Los sistemas expertos encuentran aplicación actualmente en muchas áreas de investigación pura e investigación aplicada: por ejemplo, en análisis químico, prospección geológica y solución de problemas matemáticos en ingeniería y física. Desde hace ya muchos años las técnicas informáticas han encontrado aplicación en todas las ramas del saber, pero, sin embargo, los métodos de inteligencia artificial han tenido siempre un ámbito de aplicación mucho más limitado. Por ejemplo, los métodos de inteligencia artificial se han utilizado en problemas no numéricos de razonamiento químico para:
– identificar estructuras moleculares en compuestos orgánicos.
– Planificar la secuencia de reacciones que conducen a la síntesis de compuestos químicos
La identificación de estructuras moleculares es de capital importancia en los campos de la química, la biología y la medicina. En muchos casos no se pueden utilizar métodos analíticos tan sofisticados como la cristalografía por rayos X. En estos casos los investigadores tienen que interpretar los datos obtenidos por otros medios: la espectrometría de masas, por ejemplo. Algunas pruebas permiten al químico descubrir únicamente fragmentos moleculares que sólo facultan el estudio restringido de la substancia. Sin embargo, algunos programas actuales de inteligencia artificial, a partir de datos parciales como los indicados, pueden desarrollar todas las estructuras moleculares posibles. Los sistemas expertos DENDRAL, CONGE, Meta-DENDRAL y CRYSALIS utilizan este tipo de planteamiento para identificar estructuras moleculares. En contraposición, sistemas expertos tales como LAHSA, SECS Y SYNCHEM están dedicados a la búsqueda de técnicas de laboratorio que permitan la síntesis de substancias ya conocidas.
El programa heurístico DENDRAL, que siguió a la formulación en 1964 del algoritmo DENDRAL, identifica las posibles estructuras moleculares y los átomos constituyentes a partir del espectrograma de la molécula que se está investigando. Uno de los objetivos del plantea-miento heurístico era sustituir el riguroso método algorítmico por una estrategia más económica. El programa heurístico logró dicho objetivo complementando el algoritmo con reglas derivadas de conocimientos químicos muy experimentados en espectrografía de masas. Sin embargo, los químicos tenían ciertas dificultades para expresar sus conocimientos convenientemente. En 1970 comenzó el proyecto Meta-DENDRAL, cuya finalidad era inferir las reglas de espectrometría de masas a partir de estructuras moleculares resueltas correctamente mediante el estudio de espectrogramas de espectrometría de masas por químicos especializados. Hacia mediados de la década de los 70 se descubrió que, debido a las limitaciones del algoritmo DENDRAL, el programa heurístico DENDRAL sólo podían estudiar estructuras acíclicas: cetonas, alcoholes, éteres, aminas, etc. En 1976 se diseñó el programa CONGEN, que no tenía la limitación citada.
El proyecto heurístico DENDRAL -desde sus inicios en los años sesenta hasta el presente- ha tenido resultados significativos. Aunque los conocimientos del sistema son muy inferiores a los de un especialista humano, puede elucidar eficientemente barajando diversas posibilidades. Los informes publicados prueban reiteradamente que el programa puede dilucidar la estructura de moléculas orgánicas complejas y es más eficiente que los especialistas humanos en tareas tales como el análisis de espectrogramas de mezclas de esteroides orgánicos. Los programas DENDRAL se han utilizado con éxito para determinar las estructuras de varios tipos de moléculas: terpenos en productos naturales, esteroles marinos, impurezas químicas, antibióticos y feromonas en varias especies de insectos, etc. CONGEN, basado en el proyecto DENDRAL, es muy utilizado por los químicos para esclarecer muy variados tipos de estructuras moleculares.
