La universalidad de la realimentación

Javier Aracil

Discurso de Apertura de Curso 2013-14 Real Academia Sevillana de Ciencias

Señor Rector,señor Presidente,señoras y señores,

Me siento muy honrado porque este año me haya correspondido ladistinción de pronunciar este prestigioso discurso en el Solemne Acto deApertura de Curso de esta Academia.

Voy aprovechar el tiempo que me brinda esta oportunidad para hablarles deun asunto que me resulta muy querido: la realimentación y su ubicuidad.Todo el mundo sabe lo que es la realimentación, pero me voy a permitirrecordarlo al tiempo que expongo la génesis de este concepto, su origen enla solución de problemas utilitarios y concretos de ingeniería, así como launiversalidad que ha adquirido en nuestro tiempo, debido a suomnipresencia no sólo en aplicaciones técnicas, sino incluso en los seresvivos y en los sistemas sociales, por lo que ha repercutido incluso en lapropia imagen científica del mundo. Ahora mismo estoy realimentando,con lo que me llega por mis ojos y oídos, su reacción ante mis palabras ydecidiendo, en función de esa información, qué sigo haciendo. Es lo quehacemos continuamente en la vida. En nuestra interacción con el entorno,la realimentación ocupa un lugar primordial. Pero, ¿cómo surge eseconcepto universal que tiene sus raíces en la ingeniería?

Voy a contarles algo de esa historia y para hacerlo voy a empezar evocandola figura de un destacado ingeniero español. Desde finales del XIXsobresale la figura de Leonardo Torres Quevedo (1852-1936), quepertenece a la época regeneracionista de comienzos del siglo pasado ypresenta un perfil de investigador de la técnica con aportaciones originalese interesantes (García Santesmases, 1980).

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Figura 1: Leonardo Torres Quevedo, nuevo ‘doodle’ de Google.El buscador dedica su logo al 160 aniversario del nacimiento del ingeniero

español.

En la obra de Torres Quevedo se despliegan variados intereses, como laentonces naciente aeronáutica, en especial los dirigibles, y lostransbordadores (los del Niágara y del Monte Ulía). Pero su aportación demayor relevancia para lo que nos interesa aquí es haber contribuido aestablecer las bases de lo que luego sería la rama de la ingeniería dedicadaa la automática. Funda en 1910 el Laboratorio de Automática, cambiandola denominación del Laboratorio de Mecánica Aplicada que previamente élmismo había creado en 1901 y que estaba situado en el edificio que sedenominaba entonces Palacio de la Industria y de las Artes, y que hoyocupan la Escuela Técnica Superior de Ingenieros Industriales de la UPM yel Museo de Ciencias Naturales. Al mismo tiempo proyecta y construyeuna serie de máquinas calculadoras que permiten resolver determinadasecuaciones algebraicas mediante la construcción de un modelo mecánico deesas ecuaciones.

Además de estas contribuciones concretas, que son referencia frecuentecuando se expone la historia de las máquinas de cálculo automático, se ledebe una notable memoria titulada Ensayos sobre la Automática1 en la queexpone sugerentes consideraciones sobre la estructura de realimentación ylos autómatas (que hoy quizá llamaríamos robots). A Torres Quevedo cabeasignarle la paternidad de la adopción en español del término automática ensentido moderno, es decir, como sustantivo que designa un cuerpo deconocimientos, y no como mero adjetivo que se predica del funcionamientode ciertas máquinas. Además, es un auténtico pionero de la figura delingeniero investigador en España.

Para Torres Quevedo la automática se ocupa de la construcción deautómatas, máquinas a las que considera dotadas de vida de relación con elmedio en el que están inmersas. En este sentido, la concepción de Torres

1 Publicada en la Revista de la Real Academia de Ciencias Exactas, Físicas y Naturales deMadrid en el número correspondiente al mes de enero de 1914, pp. 391-419. Se tradujo alfrancés con el título “Essais sur l’Automatique” en la Revue Générale des Sciences Pures etAppliquées, Vol. 2, 15 de noviembre de 1915, pp. 601-611. También se ha publicado en inglésen la compilación de Bryan Randel The origins of digital computers. Selected papers. Springer-Verlag, 1973. Hay una reedición reciente de las tres versiones española, francesa e inglesa,realizada por INTEMAC en 1996. También se incluye, con otros escritos interesantes, enFrancisco González de Posada (Ed.), Leonardo Torres Quevedo, Biblioteca de la CienciaEspañola, Fundación Banco Exterior, 1992.

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Quevedo resulta muy moderna y precursora, ya que hoy entendemos elcontrol automático como la interacción efectiva de un sistema con suentorno (con su circunstancia dirían los orteguianos), haciendo prevalecerla preservación de los objetivos para los que ha sido concebido ese sistema.Una máquina o proceso está automatizada si su comportamiento es eldeseado con independencia de las perturbaciones a las que lo somete elentorno; así, un avión en vuelo con el piloto automático, o una gran factoríaquímica automatizada, son ejemplos de funcionamiento autónomo paramantener un cierto objetivo —en un caso, el vuelo con la trayectoriadeseada, y en el otro, el funcionamiento autónomo del proceso conservandoaceptablemente constantes ciertas variables (presiones, temperaturas,caudales,...) en el valor requerido y optimizando, al mismo tiempo, algúnparámetro, como puede ser el consumo energético––.

