son la detección de objetos de interés en imágenes (ej: personas, coches, …), la traducción automática entre idiomas, o la síntesis de voz. Con este hito se ha logrado abordar de manera muy efectiva la clase de desafíos sobre los que la paradoja de Moravec nos alertaba: aquellos que nos resultan intuitivos a nosotros, pero de difícil implementación en una máquina.
Foundation Models
¿Y qué podemos decir de estos últimos años? Sin duda, el avance más significativo en IA ha venido de la mano de los modelos base o foundation models. Se trata de un paso más en las redes neuronales artificiales, en el que redes de inmenso tamaño aprenden a modelar la dinámica de un proceso complejo mediante el análisis de bases de datos masivas.
Por ejemplo, un modelo base del lenguaje español es aquel que aprende cómo se estructura el idioma español y cómo suele usarse, mediante el procesado de gigabytes de textos escritos en este idioma. Este modelo no persigue un objetivo concreto, más allá de asimilar la estructura del lenguaje. Pero precisamente por eso puede alimentarse de cualquier texto escrito en el idioma, sin necesidad de que este haya sido preparado y validado por un experto, abriendo así la puerta a que la red neuronal pueda aprender de… básicamente todo el material que podamos suministrarle de Internet.
La pregunta que surge entonces es, ¿y para qué sirve un modelo así, si no tiene un objetivo práctico concreto? Pues porque como indica su nombre, sirven como base para crear modelos que apliquen a tareas concretas.
Por ejemplo, un modelo base del lenguaje español puede reajustarse a la tarea de analizar las emociones expresadas en un tweet, usando un conjunto de datos de tamaño medio con ejemplos de cómo hacer esta tarea. La ventaja de esta aproximación respecto de crear una red neuronal nueva que aprenda directamente de los datos es que el modelo base adaptado tendrá una efectividad mucho mayor, y requerirá de un juego de datos más pequeño para aprender a realizar su tarea. El motivo es que el modelo base ya conoce cómo se estructura el lenguaje español, y ahora solo le queda aprender cómo extraer la emoción de un texto en español.
Puede que los modelos base nos suenen a algo extraño, pero lo cierto es que están detrás de las IAs más famosas en la actualidad: GPT-3, ChatGPT, GPT-4, DALL-E 2, Stable Diffusion, … todas ellas utilizan de alguna manera u otra este concepto, y nos demuestran cómo aprender de fuentes de datos a tamaño Internet nos lleva a un tipo de Inteligencia Artificial muy superior a los vistos hasta ahora.
Deep Reinforcement Learning
Con todas estas IAs a la carrera, demostrando resultados cada vez más impresionantes, la pregunta que cabe hacerse es: ¿qué podemos esperar a partir de ahora? Internet es una fuente masiva de información, pero al mismo tiempo es limitada cuando se compara con la percepción que los humanos tenemos del mundo. Los estudios sobre modelos base han demostrado que a mayor número de datos podemos observar, mayor es la capacidad del sistema de IA resultante. Por tanto, el siguiente paso natural sería permitir que estos sistemas puedan aprender también de observaciones que hagan del mundo real, y más aún, que consigan a través de su propia experiencia. Este es el objetivo del aprendizaje por refuerzo profundo o deep reinforcement learning, el cual persigue que una red neuronal artificial pueda experimentar con su entorno y mejorar en una tarea a base de observar los resultados de sus experimentos.
Un ejemplo de este tipo de Inteligencia Artificial es AlphaZero, la cual consiguió alcanzar un rendimiento sobrehumano en el juego de tablero Go en tan solo 24 horas de aprendizaje, u OpenAI Five, que logró derrotar al equipo campeón del mundo en el e-sport DOTA2. Y fuera del mundo de los juegos, se han aplicado incluso para mejorar el control de un reactor experimental de fusión nuclear. ¿Será este el siguiente paso en la evolución de la IA? Aunque hoy día son sistemas muy costosos y complejos de aplicar en proyectos prácticos, alguna de las ideas que subyacen a su funcionamiento ya han sido incorporadas en ChatGPT y GPT-4, por lo que la tendencia parece clara.
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