Este artículo muestra cómo es el renacer de las computadoras analógicas, su historia y su futuro. También nos presenta la relación con las computadoras digitales y temas de seguridad.
Con el transcurrir de los primeros años del presente siglo las computadoras analógicas parecían ya extintas, nadie quería saber de ellas, el mundo de lo digital se imponía aplastante sobre este tipo de computación que fue la que imperó desde muchos siglos atrás hasta un poco más de las tres cuartas partes del siglo XX. Pero, como el ave fénix, dichos dispositivos están resurgiendo de sus cenizas, el presente y el futuro de estas máquinas parece muy promisorio. Y es que se está descubriendo su potencial en medio del mundo copado por los bits y los transistores que los manipulan.
La computación analógica no se basa en unos y ceros como la digital. Las computadoras analógicas para realizar su función utilizan otro tipo de fuente basada en fenómenos como magnitudes eléctricas, mecánicas o hidráulicas que permiten procesar, modelar los problemas y así resolverlos.
Un Poco de Historia
Aunque su uso más amplio fue a mediados del siglo pasado, se conocen elementos que pueden denominarse computación analógica desde muchos siglos atrás. Artefactos como el denominado “Mecanismo de Anticitera”, lo podríamos catalogar como una computadora analógica mecánica de la antigüedad. El instrumento, encontrado en los restos de un naufragio y según estudios, fue supuestamente construido por cientícos griegos entre los años 150 a 100 a.C. Su función era predecir posiciones de estrellas y planetas en diferentes fechas, así como eclipses hasta 19 años más adelante. También podía predecir algunos certámenes griegos (Panhelénicos) (1) y funcionaba con ruedas de engranajes de cobre y estaño. Toda una maravilla para los conocimientos de la época.
En el siglo XVI se inventó la Pantómetra o compás de proporciones, es un instrumento que permite calcular o resolver problemas variados de forma indirecta. Es una especie de calculadora analógica que se basa en la proporcionalidad entre segmentos. Resuelve problemas de proporción, así como también cálculos de trigonometría, multiplicación, división y para diversas funciones, tales como cálculo de cuadrados y raíces cúbicas. Es el predecesor de la “regla de cálculo” aún en uso, la cual es utilizada para facilitar la realización de operaciones aritméticas complejas y es principalmente usada en ingeniería civil, electrónica, construcción, aeronáutica, aeroespacial y en el ámbito financiero.
En la edad media otro instrumento muy utilizado fue el astrolabio, aplicado principalmente para determinar el movimiento de las estrellas y los planetas, por lo que resultaba muy útil en la navegación y la astrología. Este instrumento es diferente al astrolabio náutico cuyo fin era sólo para la navegación.
Entre otras computadoras análogas que se pueden mencionar, se encuentran la inventada por William Thomson, denominada la máquina de predecir mareas, usada para predecir el flujo y reflujo de las mareas marinas y las variaciones irregulares en sus alturas. En 1902, John Dumaresq inventó una máquina con fines militares que servía para que los barcos de la armada pudieran calcular el ángulo de disparo de los cañones teniendo en cuenta el rumbo y las velocidades propias y del enemigo. (2).
¿Cómo funcionan las computadoras analógicas?
Como vimos más arriba en siglos atrás las computadoras analógicas utilizaban elementos físicos y mecánicos para su funcionamiento y obtención de resultados, ruedas dentadas y engranajes eran fundamentalmente el mecanismo aplicado a la ingeniería del momento y, a pesar de la falta de precisión en la elaboración de sus elementos y su construcción, cumplían su función.
Ya en el siglo XX con la masificación de la electricidad y la electrónica pasaron luego a utilizar señales eléctricas. A diferencia de las digitales que trabajan con bits o código binario, estas lo hacen con señales que fluyen a través de resistencias y condensadores, tal que la lectura y medidas las da el voltaje de la señal. La dificultad que hacía complejo su manejo en estas computadoras tenía que ver con la gran cantidad de cables y conexiones necesarias para realizar las tareas, así como la inestabilidad de los componentes que podrían dañarse con facilidad. Pero con el tiempo han mejorado dado que los materiales son de mayor calidad y que al igual que las computadoras digitales dichos materiales se han miniaturizado.
