Monográfico Ingenierías 2019/2020

MONOGRÁFICO 2019/2020

Ingenierías La Ingenería al servicio del progreso

REPORTAJES EXTRAÍDOS DE LA REVISTA DE DIVULGACIÓN CIENTÍFICA UMHSAPIENS

MONOGRÁFICO 2019/2020

Monográfico ingenierías 04

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50 Aniversario de Internet

150 Años de la Tabla Periódica

El Arte de Planificar Repartos

13 ¿Coche Convencional o Eléctrico?

umh.sapiens@umh.es | www.umhsapiens.com | @umhsapiens

50 aniversario de Internet UMH Sapiens ÂżQuĂŠ es Internet?đ&#x;¤” Ă“scar MartĂ­nez Por resumirlo, Internet es la interconexiĂłn de dos o mĂĄs redes de computadores entre sĂ­. Mucha gente cree que Internet naciĂł con fines militares, pero no fue Ăşnicamente asĂ­. Se trataba de un proyecto patrocinado por la Agencia de Defensa Norteamericana Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA) a finales de los aĂąos 60. Pero no fue secreto ni cerrado a la colaboraciĂłn con otras instituciones o expertos. El objetivo era conocer cĂłmo comunicar diferentes redes de computadores por el mĂŠtodo de conmutaciĂłn de paquetes. La tecnologĂ­a desarrollada hasta ese momento, antes de 1969, era la red de conmutaciĂłn de circuitos. Este fue el principio de experimentaciĂłn y desarrollo a largo plazo para perfeccionar y madurar la tecnologĂ­a de Internet.

UMH Sapiens La red de conmutaciĂłn de circuitos era un sistema similar al de la antigua lĂ­nea telefĂłnica, Âżno?☎ El emisor y el receptor disponĂ­an de un hilo Ăşnico para mantener su comunicaciĂłn y mientras esta se establecĂ­a, se ocupaba el canal punto a punto. Si caĂ­a ese canal, se rompĂ­a la comunicaciĂłn inmediatamente. Ă“scar MartĂ­nez Eso es. Para solucionar esto, se desarrollĂł un mĂŠtodo alternativo: la red de conmutaciĂłn de paquetes. Se distingue de la anterior en que la informaciĂłn se divide en diferentes paquetes que siguen rutas distintas. Cuando llegan al destino se reordenan y se reconstruye el mensaje original.

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.odo depende de Internet. Es imposible pensar en una vida desconectada, sin embargo, hace tan solo 50 aĂąos que se puso en marcha el proyecto que ha dado lugar a la red como se conoce hoy en dĂ­a.

El profesor de la Universidad Miguel HernĂĄndez (UMH) de Elche @UniversidadMH e investigador del Grupo InteracciĂłn Persona Ordenador y Reconocimiento de Formas del Centro de InvestigaciĂłn Operativa de la UMH @ICIOUMH Ă“scar MartĂ­nez Bonastre* es, ademĂĄs, presidente del Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) EspaĂąa 2020-2021. Bonastre explica en esta conversaciĂłn de WhatsApp con UMH Sapiens la breve, pero intensa historia de Internet. ✓ ✓

UMH Sapiens Pero, ÂżquĂŠ factor potenciĂł Internet y permitiĂł que no se quedara en un simple proyecto? Ă“scar MartĂ­nez A principios de los aĂąos 70 hubo una persona fundamental en el origen de Internet, Vinton Gray Cerf @vgcerf, considerado uno de los padres de Internet. Fue el investigador que mĂĄs interĂŠs puso en cĂłmo interconectar estas redes heterogĂŠneas de una manera Ăşnica, para lo cual era necesario crear un protocolo que fuera capaz de intercomunicar. Por ello, inventĂł el protocolo TCP/IP, junto con Robert Kahn. Esto fue lo que globalizĂł Internet en sus orĂ­genes.

UMH Sapiens Vint Cerf đ&#x;‘¨â€? fue uno de los principales arquitectos de Internet. En el aĂąo 2002, obtuvo el Premio Princesa de Asturias de InvestigaciĂłn CientĂ­fica y TĂŠcnica junto con Lawrence Roberts, Robert Kahn y Tim Berners-Lee. Ă“scar MartĂ­nez Es bastante curioso que entre los padres de Internet se encuentren Vint Cerf đ&#x;‘¨â€?, quien participĂł en los orĂ­genes, y Berners-Lee đ&#x;‘ą, que contribuyĂł a su expansiĂłn 20 aĂąos despuĂŠs. Antes de llegar a Tim Berners-Lee, hubo personalidades importantes como Paul Mockapetris, el creador del DNS y Doctor Honoris Causa por nuestra universidad en el aĂąo 2013. Este sistema, creado en 1983, ha hecho posible que naveguemos por Internet mediante palabras en lugar de nĂşmeros. Otro pionero en este campo fue Stephen Crocker, experto en la comunicaciĂłn entre ordenadores Internet y en seguridad computacional. Cerf, Mockapetris y Crocker han colaborado con investigadores de la UMH en un artĂ­culo sobre los inicios del DNS que se puede consultar en este enlace https://ieeexplore.ieee.org/document/8700196.

