El futuro del vuelo: Sobre aviación e inteligencia artificial.

Sobre aviación e Inteligencia artificial.

Por: José Antonio Tena Sendra.

Hasta el momento, el accidente aéreo que ha marcado el año 2015 y sacudido a la comunidad europea es el vuelo 9525 de Germanwings; la evidencia inicial apunta a que el primer oficial deliberadamente derribó el vuelo sobre los Alpes franceses. Esto ha comenzado un debate sobre la estabilidad mental de los tripulantes de cabina y el impacto que esto tiene en la seguridad aérea. Recordemos que a final de cuentas la causa número uno en accidentes aéreos es error del piloto. Es entonces cuando surge la siguiente pregunta, ¿cuántos pilotos se necesitan en una misma cabina para que realmente la aviación sea segura? ¿dos? ¿uno? o mejor aún ¿ninguno?

Una reciente encuesta realizada por el New York Times, reportó que los pilotos únicamente tienen al avión en vuelo “manual” por aproximadamente siete minutos en un vuelo promedio. La misma encuesta realizada a pilotos que vuelan aviones Airbus, mostró que pasan volando el avión apenas la mitad de tiempo.

Avances en tecnología aeronáutica, computación e inteligencia artificial, están haciendo que el piloto humano sea menos necesario que nunca en la cabina. Actualmente, agencias gubernamentales están explorando el remplazar al piloto en aviones de carga. Los drones generaron controversia a principios del siglo XXI, títulos de revistas y artículos leían frases similares a “El último piloto ya ha nacido”.

Los drones se han convertido en el estándar en patrullas fronterizas y actividades de espionaje para muchos gobiernos; actividades encubiertas como la captura de Osama Bin Laden no hubieran sido posibles sin estos equipos piloteados de manera remota, sin embargo, aún requieren de un operador que vuele la aeronave.

Los drones han tenido un importante rol en los combates militares en la última década, aunque estos no son automatizados.

Los drones han tenido un importante rol en los combates militares en la última década, aunque estos no son automatizados.

El miedo a la inteligencia artificial no es cosa nueva. Basta con ver cualquiera de los artículos que existen sobre el tema, no importa si es The Guardian, El Washington Post o Re/Code; en las tres fuentes los artículos tienen de portada una imagen de la película de Arnold Schwarzenegger: Terminator.

Jeff Hawkins, pionero de Inteligencia Artificial, escribió una pieza titulada “El Terminator no está en camino”. Su título anuncia que el futuro nos lo agradecerá. Coincidentemente, mientras aparecía el artículo en las redes sociales, el vuelo de Germanwings se estrellaba con los Alpes franceses.Parece que los seres humanos estamos preocupados por darle demasiada importancia a las máquinas, cuando se nos pasa de largo que lo que más amenaza nuestra seguridad son los humanos mismos.

Portada de "The Guardian" mostrando un terminator, cuando el artículo habla de inteligencia artificial.

Portada de “The Guardian” mostrando un terminator, cuando el artículo habla de inteligencia artificial.

Siete minutos en proporción a un vuelo de 12 horas, parece muy poco tiempo; sin embargo, de acuerdo con New York Times, este es el promedio que vuela un piloto de manera manual su aeronave. El resto del vuelo es operado mediante el piloto automático (que no es más que una serie de controles que permiten que el avión permanezca durante un expendio periodo de tiempo siguiendo una ruta, altura y velocidad determinada). Esto hace parecer en primera instancia que el rol del piloto no es tan relevante.

El Capitán Miguel Angel Valero, presidente del Colegio de Pilotos Aviadores de México, nos explica el cambio que ha tenido el rol del piloto aviador durante los años.

 “La tecnología es muy, muy amplia. De hecho, repito en esta entrevista lo que he dicho muchas veces, que los pilotos realmente ya somos administradores de los sistemas (de la aeronave). Pero todos estos sistemas no tienen una fiabilidad 100% absoluta, para eso nos necesitan allá arriba”.

Ningún software en la aviación está exento de errores; la fiabilidad podría ser 99.999 pero ese .001 es el rol tan importante en la seguridad que tiene el piloto. Y, de acuerdo al presidente del Colegio de Pilotos, estos sistemas operativos se tienen que programar por medio del hombre.