Torres Quevedo propone en su ensayo que para que la interacción con elentorno sea efectiva, las máquinas automatizadas, que incluso debenpermitir prescindir del operador humano en las funciones de control o degobierno, deben estar dotadas de unos sensores, que emulen a los sentidos,formados por instrumentos o aparatos de medida —como las célulasfotoeléctricas, termómetros, medidores de una concentración de iones dehidrógeno y toda la gran cantidad de dispositivos de los que se dispone parala supervisión de los procesos industriales— con los que medir lasmagnitudes cuyo comportamiento es relevante para los fines perseguidos.Estos sensores permiten registrar información con respecto a lo que sepretende automatizar o relativa al entorno en el que se desenvuelve eseproceso. Además, también deben disponer de miembros accionadores,actuadores o ejecutores —como los motores eléctricos que abren o cierranuna válvula, los embragues electromagnéticos, y tantos otros ejecutoresmediante los que se actúa sobre un determinado proceso— mediante loscuales actuar sobre la máquina cuyo comportamiento se estáautomatizando, convirtiendo la información generada en el órgano decontrol en actuaciones concretas sobre esa máquina. Y, por último, aunquees lo más valioso, un órgano de procesamiento de la informaciónprocedente de los sensores para determinar la actuación de los ejecutores yque hoy denominamos órgano de control o controlador (normalmente unordenador), al que corresponde la delicada misión de controlar, regular oenderezar el comportamiento del sistema que se intenta automatizar; esdecir, Torres Quevedo postula, empleando un término muy sugerente —una pequeña joya lingüística—, que los autómatas deben tenerdiscernimiento entre las diferentes opciones de actuación que se lesbrindan, de modo que a partir de las impresiones que reciben decidan, entrelas posibles, las actuaciones más adecuadas al fin perseguido. Así, en lapágina 3 de los Ensayos antes mencionados, se lee:

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…se necesita—y éste es el principal objeto de la Automática—que los autómatastengan discernimiento, que puedan en cada momento, teniendo en cuenta lasimpresiones que reciben, y también, á veces, las que han recibido anteriormente,ordenar la operación deseada. Es necesario que los autómatas imiten á los seresvivos, ejecutando sus actos con arreglo á las impresiones que reciban y adaptandosu conducta á las circunstancias. [cursivas de Torres Quevedo]

De este modo, la idea fundamental que subyace al planteamiento de TorresQuevedo es que un autómata actúa procesando las impresiones que recibe ydecidiendo su actuación a partir de ese procesamiento. Por tanto, el granproblema es el del “discernimiento”, la adopción de decisiones, entreaquellas viables, a partir del procesamiento de las señales percibidas, paraproducir una actuación adecuada a los fines deseados. La gran dificultadcon que se encontró Torres Quevedo es que pretendió resolver eseprocesamiento con componentes mecánicos (en algunos casoselectromecánicos) y esos elementos eran manifiestamente insuficientespara los propósitos apetecidos. Fue capaz de resolver algunos casosparticulares, pero carecía de una concepción general, como la que de hechoya se tenía en aquellos tiempos para la máquina de vapor y el celebradoregulador de bolas de Watt. De hecho, durante el siglo anterior, CharlesBabagge (1791-1871) había fracasado en el intento de construir contecnología mecánica una máquina analítica universal.

Figura 2.– Estructura de realimentación.

En la figura 2 se muestra el esquema general de una máquina dotada decontrol automático —en la que se indican mediante bloques los sensores, elórgano de control, y los actuadores––. La maquina resultante posee unanotable estructura en la que conviene detenerse.

El esquema de la figura 2 recibe la denominación de estructura derealimentación (término muy posterior a Torres Quevedo) y en ella el papelde la información es esencial. Se realimenta información con relación a lasmagnitudes que se pretenden controlar, para compararla con otrainformación, que suele ser el valor deseado para esas magnitudes, y luegose procesan esas informaciones hasta producir otra nueva: el valor que sedesea que tengan las señales de actuación sobre el proceso que se trata deautomatizar. Como resultado de la correspondiente actuación se producenmodificaciones en el comportamiento del sistema controlado que, denuevo, son registradas por los sensores. Se reinicia así el proceso que,como es bien patente, da lugar a una cadena causal circular, que no tiene

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fin, en la que una variación en cualquier punto de la cadena influye sobre símisma. Si la cadena de realimentación es negativa, esta influencia tenderá aatenuar la alteración; pero si, por el contrario, es positiva la perturbación severá reforzada: esto es lo que sucede en los llamados círculos virtuosos, enlos que las variaciones se refuerzan, desembocando en procesos decrecimiento explosivo; de modo que la realimentación positiva está en elorigen de los procesos de crecimiento, incluso en los explosivos.

Cada una de las anteriores funciones —medir, decidir y actuar o ejecutar—presenta problemas técnicos específicos. La automática pertenece, en ciertosentido, al ámbito de las tecnologías de la información, con laparticularidad de que lo hace de modo que genere actuaciones quecomporten la inyección dosificada de energía en el proceso cuyocomportamiento se está gobernando. En efecto, a partir del resultado delprocesamiento de información, y mediante la actuación, se inyecta energíade acuerdo con los objetivos que se pretenden alcanzar para elfuncionamiento del sistema. Por lo tanto, la información se incorpora alpropio funcionamiento de las máquinas. De este modo, un aspectoestructural característico del comportamiento de un sistema dotado derealimentación negativa es que en él se combinan la información y laenergía, de forma peculiar. La energía es necesaria para hacer algo; peropara especificar qué se quiere hacer se requiere información: combinadasambas es posible llevar a cabo el control.