UMH Sapiens Cuando naciĂł Internet, las computadoras se comunicaban mediante direcciones IP, un conjunto de nĂşmeros formados en cuatro bloques (por ejemplo, 193.147.147.9). Inicialmente, cada ordenador contenĂ­a un archivo llamado host.txt que interpretaba la direcciĂłn IP a la que se querĂ­a acceder, como una agenda telefĂłnica. Esto resultĂł ser un problema para globalizar Internet, ya que no todos los computadores podĂ­an tener su agenda actualizada en todo momento. Para solucionarlo, se creĂł el Domain Name System (DNS) o Sistema de Nombres de Dominio. El DNS contiene la informaciĂłn de forma global en diferentes lugares de Internet y se actualiza dinĂĄmicamente. Gracias a este sistema, para acceder a una web podemos escribir www.umh.es en lugar de una direcciĂłn de 193.147.147.9. Ă“scar MartĂ­nez Tras la creaciĂłn del DNS, continuĂł la evoluciĂłn. Hasta mediados de los 90 se pusieron en marcha organismos de consulta y gestiĂłn de Internet. En esta etapa, Tim Berners-Lee đ&#x;‘ą fue fundamental en el desarrollo de Internet ya que inventĂł la forma de comunicar informaciĂłn a travĂŠs de la red. El objeto mĂĄs prĂĄctico que desarrollĂł fue el HTML, el lenguaje de hipertexto para crear pĂĄginas webs, publicado en 1993. Otro peso importante recae en el Consorcio WWW, en inglĂŠs World Wide Web Consortium (3WC), que se encarga del desarrollo de estĂĄndares para que funcionen sobre la web.

UMH Sapiens Este organismo, fundado por Berners-Lee en 1994, desarrolla estos estĂĄndares de lenguaje y arquitectura que pueden hacer la web mĂĄs accesible para todos: menos pesada, adaptable a distintos dispositivos, mĂĄs segura.... Ă“scar MartĂ­nez Berners-Lee no se parĂł ahĂ­, en el aĂąo 2009 tambiĂŠn fundĂł The Web Foundation. Esta organizaciĂłn internacional unifica el uso de las tecnologĂ­as web para que lleguen al mĂĄximo nĂşmero de personas. En EspaĂąa trabaja la AsociaciĂłn de Usuarios de Internet, donde se focaliza el desarrollo de Internet y las nuevas tecnologĂ­as webs, centrada en los intereses locales, pero la filosofĂ­a es muy similar a la de los organismos anteriores.

UMH Sapiens Estas organizaciones investigan y trabajan por el continuo desarrollo de la red. Pero, ÂżquiĂŠn regula Internet? Ă“scar MartĂ­nez A dĂ­a de hoy, podemos decir que quien gobierna Internet es la CorporaciĂłn de Internet para la AsignaciĂłn de Nombres y NĂşmeros (ICANN, por sus siglas en inglĂŠs). Tras la invenciĂłn del DNS, se crearon los dominios, que son los nombres Ăşnicos y exclusivos que se les da a los sitios webs, por ejemplo, www.umhsapiens.com. La creaciĂłn de estos dominios se disparĂł a mediados de los 90, lo que provocĂł que fuera imposible manejar la gobernanza en Internet y, por ello, en 1998 se impulsĂł la creaciĂłn de un organismo patrocinado por instituciones norteamericanas para que controlara la creaciĂłn de estos nombres junto con sus direcciones IP. UMH Sapiens Uno de los principales impulsores de ICANN fue Jon Postel, apodado “El Dios de Internetâ€? đ&#x;˜Ž por sus numerosas e importantes contribuciones. Postel fue propuesto para dirigir la corporaciĂłn. Ă“scar MartĂ­nez Lamentablemente, Jon Postel falleciĂł poco antes de iniciar formalmente ICANN, por lo que se nombrĂł como director a Mike Roberts, a quien tuve la suerte de conocer personalmente con nuestra participaciĂłn conjunta en el panel de expertos en Internet en Ecuador en el aĂąo 2009. Otro de los fundadores de ICANN fue el espaĂąol Eugenio Triana, al que entrevistĂŠ con motivo del 20 aniversario del ICANN. Triana fue secretario general de PromociĂłn y TecnologĂ­a Industrial en el Ministerio de Industria y EnergĂ­a de EspaĂąa y director general adjunto de Telecomunicaciones en la ComisiĂłn Europea durante los aĂąos 90.

UMH Sapiens Ahora vivimos un debate legislativo sobre la “neutralidad de la redâ€?. ÂżEn quĂŠ consiste? Ă“scar MartĂ­nez El principio de neutralidad de la red no tiene que ver con el contenido de la informaciĂłn, sino con la accesibilidad. Significa que se debe dar el mismo trato y prioridad al acceso a todos los datos, independientemente de quiĂŠn sea el creador. El pasado aĂąo se rompiĂł este principio cuando en Estados Unidos se introdujo una nueva ley en la que en funciĂłn de lo que se hable en una web, el trĂĄfico tiene una prioridad diferente. Sin neutralidad, los proveedores de Internet podrĂ­an pedir compensaciĂłn econĂłmica a las empresas creadoras de contenidos para acelerar el acceso de los usuarios a sus pĂĄginas, en detrimento de la velocidad de acceso a otras.

UMH Sapiens ÂżY quĂŠ ocurre cuando “se cae internetâ€?? Ă“scar MartĂ­nez Esta expresiĂłn popular podemos interpretarla de muchas formas diferentes: la red no funciona, la web se ha colgado o el correo electrĂłnico falla, pero es diferente a quĂŠ pasarĂ­a si cayera Internet globalmente, si dejasen de funcionar los servidores raĂ­z de dominio a nivel global. Cuando navegamos por Internet y escribimos una direcciĂłn web, esta es traducida por el DNS en nĂşmeros y nos interconecta, pero el primer punto en el que empieza a traducirse ese dominio es un servidor raĂ­z y, de ahĂ­, se desglosa el resto de la direcciĂłn. Si el origen cae, no se podrĂĄ traducir el resto. Si los servidores raĂ­z no fueran accesibles, serĂ­a imposible traducir direcciones IP y navegar por Internet. Por suerte, hoy en dĂ­a existe la tecnologĂ­a suficiente para tratar de que esto no ocurra.