Los sistemas que se utilizan hoy en día en aviones modernos como el Boeing 777, son programados de manera manual por los pilotos. Aproximadamente una hora antes del vuelo, la tripulación de cabina se reúne en el aeropuerto para discutir sobre el vuelo que van a tomar; el capitán y el primer oficial (popularmente conocido como co-piloto), organizan la ruta de vuelo de acuerdo con las condiciones meteorológicas y el control de tráfico aéreo. A pesar de que éstos son asistidos por software para calcular la mejor ruta de acuerdo con los factores externos, la decisión y la introducción de estos valores a la aeronave depende totalmente del factor humano.

De acuerdo a un estudio del New York Times, los pilotos del Boeing 777 no vuelan más que 7 minutos en promedio por vuelo.

De acuerdo a un estudio del New York Times, los pilotos del Boeing 777 no vuelan más que 7 minutos en promedio por vuelo.

El argumento de la mayoría de los pilotos es que hasta los aviones más modernos siguen siendo totalmente dependientes en la decisión humana. El capitán Valero nos reafirma que el Boeing 777 es un avión con más de 20 años de edad, pero que aviones más nuevos han entrado al mercado desde entonces. El nuevo Boeing 787 Dreamliner es el ejemplo perfecto de ello. Esta aeronave es la que cambió las reglas en muchos sentidos; entre ellos, que su consumo es hasta 20% menor que cualquier otro avión de tamaños similares; y a diferencia de sus predecesores metálicos, éste se encuentra construido con aleaciones compuestas similares al plástico (haciéndolo casi 15 toneladas más ligero que sus competidores).

Pero hay un detalle que se ignora cuando se habla de un avión “nuevo” que recién se está entregando a las aerolíneas: estos toman tiempo, y mucho, en construirse, por lo que la tecnología que está en el Boeing 787 no es de hace un par de meses cuando fue entregado, sino de hace más de una década, cuando éste se empezó a  diseñar.

los pilotos introducen al FMC vectores y puntos, con los que el piloto automático vuela el avión más del 95% del vuelo.

los pilotos introducen al FMC vectores y puntos, con los que el piloto automático vuela el avión más del 95% del vuelo.

La historia del Boeing 787 Dreamliner, conocido como  “el avión más moderno del mundo” no comienza hace poco; de hecho lo hace décadas atrás, a finales de los años 90´s cuando el fabricante estadounidense Boeing buscaba un remplazo para el venerable jumbo 747 y el 767. Así comenzó el proyecto “Yellowstone”, que eventualmente se convertiría en el 787, pero este fue un proyecto complicado y tuvo muchas variantes.

Originalmente Boeing tenía la intención de construir un avión supersónico (similar al concorde) pero con costos de operación similares a los de los equipos actuales. Esto llevó al fabricante estadounidense a experimentar con nuevos métodos de ahorro de combustible; el resultado fue espectacular, pero la tragedia del 11 de septiembre llevó a la aviación a una crisis mundial y llevó a Boeing a cancelar su proyecto supersónico, el Sonic Cruiser.

El Sonic Cruiser de Boeing era a principios de los dos miles, el avion del futuro. El proyecto terminó convirtiéndose en el 787.

El Sonic Cruiser de Boeing era a principios de los dos miles, el avion del futuro. El proyecto terminó convirtiéndose en el 787.

Afortunadamente, toda la investigación realizada por Boeing no fue perdida, pues la cancelación del Sonic Cruiser, tuvo un propósito. Las aerolíneas se encontraban muy interesadas en la tecnología que haría más eficiente al Sonic Cruiser, pero la querían ver aplicada en un avión con velocidades tradicionales. El alto precio del petróleo, de los principios de los dos miles, llevó a muchas líneas aéreas a la quiebra, por lo que las que permanecían necesitaban un avión económico de operar. El gasto de combustible debería de ser menor y con un 20% de mejora, el nuevo avión de Boeing lo ofrecía.

El resultado de este desarrollo dio frutos en 2004, cuando el Boeing 787 que hoy conocemos, recibió su nombre y también su primer pedido. El nuevo avión sería el más eficiente y ecológicamente amigable del mundo. Uno que trae mejoras en prácticamente cualquier aspecto del vuelo; por ejemplo, la cabina de pasajeros tiene más oxígeno y es la primera en estar humidificada para no sentirse cansancio por el ambiente seco tras un largo vuelo. Sin embargo, tanta innovación tuvo un costo en el desarrollo del Boeing 787, el primer avión fue entregado casi 5 años tarde.

El 787 es considerado el avión más moderno del mundo. SIn embargo su tecnología tiene casi 15 años.