Están diseñadas para representar electrónicamente un tipo de datos del mundo real, pero al utilizar señales a través de elementos electrónicos sus resultados no son exactos, es decir, ejecutar varias veces una tarea no da el mismo resultado siempre, sino que es un valor aproximado. Esta característica no es tan importante a la hora de ciertas tareas que no requieren dicha exactitud. Una ventaja de estas máquinas es que son muy rápidas en efectuar operaciones dado que utilizan electricidad para hacer los cálculos. Tales peculiaridades de una computadora analógica pueden incluso significar que la hacen mejor que una computadora digital en tareas específicas.
Otra gran diferencia entre los dos tipos de computación radica en que una computadora analógica maneja variables continuas, mientras que una computadora digital trabaja con números discretos. La diferencia entre estos es que las variables continuas pueden incluir todos los números, incluso números irracionales. Una posible desventaja son las interferencias o “ruido” que podrían eventualmente distorsionar los resultados pero, como se dijo anteriormente, esto no es un problema en cierto tipo de tarea dado que, al corregir la señal, puede lograrse que no afecte significativamente la respuesta.
La nueva importancia de la computación analógica en la computación digital, que utiliza transistores cada vez más pequeños para realizar las operaciones, la miniaturización ya está llegando a tamaños del átomo lo cual significa que está al límite de su reducción; así, la ley de Moore que dice que cada 2 años la capacidad de computación se duplica ya no se podrá cumplir. Es por esto que las computadoras analógicas comienzan a tener un interés y se vuelve a tener una visión sobre este tipo de tecnología que puede mejorar y dar solución en muchos casos concretos y con tareas específicas.
Los computadores analógicos tienen diversos usos, se utilizan generalmente para supervisar las condiciones del mundo real, tales como patrones del viento, temperatura, sonido, movimiento, energía, etc. Un uso muy común es para inspeccionar la calidad de productos elaborados en serie, en esta actividad rutinaria y de grandes volúmenes no se necesita la exactitud de cálculos de la computación digital, por tanto la computación analógica es adecuada. Por ejemplo, inspeccionar visualmente objetos metálicos mediante el uso de una computadora de onda celular, que evalúa los cambios en las propiedades ópticas de la superficie inspeccionada. (3)
Actualmente, un computador analógico se halla formado por un gran número de unidades de cálculo interconectadas, desde unas decenas hasta miles y en el futuro incluso millones. A diferencia de la digital al procesar mucha información, el consumo de energía es mínimo. Investigadores, como Bernd Ulmann (4), aseguran que las computadoras analógicas serían muy superiores a las computadoras digitales si se sabe sacar provecho de sus propiedades.
Otro uso que están teniendo las computadoras analógicas es en el campo de la Inteligencia Artificial por la semejanza con las redes neuronales, las cuales se accionan dependiendo de la activación de otras conectadas con ellas. Para esto se requieren realizar millones de multiplicaciones de matrices que, con los nuevos chips analógicos, se pueden completar muy rápidamente, incluso billones por segundo. Como la respuesta al realizar tantas operaciones puede deteriorarse por las razones que ya se explicaron, entonces intercalar el proceso analógico con un proceso digital puede corregir la señal y proveer un resultado aceptable. A esto se le llama computación híbrida, es decir el intercalamiento de una computadora analógica con una digital conectadas a través de una interfaz que permite el intercambio de información entre las dos.
La seguridad en este tipo de computación híbrida es sumamente importante, pues al igual que con la computación digital, puede verse afectada por múltiples o variadas formas de ciberataques, perjudicando su uso y golpeando aspectos como la producción y los servicios donde se utilice. Al mezclar los dos ámbitos de computación se abre la puerta de los riesgos de seguridad de la computación digital. Tomar las medidas pertinentes para proteger la información, el funcionamiento y datos es una tarea vital en las organizaciones que usan esta tecnología. Sin duda el aspecto de la seguridad de la información en la computación híbrida es un reto para el futuro próximo.
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Referencias:
(1) https://www.wikiwand.com/es/MecanismodeAnticitera
(2) Dumaresq - Wikiwand
(3) https://ieeexplore.ieee.org/document/4145859
(4) https://www.deutschland.de/es/topic/economia/innovaciones-disruptivas-de-alemania-computadoras-analogicas
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