UMH Sapiens đ&#x;˜… ÂĄMenos mal! ÂżY cuĂĄles son los retos a los que

se enfrenta Internet en la actualidad? Ă“scar MartĂ­nez Los relacionados con el Internet de las cosas (#InternetOfThings, IOT), un campo que constituye un desafĂ­o fundamental y que estĂĄ creciendo a nivel exponencial. De hecho, es mayor el nĂşmero de dispositivos conectados a Internet que el de humanos viviendo en la Tierra. Esto abre otras cuestiones como la seguridad o la privacidad de los datos que transmiten estos dispositivos como relojes, wearables, neveras, lavadoras‌ ⌚đ&#x;“ą El gran reto es cĂłmo gestionarlos. Otro de los grandes desafĂ­os son el Big Data, la inteligencia artificial y cĂłmo manejar nuevas soluciones surgidas con las redes de Ăşltima generaciĂłn. El gran volumen de informaciĂłn que se genera es el oro de internet. Toda esta informaciĂłn es utilizada por terceros para generar patrones de comportamiento, vendernos productos‌ UMH Sapiens Por ello, a veces puede ser peligroso aceptar los tĂŠrminos y condiciones de las pĂĄginas webs sin leerlos, ya que desconocemos para quĂŠ van a utilizar nuestros datos. Pero, ÂżquiĂŠn recibe toda esa informaciĂłn? Ă“scar MartĂ­nez En un principio, si autorizas que se utilicen tus datos, la informaciĂłn se destinarĂĄ a quien te los solicita. Pero en muchas ocasiones los propietarios de webs tienen acuerdos para ceder datos a terceros. Por ello, puede aparecer tu informaciĂłn en lugares donde no creĂ­as haberlo autorizado. Afortunadamente, en la actualidad existe una legislaciĂłn de la UniĂłn Europea sobre la protecciĂłn de datos en Internet que cada vez es mĂĄs restrictiva, exigente y que preserva el uso de nuestros datos en la red.

150 años de la publicación de la tabla periódica Un Catálogo para Predecir el Universo

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omo acostumbra a ocurrir en ciencia, fueron muchos los hallazgos previos que posibilitaron a Mendeléyev, hace 150 años, publicar su tabla periódica. La clasificación constituye hoy en día una disposición de los elementos químicos, ordenados por su número atómico (número de protones),​ por su configuración de electrones y por sus propiedades químicas. Este ordenamiento muestra tendencias periódicas, que se perciben en las filas, así como elementos con comportamiento similar en la misma columna o grupo.

La Asamblea General de Naciones Unidas ha proclamado 2019 como Año Internacional de la Tabla Periódica.

A juicio del profesor de Química de la Universidad Miguel Hernández (UMH) de Elche Francisco Javier Gómez Pérez, un acontecimiento previo que posibilitó la concepción de esta herramienta fundamental para la ciencia tuvo lugar cuando, en 1805, el cuáquero John Dalton propuso la teoría atómica para dar respuesta a si la materia era infinitamente divisible. A partir de esa hipótesis, que ya se había planteado en el siglo V antes de Cristo, Dalton postuló que los elementos estaban constituidos por partículas diminutas llamadas átomos, indestructibles e indivisibles.

La más importante de su relevantes investigaciones.

A lo largo del siglo XIX se vislumbró un gran avance en cuanto al conocimiento de la naturaleza y de cuáles eran los componentes de la materia. Como explica el profesor Gómez, surgieron métodos que permitieron medir las masas atómicas (inicialmente trabajando y comparando gases) y así diferenciar los elementos. “Se dieron cuenta de que uno y otro elemento tenían comportamientos y reacciones similares. Esto sugirió a los científicos de la época que debía haber alguna relación entre ellos y que podrían clasificarse de forma que se obtuvieran grupos o categorías”, explica el químico. De manera que durante el siglo XIX, surgieron distintas tablas de ordenación de los elementos.

parecen mucho en su composición y sus propiedades, a pesar de que las propiedades químicas vienen dadas por la nube electrónica, algo que no se sabría hasta 50 años después. Y para ello resultó determinante el descubrimiento de la electricidad, que tuvo lugar a mediados del siglo XIX. En primer lugar, con la electrólisis, se consiguió descomponer el agua (H2O) en los gases oxígeno(O2) e hidrógeno (H2) por medio de una corriente eléctrica. Y a principios del siglo XX, los famosos experimentos llevados a cabo por Ernest Rutherford permitieron a los científicos descubrir que el átomo estaba formado, en su mayoría, por espacio vacío, con toda su carga positiva concentrada en su centro en un volumen muy pequeño, rodeado por una nube de electrones.