El 787 es considerado el avión más moderno del mundo. SIn embargo su tecnología tiene casi 15 años.

La vida operativa promedio de un avión es mayor a los 20 años, y algunos se mantienen en el aire hasta por 40 años. Es por esto que el desarrollo de nuevos aviones es un proceso complejo y tardado. Tomemos como ejemplo el caso del Boeing 787. El desarrollo del avión comenzó como tal a finales de 2001, teniendo un producto concreto en 2004. Su primer vuelo estaba programado para 2007 pero demoras en el proyecto lo atrasaron hasta finales de 2009.

Las entregas de la aeronave originalmente previstas para 2008 no ocurrieron sino hasta 2011, ocasionando que la mayoría de los operadores que estimaban recibirlo en 2010, sigan esperándolo. Y ante esto vale la pena preguntarse lo siguiente, ¿realmente la tecnología del Dreamliner es moderna hoy en día? Para la industria de la aviación sí. Pero tomemos en cuenta que una computadora promedio de las que eran utilizadas en Boeing, tenía en 2002 prácticamente la misma capacidad de procesamiento que tenemos hoy en nuestro bolsillo con un iPhone.




El caso de los aviones es complicado, pues estos son diseñados 10 años antes de lo que en promedio entran a servicio; estamos hablando de que en el caso del Dreamliner, cuando éste fue diseñado y lanzado al mercado, no existía Youtube, ni Facebook, no habían Iphones y lo más “inteligente” que podía hacer tu teléfono móvil era jugar “viborita”. No cabe duda que la tecnología ha avanzado muchísimo en la última década y esto ha cambiado nuestras maneras de vivir e interactuar con el mundo. Esto no puede ser más que resultado de la Ley de Moore: nuestros aparatos hacen más, pero en 2 años, quedarán obsoletos, y entonces ¿en dónde queda el avión más moderno del mundo?, ese avión que hace 15 años fue desarrollado, o más interesante aún ¿cómo será el avión diseñado en 15 años?

La ley de Moore es una observación de la historia del hardware computacional, ésta define que el número de transistores en un circuito integrado se duplica aproximadamente cada 2 años; de esta manera la capacidad de una computadora también se duplica cada 2 años. Sin embargo, esta ley utilizada principalmente en la computación sugiere también una disminución en los costos de los equipos.

La ley de Moore estabece que la capacidad computacional, duplica su poder cada 2 años.

La ley de Moore estabece que la capacidad computacional, duplica su poder cada 2 años.

Bajo el simple calculo de la ley de Moore, si el Boeing 787 fuera diseñado hoy en día, las computadoras y los sistemas que lo controlan serían cinco veces más poderosos y por ende más capaces. Uno de los avances más significativos en cuanto a software en el Dreamliner de Boeing es uno que se encarga de detectar mediante radares la turbulencia y contrarrestarla con los mecanismos propios del avión. Lo que quiere decir que este innovador software, tiene la capacidad de que si la turbulencia va a empujar la aeronave de arriba hacia abajo, el avión hace movimientos de abajo hacia arriba; manteniendo en la mayor manera posible, a la aeronave en un vuelo más cómodo y placentero para los viajeros. Este es un ejemplo de lo que se puede hacer con software; predecir y actuar ante variables en medidas de tiempo tan diminutas que un ser humano jamás podría hacerlo.

Cuando el hombre fue por primera vez a la luna con el Apolo 11, éste pudo haber alunizado automáticamente la aeronave, el módulo lunar. Sin embargo, la NASA dijo que no podían arriesgar este proyecto por una falla tecnológica.  “El hombre no puede poner la vida en las manos de una maquina” dice el Piloto aviador Miguel Angel Valero. “Por qué si entidades como la NASA no confían en la automatización, los vuelos comerciales deberían de hacerlo?”. La aviación y la exploración espacial son dos áreas totalmente distintas; sin embargo, la tecnología desarrollada para la primera, tiende a permear eventualmente el ámbito de la segunda. Tomemos como ejemplo el GPS que primero apareció para la NASA para la exploración espacial, después fue utilizado por las fuerzas militares y finalmente llegó a la aviación comercial.