El concepto de realimentación suministra un mecanismo para dar unainterpretación causal a los comportamientos teleológicos u orientados a unobjetivo de las propias máquinas (Rosenbrock, 1990). Considérese el casoelemental de un termostato que es un artefacto cuyo objetivo es mantenerconstante la temperatura de una habitación; y para ello mide la temperaturaexistente, la compara con la deseada y determina la actuación de uncalefactor —o un inyector de frigorías— para lograr ese objetivo. Estemecanismo es análogo a los procesos homeostáticos mediante los que losseres vivos mantienen sus constantes vitales en un valor compatible con elmantenimiento de la vida. Volveré luego sobre este extremo.

Un problema que presentan las estructuras de realimentación es que si en lacadena causal circular se producen retrasos (lo que de una forma u otrasucede siempre debido, entre otras cosas, a la inercia de las partescomponentes de las máquinas) entonces la propia estructura puede generaroscilaciones de los desfases que producen esos retrasos; y que, en los casosmás sencillos y habituales, son simplemente periódicas; pero que en otrosmás complejos llegan a alcanzar el caos.

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No obstante, pese a las precursoras e innovadoras concepciones yrealizaciones de Torres Quevedo, acaso su mayor deficiencia sea que,aunque percibió el mecanismo de realimentación —sin llegar adenominarlo así–– no fue capaz, sin embargo, de formularlo explícitamentecon un lenguaje matemático adecuado ni de vislumbrar los crucialesproblemas de estabilidad que la incorporación de esa estructuracomportaba. Además, su contribución no llegó a plasmarse en una escuelade investigación técnica dotada de continuidad, ni en aportaciones de ordenmetodológico que admitiesen ulteriores desarrollos conceptuales uoperativos. De Torres Quevedo se puede decir que pertenece a laprotohistoria de la automática en España, aunque de él no parte una líneadirecta que conduzca al florecimiento actual de esa disciplina ni a losmodernos ordenadores.

Primeros estudios sobre sistemas realimentados

En el siglo XIX ya se había abordado el estudio de los sistemasrealimentados, especialmente con la máquina de vapor, un ejemplo clásicode ese tipo de sistemas, a la que incluso dedicó un artículo el propio JamesClerk Maxwell (Maxwell, 1867), si bien a la postre este escrito tuvo pocainfluencia entre ingenieros. Para el proyecto de los reguladores a bolas fuemás bien un matemático, reconvertido en ingeniero, el ruso IvanWischnegradsky (Wischnegradsky, 1876) quien realizó aportacionesprecursoras y relevantes para el proyecto de esas máquinas. Pero no fuehasta el siglo XX cuando se abordó sistemáticamente el estudio de esossistemas.

En efecto, poco más de un decenio después de la publicación de lostrabajos de Torres Quevedo sobre automática, se diseñó el amplificadorelectrónico con realimentación negativa, concebido por Harold Black(1898-1983) a finales de los años veinte y que marca un hito en los estudiossobre sistemas realimentados (y en la misma adopción de la voz feedbacken inglés y realimentación en español). Cuando Black se incorporó a losLaboratorios Bell, en 1921, AT&T se enfrentaba al reto de aumentar laeficacia de la telefonía a larga distancia; pues se producía una importantepérdida de intensidad de la señal con la longitud de la línea, que secompensaba con amplificadores, entonces de válvulas electrónicas. Perolos amplificadores disponibles distorsionaban la señal. Otros ingenieros dela Bell, además del propio Black, tuvieron que afrontar el problema de lacarencia de amplificadores adecuados.

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En 1923, Black asistió a una charla dada por Charles Steinmetz (1865-1923), ingeniero jefe consultor de General Electric y presidente del AIEE(American Institute of Electrical Engineers), y quedó impresionado porcómo el conferenciante conseguía concentrarse en lo fundamental. A partirde esas consideraciones Black modificó su propio punto de vista, revisandosu estrategia previa con relación a la pérdida de señal en una línea detransmisión, lo que le llevó a replantear su forma de abordar el problema. Apartir de ello dirigió sus esfuerzos a lograr una baja distorsión mediantecancelación en lugar de por previsión, como se pretendía habitualmente enaquellos tiempos.

Figura 3. Portada del New York Times en la que Harold Black esbozóel circuito electrónico de realimentación negativa

La correcta identificación del problema por Black le resultó muy fructífera.Y así, una mañana de 1927, en el transbordador que le llevaba a NuevaYork desde New Jersey2, tuvo la inspiración (la chispa del inventor, ytambién del creador artístico o literario) de que si alimentaba la entrada delamplificador con la propia salida y con el signo cambiado (es decir, lodotaba de realimentación negativa), y era capaz de evitar que el sistemaoscilase, obtendría exactamente lo que necesitaba: atenuar la distorsión dela salida. Comprobó además que en un amplificador de realimentaciónnegativa, si la ganancia del bucle abierto es mucho mayor que la unidad,entonces la ganancia del conjunto (del sistema en bucle cerrado) nodepende significativamente de la ganancia del amplificador. Con ello seobtiene una mayor zona de comportamiento lineal a costa de reducir laganancia, lo que tiene también el efecto adicional de incrementar el anchode banda del amplificador. Pero junto a estas ventajas se presenta elproblema de que el sistema puede ser inestable y oscilar, debido a losretrasos en el bucle de realimentación antes mencionados, por lo que huboque analizarlo con minuciosidad para evitar que esto sucediera. Y así nacióel humilde pero trascendente amplificador electrónico con realimentaciónnegativa y estabilizado. Es de destacar que todo ello es resultado delingenio de Black y de los que colaboraron con él, que aplicaron alproblema un rigor que en nada desmerece al de un científico cuandopretende desvelar algún enigma del mundo natural, aunque la concepcióndel influyente circuito no fuera un mero corolario de alguna teoríacientífica preexistente, sino el resultado de la imaginativa creatividadpropia de un ingeniero aplicada a la resolución de un problema utilitario.