Francisco Javier Gómez Pérez Prof. del Área de Química Física de la UMH

“Todos los procesos productivos, desde los fertilizantes a los colorantes o los fármacos, de alguna forma, parten del conocimiento que recoge la tabla periódica”

Y en 1869, Mendeléyev propuso su tabla periódica, en la que dispuso todos los elementos conocidos en aquella época, un total de 63, “poco menos del 60% de los que hay en la actualidad”, subraya Francisco Javier Gómez y explica que la gran diferencia de la aportación de Mendeléyev respecto a otros listados propuestos con anterioridad es que además de que ordenó los elementos según su masa atómica y situando en una misma columna los que tuvieran algo en común, al hacerlo se dejó llevar por una gran intuición: se atrevió a dejar huecos, postulando la existencia de elementos desconocidos hasta ese momento. Cuando años más tarde se descubrieron el escandio, el galio y el germanio, cuyas propiedades se correspondían con las predichas por el ruso, y se descubrió un nuevo grupo de elementos (los gases nobles) que también encontró su sitio en la tabla, se puso de manifiesto no sólo la veracidad de la ley periódica, sino su importancia y utilidad.

Para el profesor Gómez, lo curioso del caso es que Mendeléyev llevó a cabo una ordenación por familias de elementos que se

Por este conjunto de experimentos Rutherford recibió el Premio Nobel de Química. Al respecto, Gómez explica: “El mundo subatómico no podía ser más distinto de lo que se imaginaba.

Se demostró que el espacio que ocupa un átomo está prácticamente vacío, poblado de electrones”. Y a continuación, el profesor realiza el siguiente símil: “Si ampliásemos el tamaño de un átomo hasta alcanzar el de una esfera de 1 m de diámetro, el 99,9 % de su masa se localizaría en su núcleo, que tendría un diámetro de 0,1 mm, mientras que los electrones (menos de 0,1% de su masa) ocuparían el espacio restante.

Para hacerse una idea de la enorme densidad del núcleo atómico, sería el equivalente a comprimir la Gran Pirámide de Giza (cuya masa se estima en 5,9 millones de toneladas), hasta que ocupase el tamaño de una moneda de un céntimo de euro.

Con la llegada del siglo XX, empezó a desarrollarse la teoría de la nueva física cuántica, la física de las partículas subatómicas que, finalmente, ofreció una explicación a cómo se organizan los electrones y de su reactividad. “Pero hay que tener muy en cuenta que en la época de la publicación de la tabla de Mendeléyev, se desconocía completamente qué eran los protones y los electrones, no sabían nada de la estructura del átomo y ahí reside precisamente el valor de este hito científico”, subraya el profesor.

La posibilidad de predecir cuál va a ser la reactividad de los distintos elementos abrió las puertas a un desarrollo espectacular de la química orgánica, de la química inorgánica y de la química sintética: “Todos los procesos productivos que van desde los fertilizantes a los colorantes o los fármacos, de alguna forma, parten del conocimiento que recoge la tabla periódica”, explica Gómez. Para el químico de la UMH, lo más interesante no es tanto la información individual de cada elemento de la tabla, sino la capacidad que ofrece a los químicos para encontrar relaciones periódicas: “Predecir cómo variará la materia al pasar del fósforo al azufre, o al cloro; predecir si la molécula va a ser soluble en agua o no; si va a poder tener un punto de fusión alto o si va a ser muy reactiva o poco reactiva. Y todo ello, gracias a lo que te enseña la tabla periódica”.

Un verdadero catálogo concebido para predecir el universo.

Mendeléyev* y su fe en la ciencia

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a vida de Mendeléyev es una historia digna de Juego de Tronos. O, quizás, de Tolstoi aderezado con un twist de fuego valyrio. Dmitri Ivánovich Mendeléyev nace en Siberia en 1834. Cuando solo tiene 13 años, su padre -Iván Pávlovich Mendeléyev, profesor de escuela que había perdido su trabajo años atrás al quedar ciego- muere. Lejos de desfallecer, su madre Maria Dmitrievna Mendeleeva reconstruye una vieja fábrica de vidrio abandonada para mantener a la familia y poder mandar al prometedor Dmitri, el más pequeño de 15 hermanos, a la universidad. Un año más tarde, la fábrica se incendia y, habiendo dejado al resto de sus hijos lo mejor colocados posible, Maria coge a Dmitri, un caballo y todas las pertenencias que pueden llevar consigo y marcha unos 2.000 km hasta la Universidad de Moscú. Allí intercede en favor de su hijo, argumentando que posee una mente brillante que debe ser puesta al servicio de la ciencia.

La Universidad le rechaza. Lo mismo ocurre al segundo intento, en la Universidad de San Petersburgo. Finalmente, Dmitri podrá ingresar en el Instituto Pedagógico Principal de la capital.

Al terminar sus estudios Mendeléyev contrae tuberculosis y pasa dos años en la península de Crimea como profesor de ciencias mientras se recupera de la afección. Su primera gran obra fue un libro de texto sobre química orgánica, publicado en 1861 y premiado por la Academia de Ciencias de Rusia.

Su primer matrimonio fue un fracaso. Dicen, aunque no es verdad, que Mendeléyev también inventó el vodka ruso, que fue un subproducto de su tesis doctoral Un discurso sobre la combinación de alcohol y agua defendida en 1865. Pero el vodka llegó a Rusia en el siglo XIV, fue un regalo de un embajador de Génova al príncipe Dmitri Donskói. Además, la tesis de Mendeléyev hace referencia a concentraciones de alcohol superiores al 70%, algo más fuertes que la popular bebida rusa.

