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Roberto Baena Gallé: “La IA aplicada a los datos masivos en astronomía revolucionará el conocimiento del universo”

El ingeniero y astrofísico, codirector del Proyecto de Investigación de UNIR sobre Aplicaciones de Deep Learning para Astrofísica, explora dónde estamos hoy en la inmensidad del cosmos y cómo la IA “lo va a cambiar todo también en el espacio”.

Roberto Baena Gallé, investigador astrofísico y profesor de UNIR.

¿Por qué una estrella es más caliente que otra? ¿Cuál es tamaño y el material de un asteroide? ¿Qué hace que una galaxia sea de una u otra forma? ¿Cómo saben los descubridores del último agujero negro que tiene 13.200 millones de años, ‘sólo’ 470 millones menos que el big bang, el gran estallido que creó el universo?

“Con astrofísica, la disciplina que estudia e investiga los procesos físicos que rigen los objetos del cosmos”, dice simple y llanamente Roberto Baena Gallé, doctor en Astronomía por la Universidad de Barcelona y director académico del Máster de Astrofísica y Técnicas Observacionales de Astronomía de UNIR, sobre algo que para el común de los mortales es casi imposible de digerir. Desde un laboratorio, un ordenador o un telescopio, un investigador del espacio como él puede observar y conocer parte del universo que nos rodea, una infinidad que ahora es un poco más fácil de interpretar gracias a las técnicas que se están empleando con la ayuda de la inteligencia artificial, como él mismo hace.

agujero negro Secuencia visual de la primera imagen de un agujero negro, el M87, revelada el 10 de abril de 2019 por los científicos.

“No se trata tanto de una técnica como de un método científico”, dice Baena Gallé, que explica el proceso mental de cualquier especialista en esta disciplina: “Primero hay que imaginar, después observar y por último comprobar a base de física, matemáticas y ahora también con IA, que todo es como pensamos”. Así es como trabajan estos investigadores, unos contadores de historias que parecen de ciencia ficción pero que son reales, al menos en el momento en el que se cuentan. Porque si hablamos del universo, todo puede ser y evolucionar.

“Estando tan limitados como estamos en nuestro mundo tan cerrado, tenemos que basarnos en modelos que acaban confrontando las observaciones que puedes hacer con la instrumentación con la que cuentas en cada momento”, afirma.

En lo referente a su pasión por las estrellas, todo empezó para él en 1986 cuando, tras fracasar en el intento de ver en familia el cometa Halley, sus padres le dijeron: “Bueno, nosotros ya no, pero tú quizás más adelante, cuando vuelva dentro de 76 años, a lo mejor lo consigues”.

 

A Roberto Baena Gallé le gustaba de niño observar el cielo con sus padres. Tenían un telescopio y se iban siempre que podían a la azotea de su casa a mirar el firmamento. “Fue muy motivante descubrir los anillos de Saturno. En aquella época, en 1986, salimos varias veces a ver si conseguíamos ver el cometa Halley, pero no hubo suerte y se nos quedó la espinita clavada”, menciona. Pero de lo que más se acuerda de aquella época, porque se le quedó grabado en su cerebro, es del comentario que le hicieron sus padres en aquel momento: “Bueno, nosotros ya no, pero tú quizás más adelante, cuando vuelva dentro de 76 años, a lo mejor lo puedes ver”. Ahí empezó todo para él, una vocación que fue abrazando paso a paso.

De los sistemas binarios a la atmósfera de Venus

Hizo ingeniería y siguió después con otras materias. Estudió, por ejemplo, sistemas binarios en imágenes corregidas con técnicas de speckle, la interferometría de moteado, que consiste en el análisis de patrones de intensidad producidos por la interferencia mutua entre frentes de onda coherentes que son sujetos a diferencias de fase o fluctuaciones de intensidad (Wikipedia dixit). También ha realizado observaciones sobre la atmósfera de Venus y sobre estructuras difusas de galaxias. “Ver cómo se mueven las nubes de Venus con mucha definición es bastante espectacular”, dice.

La esfericidad de la Tierra, ya descrita en la Grecia del siglo VI a.C., se certificó definitivamente en 1494, en el segundo viaje de Colón a América.