2 Todavía se conserva, como un fetiche, el ejemplar del New York Times en el que hizo los primeros esbozos del amplificador de realimentación negativa.

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Como sucede con frecuencia, la conversión de la idea original de uninvento en un producto útil necesita mucho más tiempo que el esfuerzo deconcebirlo. A Black se unieron Harry Nyquist (1889-1976), Hendrick Bode(1905-1982) y otros ingenieros o asimilados para resolver los problemas deestabilidad y otras complicaciones del circuito realimentado. Desdeentonces la realimentación negativa ha sido objeto de un uso generalizadopor los ingenieros, en particular en los sistemas de control automático detodas las clases, además de servir para iluminar algunos fenómenosnaturales, fisiológicos o incluso sociales. En concreto, sirvió de bloqueconceptual básico para la cibernética, sobre la que volveré más adelante.

Antes de la Segunda Guerra Mundial, los métodos de análisis de lossistemas realimentados tenían un alcance muy limitado. Es lo que ocurríacon los servomecanismos, o con algunos reguladores de procesosindustriales, para los que los ingenieros desarrollaron un cuerpo deconocimientos que se desenvolvían en el dominio temporal. Pero, a partirde los resultados de Black con los amplificadores electrónicos derealimentación negativa, los ingenieros de telecomunicación desarrollaronmétodos generales de análisis de los sistemas realimentados basados en eldominio de la frecuencia, con lo que concibieron procedimientos de diseñoque, entre otras cosas, permitieron entender y resolver los problemasantagónicos de precisión y estabilidad que muestran esos sistemas, ademásde los propios de estabilidad. Estos métodos se adaptaron a losservomecanismos, también sistemas dotados de realimentación negativa,donde alcanzaron un brillante desarrollo específico. Se comprendió que unamplificador electrónico de realimentación negativa, cuya salida debeseguir lo más fielmente posible a la señal de entrada, era análogo a unservomecanismo que debe reproducir con precisión en el eje de salida lainformación de la señal de entrada (en ambos dispositivos a un nivelsuperior de potencia).

Los servomecanismos ejercieron una gran fascinación en los añosanteriores y durante la propia guerra mundial. Se trata de mecanismos quepermiten que determinados ejes mecánicos (como el cañón de un armaantiaérea, el timón de un barco o los alerones de un avión) alcancen laposición requerida para una determinada función, con la potencia necesariapara desempeñarla. Los servomecanismos son básicos para las partesmecánicas de un robot, las cuales se posicionan adecuadamente medianteesos mecanismos. Permiten que las órdenes emanadas de un ordenador sematerialicen en posiciones concretas para los miembros de estas máquinas.En este sentido, un ordenador es como un cerebro sin órganos: un robotincompleto, como si fuera una mente sin cuerpo. Gracias a los

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servomecanismos el computador puede actuar sobre su entorno material.Así, la robótica ha florecido en conjunción con la automática.

Por lo que respecta a la introducción en España del estudio de losservomecanismos es notable la figura de Antonio Colino (1914-2008), undestacado ingeniero industrial, que fue Profesor Titular3 de Electrónica enla Escuela Especial de Ingenieros Industriales de Madrid. A él se debe loque hoy es una reliquia bibliográfica: el libro Teoría de losservomecanismos4 editado en una fecha tan temprana como 1950 y cuyocontenido puede ser asumido aún en la actualidad en un curso introductorioa los sistemas realimentados lineales. Precisamente en ese libro Colinopropone el término realimentación como atinada traducción de feedback(realimentar, volver a alimentar), el cual ha hecho fortuna —aunquetambién se lea en ámbitos ajenos a la ingeniería el de retroalimentación, atodas luces menos correcto (¿alimentado por detrás, como enretropropulsor o retroproyector?) e innecesariamente más largo ymalsonante––. No se olvide además que Colino pertenecía a la AcademiaEspañola, a la Sección de Terminología precisamente. De hecho, el propioColino y su mentor Esteban Terradas, junto con otros como Pedro PuigAdam, formaron un pequeño núcleo tempranamente interesado en estascuestiones, que llegó incluso a invitar a Madrid al propio Norbert Wiener,quien estuvo en España en 1951 pronunciando tres notables conferenciasen la entonces Escuela Especial de Ingenieros Industriales de Madrid,organizadas por el Instituto Artigas. Al calor de este grupo se produjo miiniciación en el mundo de los sistemas realimentados que constituyen elnúcleo de la automática.