El transbordador espacial, el primer cohete parcialmente reutilizable de la NASA, realizó su último aterrizaje en Julio de 2011. Terminando de esta forma una era para la NASA, la era en la que enviaban sus propios cohetes al espacio. La razón por la que el programa del transbordador espacial fue cancelado, es igual a la de muchas otras empresas una decisión económica, el enviar los transbordadores espaciales a órbita no era rentable. Cada misión, tenía un costo de entre 450 y 1500 millones de dólares, mismos que eran pagados con los impuestos de ciudadanos estadounidenses para financiar a la NASA. Sin embargo,  el futuro de la exploración espacial no pudiera continuar en Houston ni en Cabo Cañaveral, el rol de la NASA se vio disminuido ante nuevos jugadores en la carrera espacial, que en este caso no serán gobiernos, eran empresas privadas, empresas de tecnología que encontraron una manera más eficiente de llevarnos al espacio.




SpaceX, es hoy en día la empresa privada espacial más grande del mundo, en 2006 firmaron un contrato con la NASA que les permitió a la agencia gubernamental remplazar el programa del transbordador espacial con el programa falcon, de SpaceX. Esta empresa privada ha sido pionera en el desarrollo de inteligencia artificial y machine learning para tener mayor control sobre sus cohetes. De acuerdo con el sitio web Space X tiene la filosofía que “mediante la simplicidad, fiabilidad y el bajo coste, se podrán fabricar y lanzar avanzados cohetes y naves espaciales, para revolucionar la tecnología espacial con el objetivo final de permitir a la gente vivir en otros planetas”.

SpaceX está probando en aterrizar cohetes de nuevo a la tierra mediante inteligencia artificial.

SpaceX está probando en aterrizar cohetes de nuevo a la tierra mediante inteligencia artificial.

La misión del Apollo 11, ocurrió hace más de 40 años, por lo que los avances en ciencia y tecnología en las ultimas décadas han sido inimaginables. Resultaría iluso pensar que las decisiones de la exploración espacial siguen siendo las mismas. Hoy en día la NASA mediante SpaceX, ha reducido sus costos mediante un sistema reutilizare de lanzamiento de las naves espaciales. Gracias a los microcalculos que pueden hacer hoy en día las super computadoras, los proyectiles que llevan al cohete a órbita (que en el caso del transbordador espacial eran perdidos en cada viaje). Este regreso a órbita no es comandado por una persona, si no por una màquina, puesto que a diferencia del cerebro humano las computadoras pueden hacer cálculos sumamente complejos en cuestión de nano segundos, dando así el empuje a los motores en base al calculo del peso y gravedad suficiente para poder aterrizar un cohete de manera exitosa por primera vez.

La posibilidad de aterrizar una aeronave no es novedad, puesto que la gran mayoría de los aviones comerciales hoy en día tienen capacidad de realizar un Autoland. Este es un sistema que automatiza totalmente el procedimiento de aterrizaje de un avión durante el vuelo con la supervisión de los pilotos. Estos sistemas permiten a una aeronave aterrizar cuando las condiciones meteorológicas lo hubieran hecho peligroso o hasta imposible de realizar. El sistema deja a la aeronave a 15 metros de la pista y es entonces realizado el aterrizaje por alguno de los pilotos. Esto no es por que el avión no pueda hacerlo, sino porque el control de la aeronave termina siempre a manos de el piloto, la toma de decisiones es llevada a cabo por los tripulantes de cabina.

Existe una maniobra llamada “aborto de despegue”, ésta ocurre cuando por una situación determinada se tiene que cancelar la operación y el piloto decide cancelar el despegue, aunque ya haya iniciado el proceso y el avión se encuentre ya acelerando en la pista. Cuando ya va a una velocidad determinada, donde se tiene que tomar la decisión de si nos quedamos en la pista o nos vamos al aire, continuando al despegue. Aquí existen muchas variables físicas: el peso, el combustible, la velocidad, altura, empuje, entre otras cosas. Sin embargo, hay otro tipo de variables que pueden alterar la decisión del despegue, y estas son las decisiones humanas. Estas condiciones son determinadas por factores que nos dicen qué hacer si a un pasajero le está dando un infarto, pues nuestra decisión se verá afectada y la decisión de continuar con el vuelo, de ser posible, se modificará. Lo mismo pasa si se está atravesando un coche por la pista o se ha pinchado una llanta del tren de aterrizaje, estas decisiones se toman gracias a la capacidad humana del juicio.

Diagramautoland

La gran mayoría de los aviones comerciales modernos, pueden realizar aterrizajes automatizados que permiten al avión aterrizar en condiciones de visibilidad nula.