Hace siglos, cualquiera podía imaginar que la Tierra era plana. “Ese era el modelo, porque lo que estaban viendo entonces nuestros antepasados así lo atestiguaba. Pero entonces llegó un momento en el que unos pocos se dieron cuenta que había ciertas cosas de ese modelo que no explicaban la realidad que algunos empezaron a observar con nuevos instrumentos y teorías. Entonces, no sin dificultades, la humanidad trascendió de un conocimiento local o limitado que no te lo explica todo a otro nuevo”. Y la Tierra se hizo redonda.

Baena Gallé pone también como ejemplo de esta espiral de conocimiento, ciencia, tecnología e imaginación lo que pasó con el telescopio Hubble, que fue lanzado al espacio miope. “Era la primera vez que se situaba un instrumento óptico más allá de la atmósfera de la Tierra, y el telescopio se diseñó con una determinada óptica y electrónica, para obtener unas imágenes concretas. Pero empezó a funcionar en el espacio y los astrónomos se dieron cuenta de que las imágenes que se estaban obteniendo no eran las previstas. Con lo cual, tuvieron que pensar e imaginar que era lo que estaba sucediendo para corregirlo”, cuenta.

Y otro ejemplo ilustrativo más: “Se descubrió que existía Neptuno porque la órbita de Urano y la de otros planetas no coincidían exactamente con lo que se suponía que debía ser. En un momento dado, los astrónomos vieron que, con todo lo que se sabía del sistema solar, realmente la órbita de Urano debería ser otra. Y se pensó que la explicación era la existencia de otro objeto más allá y con unas determinadas características. Presupones que existe ese objeto y te dedicas a buscarlo y entonces encuentras a Neptuno”.

Así se escribe la historia estelar. Cuando los investigadores del espacio ven una discrepancia entre lo que ellos esperan y lo que observan, imaginan posibles explicaciones a esa discrepancia. Y esto es válido para planetas, para estrellas, para galaxias, para todo el cosmos.

Dar clase en España desde Estados Unidos

Roberto Baena ha realizado numerosas estancias de investigación en Francia, Alemania, Canadá y Estados Unidos. En estos momentos tiene fijada su residencia en New Haven, Connecticut. Es también profesor del Máster Universitario en Inteligencia Artificial de UNIR, entre otras titulaciones que imparte, y responsable principal, junto con Alejandro Cervantes Rovira, del Proyecto de Aplicaciones de Deep Learning para Astrofísica de la Escuela Superior de Ingeniería y Tecnología (ESIT) de UNIR.

El deep learning o aprendizaje profundo, parte del machine learning para, a partir de una gran cantidad de datos y tras numerosas capas de procesamiento con algoritmos, conseguir que un ordenador termine aprendiendo por cuenta propia y realizando tareas similares a las de los seres humanos de forma progresiva, como la identificación de imágenes, el reconocimiento del habla o la realización de predicciones aquí en la Tierra, para la campaña de marketing de un banco o en una operación de neurocirugía de un gran hospital, por ejemplo, o también como soporte clave en la exploración del universo.

Una vista panorámica de la galaxia Andrómeda.

Una de las de las grandes revoluciones que estamos viviendo hoy en día es el uso de las técnicas de inteligencia artificial en el tratamiento de datos astrofísicos. “El astrolabio, el telescopio óptico, el Hubble, las sondas espaciales y ahora la IA y el deep learning. Esta una técnica que lo va a cambiar todo. ¿Por qué? Por la inmensa cantidad de datos que se pueden analizar. Siempre digo que 200.000 millones de estrellas en la Vía Láctea las hubo siempre, pero ahora las observamos de una forma masiva y sistemática. Eso sucede hoy por la nueva instrumentación con la que contamos, las técnicas estadísticas y de computación, con las nuevas técnicas de adquisición y manejo de datos que tenemos”, apunta este experto, que considera que “ya no sólo es una cuestión de observar millones de estrellas, sino de hacerlo de forma diferente, durante muchos días… Se pueden poner tantos ejemplos sobre las posibilidades que ofrece la IA como millones de estrellas hay”.

Marte, la próxima frontera

La inteligencia artificial ya es fundamental en la exploración de Marte, la próxima frontera. “Para lograr aterrizar las sondas sobre la superficie del planeta rojo se hicieron cálculos y se aplicaron técnicas de IA, lo que redujo la incertidumbre sobre cuál sería el lugar del amartizaje. Antes de la IA, el eje menor de la elipse en la que se efectúa el aterrizaje podía ser de más de 70 km para el Pathfinder o 20 km para el Curiosity, frente a los 6.5 km actuales para el Perseverance, lo cual es muy importante, porque cuanto mayor es esa elipse, mayor es la incertidumbre y también los problemas… ”, sostiene Baena Gallé, que indica que con estas nuevas técnicas se pueden hacer también clasificaciones automáticas de las galaxias según su morfología, entre otras muchas cosas.