En 1868, pasa a ser profesor de química inorgánica. No debió convencerle ninguno de los manuales disponibles en el momento porque decidió crear su propio libro de texto, que acabaría por tener continuadas ediciones traducidas al alemán, al inglés y al francés. Fue durante la composición

de este libro que Mendeléyev se dio cuenta de la periodicidad de los elementos. “Li, Na, K, Ag se relacionan entre sí como C, Si, Ti, Sn, o como N, P, V, Sb”, escribió. Todo este trabajo culminaría en la mayor de sus obras, Principios de química, donde proponía su tabla periódica.

Dmitri viajó por toda Europa. Conoció a los Curie, a Bunsen, a Cannizzaro. Hizo poderosos amigos y enemigos. Ayudó en la construcción de la primera refinería petrolera en Rusia y elaboró una receta para pólvora sin humo, a la que llamó “pyrocollodion”. Experimentó con nuevos fertilizantes y fue miembro de numerosas sociedades científicas, directa o indirectamente relacionadas con la química. La aerodinámica y la hidrodinámica le fascinaban por igual. Participó en el diseño del Yermak, el primer rompehielos del Ártico, y preparó un viaje en globo para estudiar un eclipse solar. El plan se estropeó por la lluvia, pero el intento le valió mucha popularidad. No la suficiente, por lo visto, para ganar el Nobel de Química. Aunque fue propuesto tres veces y casi lo consigue en 1906. Pero Svante August Arrhenius, creador de la teoría de la disociación electrolítica -y un Lannister para su Stark- le tenía ganas y poco a poco convenció al jurado para que retiraran su apoyo al científico ruso. Dmitri Ivánovich Mendeléyev murió un año más tarde en San Petersburgo. Cuentan que con sus últimas palabras citó la novela Las aventuras del capitán Hatteras, de Julio Verne: “Doctor, usted tiene la ciencia, yo tengo la fe”.

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Dmitri MendelĂŠyev en 1897

El arte de planificar rutas y repartos La profesora del CIO Mercedes Landete describe la utilidad de la optimización combinatoria y sus múltiples aplicaciones a la vida diaria

Dada una lista de ciudades y las distancias entre cada par de ellas, ¿cuál es la ruta más corta posible para que el viajante de comercio visite una vez cada ciudad y al finalizar regrese al punto de partida? Este problema (TSP por sus siglas en inglés: Travelling Salesman Problem) pertenece a la rama de las matemáticas aplicadas, conocida como Optimización Combinatoria, muy importante en la investigación de operaciones y en la ciencia de la computación. El TSP fue formulado por primera vez en 1930 y es uno de los casos de optimización más estudiados.

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a profesora del Centro de Investigación Operativa de la Universidad Miguel Hernández (UMH) de Elche Mercedes Landete define los problemas de optimización como aquellos que se pueden describir con variables matemáticas, en los que hay una función muy clara que se quiere minimizar o maximizar (la distancia total recorrida), además de unas condiciones que se tienen que cumplir (en este caso que el viajante visite todas las ciudades al menos una vez y regrese al punto de origen). En este tipo de problemas puede haber un conjunto de soluciones finito: por ejemplo, en el caso clásico descrito del viajante de comercio, donde dependiendo de las ciudades se establecerán una serie de posibles rutas determinadas. Pero también puede que se trate de un conjunto de soluciones infinitas si, en el enunciado, el viajante no solo debe visitar las localizaciones establecidas, sino que también necesita transportar mercancías, de manera que entra en juego la variable del peso que puede cargar el camión de reparto de acuerdo a su espacio.

Asimismo, las variables también pueden ser de otro tipo. Por ejemplo, puede tratarse del horario, si se piensa en un escenario en el que el vehículo debe cambiar de conductor cada cierto número de horas al volante. Y todavía se puede complicar más si a esta circunstancia de conductores que solo pueden estar al volante un cierto número de horas se le añade que, además, los trabajadores deban terminar su jornada cerca de casa. En este caso, se trata de un problema similar al que se enfrentan los matemáticos que deben, a través de algoritmos, establecer las diferentes rutas de vuelo en un aeropuerto.

El algoritmo de reparto es el conjunto de órdenes consecutivas que lleva a resolver el problema y pueden ser exactos o inexactos o heurísticos. “Si por ejemplo estamos hablando de una solución de vuelos en la que vas a necesitar una hora para calcular todas las opciones, pero solo se dispone de dos minutos, entonces basta con obtener soluciones que sean lo suficientemente buenas”, explica Landete. Y añade: “Puede que lo óptimo sea que todos los pilotos trabajen 6 horas y 36 minutos y vuelvan a sus hogares. Pero para encontrar la solución en la que todos trabajen 6 horas y 36 minutos quizá se necesite mucho tiempo y como los pilotos se ajustan a trabajar menos de 8 horas, en menos tiempo puedo encontrar esa solución que, no es exacta, pero sí buena y rápida”, puntualiza. Esta solución recibe el nombre de heurística.

Los algoritmos de optimización combinatoria resuelven este tipo de problemas a través de la exploración de un gran conjunto de soluciones posibles. Como señala Landete, la forma en la que surgen soluciones para estos problemas de optimización es a través de la programación lineal (carece de exponentes y raíces cuadradas). Cuando el problema es posible representarlo de esa manera, los mé-

Mercedes Landete

Profesora del Centro de Investigación Operativa UMH todos para resolverlo resultan más sencillos.

“Así que nuestro objetivo será siempre intentar escribirlo como un problema de optimización lineal, para usar el método de resolución más cómodo”, señala la experta.