La manera tradicional de pensar en construir una inteligencia artificial, era de la misma forma de la que se ha escrito la mayoría del código de las computadoras desde sus inicios, esto es mediante la introducción de algoritmos y logaritmos computacionales que tratan de resolver problemas a base de variables. ¿Pero cómo se puede programar el juicio?, ¿cómo se interpretan grandes datos que no existían cuando se desarrollo el sistema? Ante esto, la computación moderna ha cambiado de paradigma a paradigma gracias a: Machine learning. De acuerdo con el filósofo e investigador de la Universidad de Oxford, Nick Vostrom, la analogía correcta de cómo funciona el Machine learning, es la de un infante, pues ésta (la computadora) no tiene conocimiento del mundo, sólo instintos (datos fijos programables), por lo que Machine learning trabaja con datos que procesa para descubrir patrones en ella, que luego pueden ser utilizados para construir conocimiento.




Uno de los mejores ejemplos es el del Mango, una vez que una computadora entiende mediante machine learning que es un mango, puede distinguirlos de otras frutas. Sin embargo cuando compramos mangos en el mercado, escogemos el que sea mejor; muchas veces nos basamos en el color del mango, en la firmeza del mismo, pues nosotros hemos asumido que los que son más firmes y tienen mejor color, son también los que tienen mejor sabor. Este mismo proceso es el que utilizan las computadoras mediante ML, pues éste no es más que un proceso que lleva a las máquinas a desarrollar inteligencia mediante el aprendizaje de conceptos, basado en predicciones.

El cerebro humano está constantemente haciendo uso de las predicciones; mientras más acertadas son nuestras predicciones, mejor será el resultado. Mayor conocimiento lleva a mejores predicciones, pues mientras más variables analizamos mejores decisiones se pueden tomar. Sin embargo, el cerebro humano tiene una capacidad limitada en cuanto a análisis de número y datos, pero una capacidad productiva increíblemente buena. Es por esto que en la cabina de pilotos, el piloto automático controla la velocidad, la altura, y el rumbo del avión, pues no son más que variables que se van modificando y corrigiendo.  Pero imaginemos por un minuto, qué pasaría si un avión estuviera equipado con machine learning, que no solo controlara las variables del piloto automático, sino que aprendiera nuevos conocimientos y que pudiera hacer nuevas predicciones.

En el caso de los vehículos terrestres. Google ha probado que es posible utilizar inteligencia artificial para conducirlos.

En el caso de los vehículos terrestres. Google ha probado que es posible utilizar inteligencia artificial para conducirlos.

No cabe duda que la tecnología avanza tan rápido y que lo más difícil es seguirle el paso. La aviación, sin embargo, se mueve bastante lento así como el desarrollo de un avión; por lo que en muchas ocasiones cuando un avión está listo para salir al mercado, la tecnología con la que cuentan los aviones más nuevos, fue diseñada 10 años antes. Es por eso que tenemos que ver hacia el futuro, ¿cómo será el avión que se diseñe en 15 años?, hoy estamos apenas en la frontera de la inteligencia artificial, con máquinas que aprenden por sí solas y que cada vez pueden interpretar e incorporar más datos y variables. Hoy estamos viviendo el nacimiento de la Inteligencia Artificial.

 La inteligencia artificial (IA) es el tipo de inteligencia exhibido por máquinas o software, se entiende también como un área multidisciplinario que, a través de ciencias como las ciencias de la computación, la lógica y la filosofía; estudia la creación y diseño de entidades capaces de resolver cuestiones por sí mismas utilizando como paradigma la inteligencia humana.

 Aunque inteligencia artificial es un título que parece de ciencia ficción, ésta ya está a nuestro al rededor; desde búsqueda en la web hasta los videojuegos. Los mecanismos de inteligencia artificial nos ayudan a planificar nuestros itinerarios, filtrar el spam, y enfocar las cámaras en las caras. Ésta permite guiar al teléfono con su voz y leer periódicos en idiomas extranjeros. Más allá de las aplicaciones actuales, AI está en el núcleo de muchas nuevas tecnologías que darán forma a nuestro futuro y que ya existen en nuestro presente, los autos que se conducen solos de Google son un ejemplo. Los aviones que se conducen solos la próxima frontera.


Las opiniones expresadas en este documento son de exclusiva responsabilidad del autor y no necesariamente representan la opinión de EnElAire, EnElAire-Radio y/o EnElAire.mx

La entrevista realizada al colegio de pilotos corresponde a fecha de mayo de 2015. 

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