Pero con IA o sin ella, el reto es siempre el mismo: incrementar el conocimiento que tenemos del universo y “ese desafío siempre estará ahí, con un horizonte cercano y otro lejano al que tendremos que ir aproximándonos. Ahora mismo, los hitos con mayor efervescencia probablemente son los de buscar y entender los conceptos de energía y materia oscura, que nos darán una visión cosmológica más completa del Universo. Otro reto siempre pendiente es encontrar exoplanetas con agua líquida en la superficie”, destaca. Precisamente hace unos días se acaban de descubrir grandes masas de hielo bajo la superficie de Marte.

La nueva generación de megatelescopios

Y para conseguir avanzar, la tecnología es clave. “La nueva generación de telescopios que se están construyendo, como el TMT de Hawái o el E-ELT de Chile, que tienen una apertura de más de 30 metros de diámetro en su espejo principal, serán fundamentales. Para que te hagas una idea, la apertura de los telescopios más grandes que tenemos actualmente es de 10 metros, como por ejemplo es el caso del Gran Telescopio de Canarias, que eso es de lo más grande que tenemos ahora mismo”, apunta.

El Gran Telescopio de Canarias, en la isla de la Palma, uno de los mayores del mundo.

El trabajo del equipo que colidera este investigador de UNIR, basado en la aplicación de técnicas de deep learning de inteligencia artificial a los datos astrofísicos, también está siendo aprovechado para aplicarlo en otro tipo de datos y materias, como por ejemplo en el área de salud y en los datos los médicos. “La transferencia tecnológica desde la astrofísica a otras disciplinas, como por ejemplo la medicina, es muy importante hoy en día”, desvela y pone otros ejemplos destacados de trasferencia.

La transferencia desde la astrofísica a otras disciplinas, como la medicina o la energía, es cada vez más importante.

 

“Para poder aprovechar al máximo el tamaño de los telescopios gigantes que comentaba antes, se necesita corregir la turbulencia de la atmósfera. Eso se puede conseguir con una técnica que se llama óptica adaptativa. Y esa técnica astronómica se está aplicando ahora también para corregir la turbulencia en el interior del ojo humano y poder hacer fotografías de alta definición de la retina. De igual forma, se están intentando trasladar las investigaciones sobre lo que sucede en el interior del Sol para crear centrales nucleares de fusión, que sustituyan a las actuales de fisión”.

Un proyecto de investigación ganador

Existen vasos comunicantes importantes y directos entre distintas disciplinas. “Y esa transferencia de conocimiento y técnicas es una de las principales motivaciones del Proyecto de Aplicaciones de Deep Learning para Astrofísica de UNIR., porque, a mi juicio, a veces existe una falla en la comunicación entre las comunidades de astrónomos y astrofísicos, y las de ingenieros, desarrolladores de software, expertos en computación e inteligencia artificial”.

Por su propio desarrollo profesional, él mismo confiesa que se ha sentido muchas veces a mitad de camino entre unos y otros, a caballo especialmente entre el mundo de la astronomía y el de la ingeniería. “A veces te sientes más ingeniero y otras más astrofísico y, por eso, uno de los objetivos del proyecto es cerrar esa brecha”.

Este proyecto de UNIR también se ocupa de mejorar la resolución espacial de imágenes astrofísicas con técnicas de IA generativa y en la clasificación de curvas de luz para poder identificar la presencia de un exoplaneta. “En el proyecto estamos abordando con técnicas de deep learning muchas temáticas astrofísicas”, dice.

Junto a Roberto Baena y Alejandro Cervantes, forman parte del proyecto investigadores de la Universidad Complutense de Madrid y otros centros de investigación españoles e internacionales. El proyecto se financia gracias a una propuesta interna que le hicieron a la Universidad Internacional de La Rioja, dentro de las convocatorias anuales que hace el Vicerrectorado de Investigación de UNIR.

“Al ser el coordinador académico del Máster de Astrofísica y Técnicas Observacionales de Astronomía de UNIR y tener este proyecto activo, intentamos involucrar a los alumnos, siempre que ellos quieran, en las actividades de investigación que llevamos a cabo. Por ejemplo, a través de sus trabajos finales de máster (TFM). En estos momentos, tenemos dos alumnos implicados”.