Volvamos ahora a principios de la Segunda Guerra Mundial. En aquellostiempos se había comprendido por parte de los estrategas angloamericanosque había que evitar a toda costa que Inglaterra quedara fuera de combatepor la acción de los bombardeos alemanes (en la decisiva batalla deInglaterra), y por ello el cañón antiaéreo fue uno de los primeros empeñosvitales que debían ser perfeccionados, en combinación con algúnprocedimiento para descubrir a los aparatos enemigos, lo que se resolviócon ayuda del radar (Radio Detection and Ranging), que permite detectar yestimar la distancia de un objetivo, y fue posiblemente otro de los agentesindiscutibles en la victoria de los Aliados. Está basado en las ondas3 En aquellos tiempos Profesor Titular, en las Escuelas Especiales de Ingenieros,equivalía a Catedrático en la actualidad.4 Este libro ha sido acogido en la publicación Historic Control Textbooks, realizada parala celebración del cincuentenario de la IFAC (International Federation of AutomaticControl) y en la que se han recogido los primeros textos de Control automáticopublicados en los distintos países del mundo. Hay una edición facsímil realizada por laFundación CEA-IFAC en 2010.

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hertzianas de alta frecuencia y formado por semiconductores, los cualesresultaron especialmente eficaces como detectores de las señales en elradar. La eficacia de estos detectores sugirió la búsqueda de un dispositivode estado sólido que llegase a hacer las mismas funciones que las válvulaselectrónicas, dando lugar al transistor, pero esa es otra historia.

En todo caso, además de detectar a los aparatos enemigos había queabatirlos, lo que exigía afinar la dirección de tiro del cañón antiaéreo. Laelevada velocidad de los aviones enemigos obligaba a calcular latrayectoria para que el obús disparado coincidirse en la posición quetendrían cuando éste les alcanzase. Por tanto, el problema balísticodemandaba, además de piezas de artillería adecuadas y proyectiles decalidad, un sistema de control que estimase la posición futura del blanco,ajustase la dirección del cañón y disparase en el instante preciso, de modoque proyectil y blanco coincidiesen en posición y tiempo. El matemáticoNorbert Wiener (1894-1964), que tenía manifiestas inclinacionesingenieriles desde su incorporación al MIT, y el ingeniero Julian Bigelow(1913-2003) abordaron el problema de utilizar la información disponiblesobre la trayectoria del avión para realizar una predicción de su rumbofuturo, con el fin de aumentar la probabilidad de que el proyectil acertase alblanco. Por su propia naturaleza el problema sólo admitía un tratamientoestocástico. La contribución de Wiener fue una teoría matemática de grancalado, que permitía realizar predicciones a partir de informaciónincompleta sobre el movimiento del objetivo —que además podía alterar suruta por decisión inescrutable del piloto—. Esta teoría fue una contribuciónnotable al campo de los servomecanismos, al colocar en primer plano lasconsideraciones estocásticas en el funcionamiento de esos sistemas5. En unprincipio, en tiempos de Black, los análisis teóricos de la realimentaciónllevados a cabo por los ingenieros de control se referían a situacionespresididas por una causalidad estricta; pero Wiener fue capaz de aportaruna descripción matemática rigurosa del procesamiento de informacionesimprecisas o inexactas; a partir de la cual se podía además aislar la señalútil del inevitable ruido. En todo caso, el cálculo correspondiente eraimposible de realizar en tiempo real para un operador humano, por lo quehubo que recurrir a una máquina automática que realizase la función. Y así,la resolución de este problema provocó un enorme perfeccionamiento enlos mecanismos de control automático. 5 Wiener resaltó la naturaleza probabilística de la comunicación y la relevancia de loestocástico para los problemas de control, especialmente en su monografía de 1941Extrapolation, Interpolation, and Smoothing of Stationary Time Series (The M.I.T,Press, 1949), conocida entre los ingenieros que trabajaban con él, durante la guerra conlos japoneses, como “el peligro amarillo”, por el color de las tapas del memorándum ypor la complicación de las matemáticas empleadas en ella.

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En todo caso, el problema del cañón antiaéreo hizo comprender a Wiener elpapel crucial que jugaba la realimentación, y con ella la información, nosólo en las máquinas dotadas de control automático, sino en los mismosseres vivos e incluso en los sistemas sociales, a partir de lo cual realizó laatractiva síntesis que denominó cibernética6, a la que definió como ladisciplina que se ocupa del control, mediante la realimentación, tanto en losseres vivos como en las máquinas (Wiener, 1961). El subtítulo de su libroes expresivo al respecto: control y comunicación en el animal y en lamáquina. Wiener postuló la ubicuidad de la estructura de realimentaciónque, como ya se ha visto, está siempre presente en los sistemas dotados deun gobierno autónomo de su comportamiento.

Vivir de forma efectiva presupone disponer de la información adecuada, enespecial respecto al medio en el que se está inmerso, procesarlacorrectamente y actuar consecuentemente sobre ese medio. Por ejemplo,nos mantenemos de pie mientras andamos porque compensamosconstantemente, gracias a la realimentación, los efectos aciagos de lagravedad que nos harían caer; de modo que el inusitado equilibrio denuestro cuerpo, lo mismo que el resto de los equilibrios vitales, no esestático, sino que es el resultado de un conjunto de procesos derealimentación que contrarrestan activamente las tendencias perturbadorasde la gravedad.