El algoritmo de reparto es el conjunto de órdenes consecutivas que lleva a resolver el problema A su vez, los problemas de optimización se sirven de la teoría de grafos y de la teoría de poliedros para representar el conjunto de soluciones posibles. Los grafos son conjuntos de objetos, llamados vértices o nodos, unidos por aristas que permiten representar relaciones binarias entre elementos de un conjunto. En los poliedros son los planos los que representan cada condición dada. Landete señala: “Si pensamos en el poliedro como una caja de soluciones y en el algoritmo como el conjunto de instrucciones dadas, podemos imaginar cómo el algoritmo se aproxima al poliedro escaneando los diferentes planos hasta alcanzarlo. Y en ese trabajo es donde el algoritmo consume el mayor tiempo: se aproxima muy despacio al poliedro para no pasárselo. Y una vez que lo al-

canza, podemos decir que ya ha encontrado el conjunto de soluciones”, todo esto explicado de una manera muy básica, matiza la experta.

Google Maps Un ejemplo de aplicación diaria de este tipo de problemas se encuentra en Google Maps, que permite calcular una distancia entre dos puntos y atiende a diferentes variables de acuerdo a cómo se quiere recorrer la ruta, si de la manera más rápida o de la manera más barata, sin pasar por peajes. Se trata de un ejemplo en el que el usuario tiene que tomar decisiones que influyen en la solución. Si se atiende al conjunto de soluciones posibles en el escenario de las rutas entre ciudades, lo lógico a priori en lugar de empezar por una solución al azar, parece ser ir del punto inicial al punto más cercano y así sucesivamente.

Según la experta, al actuar de esta forma se puede alcanzar una buena solución inicial y a partir de ahí se sigue perfeccionando el algoritmo para llegar al conjunto de resultados óptimos. A medida que aumenta el número de ciudades que se deben visitar, aumentan exponencialmente las permutaciones posibles (cada ruta es una permutación). Por ejemplo, para 30 ciudades hay una enorme cantidad de rutas posibles y de ahí deriva la importancia de que existan técnicas de optimización.

Variaciones del problema El problema del viajante se complica a medida que se añaden condiciones. “Imagínate que voy recogiendo cualquier producto, pongamos leche, vino y huevos y que, a su vez, los voy entregando a otros sitios porque tengo mi pequeña cooperativa de granja y la ruta la tengo calculada para que sea la más óptima: la más barata y la más rápida. Pero de pronto, me lla-

Travelest, optimizando el modo de viajar Travelest es una aplicación móvil que proporciona la mejor manera de organizar una ruta turística urbana, gracias al algoritmo de optimización desarrollado por los estudiantes del Grado en Estadística Empresarial de la UMH Alejandro Linde, Vladimir Strilets y Alejandro López.

En función de los parámetros especificados por el usuario, calcula una ruta que optimiza el número de lugares visitados con el fin de mejorar la experiencia turística en una ciudad. El trayecto se ajusta al tiempo del que el usuario dispone para la visita, sus preferencias y el lugar de inicio y fin de la ruta. La idea nació tras ser uno de los proyectos ganadores de la 5ª edición del Sprint de Creación de Empresas, el programa para emprendedores del Parque Científico de la UMH. También fueron galardonados en el concurso internacional Plataforma Talento, impulsado por Volkswagen y EL PAÍS, y con el premio internacional Treelogic 2017 al Espíritu Innovador.

Aproximación a un grafo utilizado para resolver problemas de optimización

ma por teléfono uno de mis clientes habituales y me dice que no pase, que tiene de todo.

Entonces la ruta que era la más económica y adecuada se me desmonta porque pasaba por su pueblo”, describe Landete, quien también explica que este tipo de circunstancias se dan y se contemplan en el algoritmo atendiendo a la fiabilidad de cada cliente. “Este cliente 5 veces de cada 100 me llama para decir que no quiere nada. Es un cliente fiable, pero hay otros clientes que casi el 50% de los días me llaman y me dicen que no quieren nada.

Como cada cliente tiene su fiabilidad, en lugar de elegir la mejor ruta como si todos fueran fiables al 100%, elijo la mejor ruta incluyendo las fiabilidades en la ecuación”, puntualiza la matemática.

“Los drones suponen un desafío, ya no hace falta tener en cuenta las vías establecidas”, explica Landete El diseño de rutas para camiones que recogen basura en Vitoria, en los que se debe tener en cuenta el sentido de la dirección, ya que los contenedores están a uno u otro lado; o la

planificación de rutas para máquinas quitanieves en las calzadas de una ciudad canadiense son algunos de los proyectos de investigación en los que ha participado el grupo de Landete. Dos casos en los que no solo se tiene en cuenta la distancia, sino también el sentido, ya que a las máquinas quitanieves les cuesta un esfuerzo determinado en términos de combustible hacer el barrido de nieve de una carretera, mientras que regresar por la misma vía, ya sin nieve, es menos costoso. Condiciones que de nuevo debe contemplar el algoritmo.

Otras aplicaciones Otro caso de aplicación real es el de los contadores de la luz. En la actualidad, se están incorporando dispositivos en la red para que no sea necesario que físicamente alguien entre en la portería para ver lo que se ha consumido en luz en cada edificio. “Lo que se hace es planificar rutas que están lo suficientemente cerca de los nodos que emiten la información, intentando abarcar el área de comunicación de las antenas”, subraya la profesora. Y continuando con la planificación de rutas, Landete explica que los drones suponen un gran desafío porque “con ellos ya no hace falta tener en cuenta las vías establecidas, que constituyen un problema importante, ya que se desplazan por un espacio aéreo, tal y como se están utilizando en Estados Unidos para distribuir productos relacionados con parafarmacia”.