Este profesor de UNIR reconoce estar muy contento con sus alumnos. Muchos estudiantes de UNIR han hecho su TFM sobre el deep learning y los datos astrofísicos. Algunos ya han presentado sus resultados en conferencias de astrofísica, como el meeting de la Sociedad Europea de Astronomía y el Encuentro de la Sociedad Española de Astronomía.

Por qué UNIR: libertad, diversidad y transversalidad

Su satisfacción con los estudiantes, Baena también la traslada a su universidad: “Una de las razones por las que estoy en UNIR es porque es una universidad online que funciona muy bien, da muchísima cancha a sus investigadores, es una universidad joven, muy vital, y ofrece un gran número de oportunidades. Hago muchísimas cosas que no me esperaba hacer cuando llegué, la verdad. Por ejemplo, ser investigador en un proyecto financiado por mi universidad y, a la vez, vivir y dar clases allá donde quiera. Esto es muy, muy motivante. Además, aquí no me siento limitado a una disciplina concreta y eso es algo que me agrada. Puedo ser ingeniero de imagen, ser un investigador de astrofísica, estar en proyectos de matemáticas… En UNIR hay bastante diversidad y eso, por mi forma de ser, es algo me gusta mucho. En otras universidades tengo la sensación de que estaría bastante más más localizado y focalizado. Aquí siento que tengo mucha libertad para hacer muchas cosas diferentes”, confiesa.

Trabajar en UNIR es muy motivante, es una universidad joven y muy vital que funciona muy bien. Nunca me siento limitado porque da muchísima cancha a sus investigadores. Además de financiar los proyectos, me permite vivir y dar clase desde donde quiera.

 

Pero no se queda ahí. Además de la investigación y la docencia, también se dedica a gestionar. Ser coordinador principal del proyecto le supone dedicar tiempo y esfuerzo a la gestión en detrimento, a veces, de la investigación. Pero no lo lleva mal. “Es algo complicado de compaginar. Llevar la gestión del proyecto me interesa, porque siempre te facilita ponerte en contacto y conocer a personas muy interesantes, investigadores de diferentes lugares que tienen tus mismos intereses, tus motivaciones, tus curiosidades. Y entonces se crean sinergias para poder avanzar en tu propio trabajo de investigación. Bueno, después está la parte burocrática, que no es agradable, pero me compensa”.

Un radiotelescopio con la misión de detectar ondas de radio procedentes del espacio.

Ahora se encuentra en Estados Unidos, en New Haven, colaborando de nuevo con la Universidad estatal de Connecticut, haciendo una estancia y lo está aprovechando para trabajar con investigadores que también están allí. “Es una colaboración para poder estimar la posición exacta de las estrellas en el cielo mediante técnicas de deep learning. Eso te permite saber hacia dónde se dirigen con el paso de los años, hacia dónde se mueve un cúmulo de estrellas, cuál es su dinámica interna, etcétera”. Sólo hay un problema: hay tantas estrellas en el universo como un dos seguido de 23 ceros.

¿Hay alguien ahí?

Después de esta larga e interesante conversación, noto enseguida que Baena se inquieta por primera vez, y es cuando le hago la pregunta del millón de dólares: ¿Cree que estamos solos en el universo, que hay vida más allá de la Tierra? “Soy un científico y sin pruebas tengo que decir que no. No tengo datos suficientes como para decirte sí o no si me pides mi opinión”.

Aunque sea probable estadísticamente, sin pruebas no puedo asegurar que haya vida más allá de la Tierra.

 

Y sigue argumentando: “Yo creo que, con tantas estrellas y planetas, desde un punto de vista estadístico hay grandes posibilidades. Y se están haciendo búsquedas muy interesantes incluso dentro del propio sistema solar, como en Europa o en Titán, las lunas de Júpiter y Saturno. Quizás en los casquetes polares de Marte se pueda saber si ha habido vida allí anteriormente. Pero sin pruebas no se puede decir otra cosa. Siguen existiendo infinidad de fenómenos que no tienen todavía explicación. Las galaxias, por poner un ejemplo, de alguna manera no deberían ser como son o no deberían existir, se deberían deshacer y, sin embargo, están ahí. Entonces se supone que deben tener más materia, pero no la vemos, y por eso la llamamos oscura…”.

Idear, pensar, observar, comprobar… El ciclo de investigación astrofísica sigue rodando, no tiene fin, como el propio universo.


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