La ingeniería de control automático

Desde la remota antigüedad, la estructura de realimentación fueincorporada a las máquinas gracias al ingenio de sus constructores (aunquelos fisiólogos habían advertido ya en el siglo XIX de su presencia en losseres vivos, sin embargo el estudio de las peculiaridades de esa estructura,su misma formulación explícita y su empleo sistemático para el diseño deartefactos se debe a los ingenieros). A partir del siglo XX se inició suestudio minucioso con aportaciones como las de Black y de Wiener, entreotras muchas, dando lugar a la rama de la ingeniería denominada ingenieríade control automático, la cual ha producido en la actualidad elaboradas ybrillantes realizaciones prácticas en infinidad máquinas y procesos. Esnotable que el segundo de los ingenieros que obtuvo el Premio Nobel,después de Marconi en 1909, fuese un ingeniero de control, el danés Nils

6 El término cibernética ha sufrido una cierta degradación en estos últimos lustros y haperdido el significado original que pretendía imprimirle Wiener. En la actualidad haalcanzado una amplia y poco rigurosa difusión formando parte de palabras comociberespacio, ciberguerra, ciberutopismo o aun ciberfetichismo.

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Gustav Dalén, quien lo obtuvo en 1912 por la “invención de reguladoresautomáticos para ser utilizados en conjunción con acumuladores de gaspara iluminar los faros y las boyas”. Hoy los dispositivos de control regulanel alumbrado, la temperatura en los edificios y el funcionamiento de losascensores; ajustan la inyección de combustible, el tiempo de ignición yotras funciones en los automóviles; regulan las temperaturas, los flujos yotras variables en las plantas de procesos químicos; así como losdispositivos que se denominan abusivamente “inteligentes”. Estas son sólounas pocas de las ingentes aplicaciones de la ingeniería de control, a la quese puede considerar como la ramificación técnica de la cibernética.Además, esta ingeniería es transversal pues afecta a todos los procesoscuyo comportamiento se pretende automatizar, con independencia de larama de la ingeniería a la que pertenezcan, y permanece aparentementeoculta e invisible (como ha destacado Karl Åström). Con ella se consiguenmejoras notorias en el funcionamiento de los artefactos, con actuacionesaparentemente imperceptibles. Aporta una especie de sistema nervioso a lasmáquinas.

La ingeniería de control se ocupa de concebir máquinas y procesos quefaciliten y fomenten la automatización. Por ésta se entiende no solamenteuna mecanización muy perfeccionada, que ya se había alcanzado antes dela Segunda Guerra Mundial. De hecho, la mecanización sustituye a lafuerza humana en el trabajo, pero requiere un operario para el control de lamáquina en cada una de sus fases de actuación. En la automatización, lamáquina está equipada con mecanismos de control por realimentación conlos que, como ya apuntara Torres Quevedo, se “observan” los resultados delas actuaciones previas y a partir de ellos se toman decisiones respecto a loque debe hacerse posteriormente, de modo que la propia máquina lleva acabo su gobierno, persiguiendo de forma autónoma los objetivos para losque ha sido concebida. En el mundo automatizado, como ya se ha dicho, eloperario se hace innecesario; la intervención humana se limita a proyectarel mecanismo, construirlo, programarlo, supervisarlo y conservarlo encondiciones de buen funcionamiento, pero de modo que el conjuntofuncione de manera autónoma (con resultados, a veces, no deseables, comosucede con frecuencia en los denostados drones).

Figura 4.- Control manual y automático

Pero la amplia presencia de los mecanismos de realimentación negativasuscita la cuestión de qué ocurre si estos mecanismos quedan interrumpidoso funcionan deficientemente. ¿Qué sucede si el conductor se despista oincluso se duerme, rompiendo así la cadena de realimentación? El

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funcionamiento incorrecto de la realimentación hace vulnerable al sistemaque la incorpora, pudiendo llevarlo al desastre, lo que se pone demanifiesto, por ejemplo, cuando el actuador se satura (y todos losactuadores lo hacen cuando la solicitación es elevada). Además, no hay queperder de vista que la saturación tasa la actuación. Recuerden Chernóbil.Circula un chiste al respecto. Unos obreros huyen despavoridos de unafactoría en llamas gritando: “¡Está automatizada! ¡No podemoscontrolarla!”. La autonomía que alcanzan los sistemas automatizados no esgratuita y genera sus propios problemas.

No obstante, con las máquinas automatizadas se ha desencadenado lallamada Era de la Automatización, en la que estamos plenamente inmersos.Gracias a los desarrollos de la técnica posteriores a la Segunda GuerraMundial —electrónica, control por realimentación, instrumentación yordenadores— vivimos una época en la que abundan las máquinas queoperan de forma autónoma. Pero, en nuestros días, se observa una renovadareacción frente a la dependencia de la técnica motivada por el crecientedesplazamiento laboral de los humanos por las máquinas, debido a laincidencia de algunas de ellas —en especial las informáticas y las robóticas— no sólo en los medios de producción sino en los mismos servicios (queocupan el mayor porcentaje de empleos en las naciones desarrolladas).Conviene recordar que uno de los soportes de la economía del siglo XX esel consumo interno. De ello tuvo una visión casi profética Henri Ford alpropiciar un modelo de automóvil que estuviera al alcance de sus propiosobreros, cerrando así una espiral entre el consumo y la producción, que haestado en el núcleo del crecimiento económico durante el siglo pasado (porcierto, esa espiral es un ejemplo paradigmático de los omnipresentes buclesde realimentación positiva o círculos virtuosos, responsables de losprocesos de crecimiento, como ya se ha visto). Sin embargo, con laautomatización robotizada hay quienes ven indicios de que ese arquetipo desociedad se está agotando. Viene a colación una anécdota apócrifa queilustra de forma expresiva este cambio: durante una visita conjunta deHenry Ford II (nieto de Henri Ford) y Walter Reuther, Presidente delsindicato de trabajadores del automóvil (UAW), a una moderna plantarobotizada de montaje de automóviles, Ford bromeó con Reuther: “Walter,¿cómo te vas a arreglar para que los robots paguen su cuota al sindicato?”,a lo que Reuther respondió rápida e incisivamente: “Henry, ¿y tú comoharás para que te compren coches?” (Brynjolfsson y McAfee, 2011, p. 49).