Las técnicas de optimización también se aplican en la secuenciación de ADN ya que, como en los casos anteriores, en este ámbito también entran en juego multitud de variables a la hora de abordar combinaciones de genes que tienen que cumplir unas determinadas características. De nuevo esas característi-

cas se calculan en términos de restricciones y se resuelve el problema. “Lo que puede suceder en estos casos es que, al tratarse de un número de posibilidades muy grande, se necesita una gran potencia de cálculo por parte de los ordenadores que estén destinados al proyecto, por este motivo en estos casos se suele utilizar lo que se conoce como programación en paralelo”, apunta la experta. Landete añade que son los matemáticos teóricos quienes deciden cómo se puede dividir el problema para que cada unidad de procesamiento (CPU) se dedique a resolver una parte, de manera que todos los ordenadores implicados van a trabajar para resolver el mismo dilema.

Las aplicaciones de este tipo de técnicas a la vida diaria son infinitas y uno de los ejemplos más llamativos quizá sea el de la compañía Amazon, que debe decidir entre un conjunto de empresas de paquetería finito dónde va a colocar los productos para ser distribuidos. A su vez, la empresa de comercio electrónico estipula los precios distintos según lo que le compensa, si el cliente quiere que el producto le llegue a casa, le cuesta un precio, si va a un punto de recogida, el coste es inferior. “Amazon prefiere las empresas colaboradoras porque a un punto de recogida puede llevar varios paquetes a la vez, mientras que, si no tiene que pagar al repartidor para que vaya a un montón de domicilios, de ahí el incremento. Así que de acuerdo a las variables que necesita contemplar, Amazon, como otras muchas empresas y distribuidoras, también, está aplicando todas estas técnicas de optimización, aunque en esta ocasión enfocadas a problemas de localización”, describe la profesora

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ÂżCoche convencional o electrico?

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os profesores del Departamento de Ingeniería Mecánica y Energía de la UMH Miguel Sánchez y Fernando Verdú comentan las ventajas e inconvenientes de los diferentes tipos de vehículos y combustibles Tomar la decisión de comprar un coche hoy en día no es tarea fácil. Entran en juego variables como el precio, tamaño, color y otras cuestiones más complejas. Entre ellas, qué tipo de motor es el más adecuado. Para despejar las dudas técnicas, los profesores del Departamento de Ingeniería Mecánica y Energía de la Universidad Miguel Hernández (UMH) de Elche Miguel Sánchez Lozano y Fernando Verdú Bernabeu explican las características y diferencias de los principales tipos de motores y combustibles.

Motor térmico o motor eléctrico La principal diferencia entre estos dos tipos de motores está en el origen de la energía. En los motores térmicos, la energía es obtenida de un combustible, como gasolina o gasóleo. Queman combustible y generan una energía calorífica que se transforma en movimiento. En un motor eléctrico, la energía se obtiene de un acumulador, donde está almacenada la energía eléctrica que será transformada en energía mecánica.

No obstante, la principal cuestión que se plantean los consumidores es la practicidad de cada uno de ellos. “Con el motor térmico puedes tener almacenado el combustible en cualquier depósito y alimentarlo allí donde esté. La gran desventaja del eléctrico es que para obtener energía es necesario disponer de una red eléctrica porque la energía eléctrica no es tan fácil de almacenar. Se puede acumular en baterías con una capacidad y tiempo de almacenamiento bastante limitados”, expone el profesor Miguel Sánchez.

“Otra de las principales diferencias que hay entre uno y otro es cómo se aprovecha la energía. El vehículo con motor térmico aporta un rendimiento de apenas un 20-25% y el eléctrico alrededor de un 4050%”, explica Verdú. Por tanto, desde el punto de vista del usuario, quien paga un euro de combustible, aprovecha en torno a 20 céntimos, mientras que quien paga un euro en energía eléctrica, aprovecha la mitad del euro. El motor eléctrico tiene un rendimiento muchísimo mayor, aunque, el profesor Sánchez alerta de que se debe tener presente otra cuestión: “Para generar la energía eléctrica, cuando no procede de fuentes renovables, también se pierde energía en el propio proceso. Hasta ahora, gran parte de la energía eléctrica que consumimos se produce con un motor térmico muy potente en una central eléctrica. Por lo tanto, con el motor eléctrico estaríamos perdiendo el mismo rendimiento solo que en momentos y lugares diferentes, en este caso, en la central eléctrica y, por tanto, fuera de la ciudad, al contrario que el térmico”.

Actualmente el motor diésel permite obtener rendimientos mayores que un motor gasolina y, por tanto, consume menos combustible

Gasolina, diésel, o gas Dentro de los motores térmicos, las dos principales fuentes de energía son la gasolina y el gasóleo o diésel. Sin embargo, existen otras opciones como el Gas Licuado del Petróleo (GLP) o el Gas Natural Comprimido (GNC) que, aunque no sean tan populares, también pueden resultar una buena alternativa. A pesar de no ser muy comunes en España, el GLP y GNC se encuentran con bastante frecuencia en las gasolineras del resto de Europa. Son combustibles más limpios, ya que no contienen residuos de azufre y producen menos partículas sólidas y, además, están sujetos a subvenciones fiscales. La diferencia entre todos ellos radica principalmente en su funcionamiento. Para entrar en combustión, la gasolina, el GLP y el GNC necesitan aire y una chispa. Por otra parte, el diésel se somete a una alta presión hasta que alcanza la temperatura de combustión.