Meta-DENDRAL, diseñado para inferir las reglas de la espectrografía de masas en base a estructuras ya conocidas, aprende explorando cientos de pares de puntos homólogos de espectrogramas de sustancias muy diversas. Utiliza también el mismo procedimiento para establecer las reglas relativas a la fragmentación molecular. Las reglas así establecidas pueden ampliarse para incorporar nuevos datos. La capacidad de Meta-DENDRAL pueden evaluarse parcialmente por su pericia para predecir el espectrograma de nuevas moléculas, derivando reglas a partir de las ya establecidas. De hecho, el programa ha redescubierto reglas ya conocidas de espectrografía de masas para dos tipos de moléculas. El sistema experto CRYSALIS centra su interés en el estudio cristalográfico de las proteínas. El sistema trata de integrar varias fuentes de conocimientos a fin de igualar la pericia del especialista en cristalografía para interpretar el densograma electrónico de sus proteínas. Ello podría llenar un gran vacío en lo referente a la automatización de los estudios cristalográficos de las proteínas. El concepto de densograma electrónico denota la representación pictográfica, normalmente en tres dimensiones, de la densidad electrónica en zonas determinadas de una estructura cristalina. El especialista en cristalografía puede estudiar los densogramas y descubrir características que le permitan inferir ubicaciones atómicas, líderes moleculares, cadena principal de un polímero, etc. En base al densogramas electrónico se puede construir la correspondiente estructura molecular. La automatización de esta tarea requeriría un sistema informático que permitiese generar, visualizar y comprobar las hipótesis y sus correspondientes modelos gráficos.
En CRYSALIS las hipótesis se representan en base a una estructuración jerárquica de los datos. Las fuentes de datos pueden añadir, modificar y comprobar las hipótesis en una pizarra virtual. Por ahora, el sistema sólo puede realizar parcialmente la tarea de interpretar los densogramas electrónicos. Aunque está en proceso de ampliación, su base de conocimientos es relativamente pequeña. Está previsto que el sistema pueda interpretar completamente densogramas electrónicos de calidad y resolución media.
Hasta ahora hemos mencionado tres programas fundamentales en el campo de la síntesis de materias orgánicas. El primero de estos programas fue el LHASA (Logic and Heuristics Applied to Synthetic Analysis: lógica y heurística aplicada al análisis de substancias sintéticas) desarrollado en la Universidad de Harvard. Este sistema sirvió de referencia para el desarrollo en la Universidad de California de SECS (Simulation and Evaluation of Chemical Synthesis: simulación y evaluación de síntesis químicas). SECS amplía el planteamiento original de LHASA mediante una utilización más exhaustiva, por ejemplo, de la información estereoquímica. El tercer programa importante de este tipo es el SYCHEM (SYNthetic CHEMistry: química sintética) desarrollado en la Universidad del Estado de Nueva York.
En la síntesis química lo más importante es dominar los conocimientos relativos a la reacción química. La regla debe describir:
a) una situación en la que se pueda cambiar la estructura de una molécula, y
b) el cambio e efectuar. El programa utiliza sus conocimientos sobro reacciones químicas para diseñar el proceso de síntesis, desde la sustancia de partida hasta la molécula que se pretende obtener. En resumen:
– La base de conocimientos de LHASA, un conjunto de procedimientos, contiene conocimientos químicos de muy elevado nivel de sofisticación, pero difíciles de actualizar.
– La base de conocimientos de SECS, con capacidad para 400 transformaciones químicas diferentes, permite la adición de nuevas reacciones sin necesidad de modificar el programa.
– La base de conocimientos de SYNCHEM incluye una biblioteca de reacciones y de materias primas disponibles comercialmente. El químico puede modificar la base de conocimientos sin tener que reprogramar el sistema.
Belén Stettler, oriunda de Río Gallegos, Santa Cruz, Argentina, cuenta con 35 años y es Licenciada en Ciencias de la Comunicación Social por la Universidad de Buenos Aires (UBA). A lo largo de sus 13 años de trayectoria en comunicación política, ha trabajado como consultora en Buenos Aires, especializándose en estrategia, investigación y comunicación directa. Ha dirigido equipos de comunicación en diversas campañas. Su experiencia incluye roles importantes en la Obra Social del Personal de Seguridad Pública de Buenos Aires, la Vicejefatura de Gobierno de Buenos Aires, Claves Creativas, Ford Argentina y AkzoNobel, iniciando su carrera en Grupo Suessa Organización Empresaria.