Una nueva primitiva en la imagen científica del mundo: la información

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Durante el siglo XIX la ciencia física ––la ciencia básica de la naturalezapor excelencia, pues no se olvide que physis en griego significanaturaleza–– presumía de que se podrían explicar todos los fenómenosnaturales con ayuda de dos únicos conceptos primitivos: la materia y laenergía (fundidos en uno sólo por la teoría de la relatividad). Hasta seacuñó un término filosófico para designar esa actitud reduccionista:materialismo; que ha resultado muy controvertido, aunque ha tenido ampliadifusión, especialmente en su variante ligada al marxismo.

A lo largo de toda la historia de la ingeniería las invenciones mecánicashabían servido para incrementar la capacidad física de los usuarios de lasmáquinas. En efecto, hace miles de años los hombres empezaron aconstruir ingenios para complementar o reemplazar el trabajo de susmúsculos o el de los animales de los que se servían para sus actividades ––el llamado también trabajo de sangre––. Así, ya en tiempos recientes, losmartillos hidráulicos multiplican la fuerza de los brazos, las grúas ymontacargas permiten elevar grandes pesos y los microscopios agudizan lamirada. Pero la electrónica, al suministrar instrumentos con los quemanejar con eficiencia la información, ha abierto un nuevo universo deposibilidades al mundo de la ingeniería: de la amplificación de la potenciadel músculo se ha pasado a la multiplicación de la eficacia de la mente(Noble, 1976). Ni las gigantescas máquinas de construcción, ni el avión, niel automóvil, ni tantos ingenios que conforman la vida moderna hanproducido tanta conmoción en la vida del hombre moderno como losprogresos de la técnica que han permitido el procesamiento de lainformación. En efecto, en la actualidad el ser humano está dando un nuevopaso gigantesco en el dominio del mundo mediante la técnica: construyemáquinas que le ayudan en sus labores mentales. Aún nos encontramos enla infancia de estas máquinas, pero el significado es inmenso: una cosa esconstruir máquinas con las que incrementar la potencia de nuestrosmúsculos y sentidos; y otra mucho más sutil es disponer de herramientasque ayuden o incluso suplan determinadas actividades mentales (Kurzweil,1999). Con todo ello el siglo XX ha hecho tambalearse las pretensionessimplistas de reducirlo todo a materia y energía al incorporar un nuevoconcepto primitivo en la imagen científica del mundo: la información, queestá llamada a jugar un papel progresivamente ampliado en el siglo queestamos empezando. Esta nueva primitiva tiene un carácter inmaterial, yaunque cabalga sobre un sustrato físico es independiente de él (puedehacerlo sobre diferentes soportes, bien sean señales eléctricas o posicionesmecánicas o incluso en mensajeros químicos) por lo que encuentra undifícil acomodo en la física tradicional; aunque no así en la biología, dondejuega un papel básico en el código genético, información en estado puro.

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La cibernética y la información

De la estructura de realimentación cabe decir que es una de lasaportaciones conceptuales más notables hechas desde la ingeniería para lacomprensión del funcionamiento del mundo y para su propia imagencientífica. Además, es un ejemplo notorio de propiedad sistémica: decomportamiento que emerge de la forma en que se organizan loscomponentes de un sistema y no de las propiedades particulares de estos.Por ello no resultan extraños los escarceos, de momento inmaduros, que sehan hecho para elaborar una teoría de sistemas a partir de los fructíferosresultados obtenidos del estudio de los sistemas realimentados.

En todo caso, el concepto de realimentación, introducido por los ingenierospara resolver problemas concretos ligados a la concepción de máquinasautomatizadas, ha resultado tener un interés universal pues se ha convertidoen un concepto capital para la propia comprensión del mundo,trascendiendo al dominio de la ingeniería en el que se había gestado. Setiene así una ilustración palmaria de algo que a veces se olvida: el ingenierobusca en primera instancia la utilidad, y es lo que hace cuando incorpora larealimentación a sus concepciones, con todas sus peculiaridades yproblemas, y con la heurística inherente a la resolución concreta deproblemas utilitarios. Y sólo en una segunda opción resulta que aporta unconcepto cuya relevancia para la comprensión del mundo es indiscutible.Sin embargo, con el científico ocurre justamente lo contrario: primero tratade saber, de saciar la curiosidad; y luego, en segundo lugar, tanto en lamotivación como en el tiempo, busca posibles aplicaciones a eseconocimiento. Es lo que marca la diferencia radical entre ingenieros (yacaso también médicos) y científicos aplicados; entre hacer ingeniería, poruna parte, o ciencia aplicada, por otra. Por ello, aunque ambas parezcanconfluir en el vasto e indefinido campo de las aplicaciones, los métodossubyacentes son abismalmente diferentes, por lo que deben ser juzgadoscon criterios claramente desiguales. Además, esta aparente confluencia nodebe llevar a la confusión de pretender identificar los dos quehaceres comosi fueran una misma cosa; o, como incluso sucede en algún caso, aconfundir la parte con el todo.