Con el desarrollo de la tecnología, actualmente el motor diésel permite obtener rendimientos mayores que un motor gasolina y, por tanto, consume menos combustible. Además, el profesor Verdú señala: “Desde el punto de vista económico, hoy por hoy, el diésel es más económico,

aunque esto durará hasta que se iguale la tasa impositiva sobre los combustibles.”

Rentabilidad del coche eléctrico “Si pensamos en la rentabilidad desde un punto de vista puramente económico, es más barato moverse en el día a día con un coche eléctrico que con un gasolina o gasóleo”, expone Verdú. Y añade: “La cuestión es si realmente se amortiza el precio de compra del vehículo, que generalmente es bastante alto. Tienes que hacer muchos kilómetros para compensar la inversión”. Sin embargo, “hacer muchos kilómetros para compensar el alto precio de los coches eléctricos a veces es complicado de llevar a cabo porque no son vehículos que te permitan una gran autonomía”, apunta Sánchez. Por esta razón, los expertos opinan que la clave está en mejorar las baterías, pero esta cuestión irá cambiando próximamente, ya que según los expertos los motores eléctricos son mucho más sencillos que los térmicos pero las baterías provocan que sean mucho más caros. Por ejemplo, la batería de un coche de tamaño medio con una capacidad de almacenamiento de 50 kilovatios/ hora de energía ronda los 9.000 euros y permitiría una autonomía de unos 350 km. Por todo ello, los expertos señalan que actualmente los coches eléctricos son útiles si se hace un recorrido fijo, como ir hasta el lugar de trabajo, volver y dejar toda la noche el coche conectado a una fuente alimentación.

Híbridos, ¿una buena solución?

“El vehículo híbrido te da la garantía de no dejarte tirado. Un híbrido tal y como lo concebimos, gasolina y eléctrico, lleva dos motores: uno de combustión y otro eléctrico”, señala Verdú. Aunque el motor eléctrico que suelen llevar tiene relativamente poca potencia, en la mayoría de coches híbridos las baterías se van cargando con el motor térmico

Profesores Fernando Verdú y Miguel Sánchez

y con la frenada gracias a la inercia del coche, lo que representa una ventaja. “Una de las diferencias de los híbridos y los eléctricos es que se cambia también el funcionamiento del coche. Tienes la posibilidad de frenar sin tocar el freno, solamente con la propia regeneración de la batería”, explica el profesor Verdú.

Esto ocurre debido a que un coche híbrido o eléctrico aprovecha la energía cinética de la frenada para recargar las baterías.

Cuestión medioambiental Los expertos aclaran que, además de la ventaja económica, se debe tener presente la visión medioambiental. El profesor de la UMH Fernando Verdú explica: “Un diésel consume menos, tiene menos emisiones de monóxido de carbono y más de óxido de nitrógeno y partículas sólidas que uno de gasolina. Realmente, si comparamos los datos reales de contaminación de los dos tipos de vehículos están prácticamente a la par. Pero es más difícil cumplir la normativa medioambiental con el diésel mientras que la tecnología de la gasolina sí que permite reducir las emisiones”.

“La capacidad de generación eléctrica actual no da para alimentar un parque de vehículos eléctricos”igual que el de motores térmicos”, afirma Sánchez

Miguel Sánchez añade: “Desde el punto de vista del medioambiente, la gran ventaja del eléctrico es que no echa humo por donde circula el coche. Si la energía se ha producido en centrales térmicas de carbón o fuel, el humo se estaría produciendo fuera de la ciudad, donde el problema medioambiental es menor.” Y aclara: “Posiblemente, con el motor eléctrico se esté generando una mayor cantidad de emisiones contaminantes, pero se producen en un sitio donde la atmósfera está más limpia y puede diluirse. Y cuanto más porcentaje haya de fuentes renovables en las energías eléctricas, menor va a ser este inconveniente. Si es energía solar, eólica, o nuclear no hay problema”.

¿Dejarán de circular vehículos de combustión en España para el 2050?

“No tenemos claro que sea posible porque la tecnología no está avanzando tan rápido como se creía hace unos años”, explica el profesor Sánchez. Además, añade: “Ni va a evolucionar tan rápido ni vamos a ser capaces de sustituir toda la movilidad incorporando solamente la eléctrica. La capacidad de generación eléctrica actual no da para alimentar un parque de vehículos eléctricos igual que el de motores térmicos que existe actualmente.

Tendría que triplicarse la capacidad de generación de energía eléctrica para dar abasto”.

Otra de las cuestiones por las que resulta complicado incorporar completamente vehículos eléctricos es su baja autonomía. “Los eléctricos pueden sustituir la movilidad en las ciudades cuando el recorrido sea corto y siempre fijo, pero, hoy por hoy, es imposible que un eléctrico sustituya la movilidad en carretera”, expone Verdú. Una posible solución para paliar este problema sería el uso de las baterías intercambiables. “Es una buena opción. En los trayectos solo se tendría que pasar por una gasolinera, cambiar la batería y continuar el viaje. Eso requiere que todos los fabricantes se pongan de acuerdo en normalizar un tipo de batería, pero también es complicado”, explica el profesor Sánchez.

Futuro de los vehículos Los expertos coinciden en la generalización de los híbridos. “Serán los que tengan el mercado. La mayoría de marcas de vehículos ya los ofrecen y, además, es una forma de mejorar la eficiencia del motor térmico”, expone el profesor Verdú.