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Volviendo al grueso de esta exposición, y para ir concluyendo, convienereseñar que aunque el universo en su totalidad tiende, según lasegunda ley de la termodinámica, a un estado final de homogeneidady muerte, existen enclaves locales en los que la entropía evoluciona enun sentido opuesto al del resto del universo, y en los cuales se produceuna insólita tendencia temporal y contingente a aumentar, o al menosa mantener, la complejidad de su organización. En los enclaves deorden que somos los seres vivos mientras vivimos se produce unafirme, aunque efímera, resistencia a la tendencia al desorden: de modoque la vida es como una exitosa contracorriente local en el seno delgran torrente global que tiende a degradar lo organizado. Por ello losseres vivos son entidades excepcionales sumamente improbables.Estos seres no son una materia que permanece, sino organizacionesque se perpetúan en un flujo material que se está continuamenterenovando; y que sólo sobreviven si son capaces de mantener laorganización promovida por la información, organización que seresiste a desaparecer e incluso tiende a crecer, o al menos a persistir,aunque sea temporalmente; de donde además la ineludible naturalezatransitoria de la vida, que siempre acaba siendo arrollada por el flujodominante del desorden. Con el concurso de la estructura derealimentación se mantienen constantes determinadas magnitudesvitales, y en este sentido esa estructura coopera a un decrecimientotemporal de la entropía en un sistema aislado. Wiener sugirió (Wiener,1950; p. 30) que las máquinas automáticas guardan semejanza con losseres vivos en la medida en que éstas constituyen también zonasaisladas de entropía decreciente, en un universo en el cual la entropíano hace sino aumentar.

Algunos pensadores han apuntado que el mundo debería verse más comoun conjunto de hechos, de procesos, de acontecimientos que discurren en eltiempo, que de las cosas que lo forman. Entre ellos sobresale LudwigWittgenstein quien en el aforismo 1.1 de su celebrado e influyenteTractatus lógico-philosiphicus dice: “El mundo es la totalidad de loshechos, no de las cosas”. La forma de ver el mundo como un enmarañadoproceso de interacciones entre las que es posible distinguir bucles derealimentación positiva, responsables del crecimiento, y negativa, queestabilizan las magnitudes involucradas, suministra un ejemplo concreto dela forma de verlo que subyace a esa propuesta.

Pero bueno, acaso se preguntarán ustedes que a dónde voy a parar: ¡con lodiscreto que era el propósito que me proponía al principio de miintervención! Aunque, ya metido en estos desatinos, no me resisto, para

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cerrar esta sutil digresión, a reproducir una cita del mencionado Wiener.Dice así:

No estamos luchando por una victoria definitiva en un futuro indefinido. Lamayor victoria posible es ser, continuar siendo y haber sido. Ninguna derrota nospuede privar del éxito de haber existido durante algún instante del tiempo en ununiverso que parece indiferente a nosotros.

Así, desde el núcleo mismo del mundo de la técnica surgen reflexiones quepudieran parecer propias de un humanista, cuyo pensamiento se hadesenvuelto tradicionalmente desde supuestos tan ajenos a ese mundo.

Pero no teman que siga por esta ruta, la realimentación que se estáproduciendo en esta sala y en la que estoy directamente involucrado, comodecía al principio de este discurso, me dice que aunque algunos de ustedestodavía me siguen atendiendo con algún resto de interés, ya va siendo horade que les conceda un descanso tanto a esos como a los demás, la mayoríasupongo. Así que no voy a cansarles más. Después de haberme atendidohasta aquí tienen bien merecido un respiro.

Muchas gracias.

Bibliografía

ARACIL, Javier: Fundamentos, método e historia de la ingeniería. Unamirada al mundo de los ingenieros, Editorial Síntesis, 2010.ARACIL, Javier: En busca de la utilidad. La larga marcha del Homofaber. Real Academia de Ingeniería, Madrid, 2012.ARACIL, Javier: Los orígenes de la ingeniería. Esbozo de la historia deuna profesión, Secretariado de Publicaciones de la USE, 2013.GARCÍA SANTESMASES, José: Obra e inventos de Torres Quevedo,Instituto de España, 1980.KURZWEIL, Ray: La era de las máquinas espirituales, Planeta, 1999.MAXWELL, James C.: “On governors”, Proceedings of Royal Society,vol. 16, 270–283, 1867–1868.NOBLE, D.E.: “Transition from Muscle Extension to Brain Expansion”,Proc. IEEE, Vol. 64, Num. 9, Sept., 1976, pp. 1418-1423.ROSENBROCK, H.: Machines with a purpose, Oxford University Press,1990.SIMON, Herbert: Las ciencias de lo artificial, Comares, 2007.WIENER, Norbert: Cybernetics or Control and Communication in theAnimal and the Machine, Second Edition, The M.I.T. Press, 1961.

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WIENER, Norbert: Cibernética y sociedad, Sudamericana, 1969.WISCHNEGRADSKI: “Sur la théorie générale des régulateurs”, ComptesRendues, vol. 83, 318-321, 1876.

Figura 1.- Doodle de Google que el buscador ha dedicado al 160aniversario del nacimiento del ingeniero español Leonardo Torres

Quevedo.

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Figura 2.- Estructura de realimentación, mediante la cual el sistemareacciona autónomamente a los efectos indeseados de las perturbaciones.

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Figura 3. Portada del New York Times en la que Harold black esbozóel circuito electrónico de realimentación negativa

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Figura 4.- Control manual (superior) y control automático (inferior).

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