Redes neuronales y el backprop del artista compresor

¿Cómo describirías tu pieza musical favorita?

De tratar de hacerlo, tal vez empezaría por describir los sonidos en relación a categorías, géneros. Pero lo más importante para mi es el aspecto emocional e intelectual. Al final, la música la percibo más allá de mis sentidos. La satisfacción de consumir arte no sucede en los receptores del cuerpo humano, sino en el procesamiento de esta información. Al percibir una obra de arte, esa información es transformada y modificada de tal forma que nuestra mente la interprete de acuerdo a la informacion contextual y las memorias que tenemos disponibles. El resultado es una respuesta emocional que se traduce en activación hormonal u otros procesos fisiológicos.

¿Cómo sucede esta síntesis de información que el artista plasma en una obra?

La obra de arte contiene una cantidad finita de información que provoca reacciones muy complejas en diferentes individuos. El artista parte del conocimiento de arquetipos y símbolos colectivos. Hasta cierto punto, el artista tiene la capacidad de predecir respuestas de individuos que comparten un marco cultural. Estos símbolos se expresan principalmente a través del contenido de la obra. El qué nos dice la obra. El cómo es algo más complejo. La yuxtaposición de contenido y forma es lo que provee la estructura que activa diferentes reacciones neuronales que terminan en una respuesta en el receptor del arte.

En el campo de machine learning existen una familia de algoritmos conocidos como neural networks o redes neuronales. Estas redes consisten en una serie de operaciones no-lineales que transforman un input para producir un output. Las redes se usan como emuladores de otros procesos mucho más costosos. Por ejemplo, los convolutional neural networks (CNN) se usan para reconocer imágenes. Uno de estos CNNs puede ser calibrado para identificar entre gatos y perros. En la práctica, el algoritmo sería presentado con una imagen y éste determinaría si se trata de un gato o un perro.

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El algoritmo es agnóstico: no tiene conocimiento de lo que significa ser un perro o un gato. Pero al ser calibrado, se convierte en capaz de determinar las características más fundamentales que hacen un perro a un perro. En teoría, los cerebros humanos hacen algo similar. Podemos describir con palabras a un perro o a un gato pero díficilmente podríamos encontrar una clara delimitación entre estos dos, en base a sus características visuales. Sin embargo, hay transformaciones de las imagenes de estas dos categorías en las que es posible demarcar una diferencia clara. En matemáticas hay algo conocido como manifold hypothesis que alude a este concepto: todas las formas, bajo transformaciones homeomórficas, son separables. Imaginen un nudo. En teoría, hay transformaciones isotópicas que deshacen este nudo. Una vez que un objeto ha sido sujeto a estas transformaciones, el nudo es separable. En el ejemplo del clasificador, los dos lazos del nudo son gato y perro.

A mi me parece que nuestros cerebros procesan el mundo de una forma similar a una red neuronal. La complejidad del cerebro humano es mucho, mucho mayor a la de los algoritmos. Sin embargo, nuestro cerebro toma algo tan complejo como una obra de arte y produce algo que entendemos y que trasciende las palabras. Es decir, nuestro lenguaje no ofrece esa transformación adecuada para describir el significado del arte. El significado se esconde bajo algo más fundamental que sólo se vislumbra en una serie de transformaciones que parten de un marco referencial único a cada individuo.

Pero lo más increíble es la compilación que hace el artista. El artista toma ese marco de referencia individual en el que puede conceptualizar sus emociones o sus ideas y lo traduce a una representación física que es capaz de transmitir esta información a otro ser humano. Es decir, el artista, de alguna forma, ejecuta la acción inversa a la de interpretar el arte.

La clasificación entre gatos y perros de la que hemos hablado sucede en un proceso llamado forward propagation. Durante este proceso, la imagen del gato es transformada para ser separable y clasificable. Sin embargo, cuando se calibra la red neuronal, se hace a través de algo conocido como back propagation (backprop). Este proceso consiste en calcular gradientes del output con respecto a los filtros o kernels del algoritmo. Es decir, calibra los parametros de estos filtros para realizar las transformaciones adecuadas para identificar entre un perro y un gato.

El artista, me parece, ejecuta un backprop. Calibra la forma y el contenido de su obra de tal forma que produzca la respuesta que él o ella desea. Todo esto sucede sin que el artista lo haga conscientemente. Probablemente sea a través de la intuición o de mecanismos que no entendemos o no conocemos. Pero el resultado de una obra de arte efectiva es un impulso de información sintetizada que al interactuar con nuestros receptores neuronales, produce respuestas que el artista transmite, pero en formas que el artista jamás pudo predecir porque carece del marco referencial del receptor. Esta cuota de información debe ser interpretable por otros humanos. De ahí que sea necesaria una gran sensibilidad para generar la encriptación adecuada.

Jurgen Schmidhuber tiene una serie de teorías en las que trata de explicar el arte, el humor, el placer, etc. Schmidhuber parte del principio de complejidad informática de Kolmogorov que habla de la información comprimida más pequeña que es computable. Algo así entiendo el papel del artista. La obra de arte más efectiva es esa compresión de informacion intransmitible a través del lenguaje, pero que es descomprimible por nuestra red neuronal biológica.

No pretendo comparar el nivel de complejidad de los algoritmos que utilizamos en machine learning a los mecanismos biológicos. Sólo creo que podemos entendernos a nostros mismos a través de las formas creativas en que utilizamos matemáticas para transformar el mundo perceptible (y también aquel que no lo es).

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Impresión en 3D en el proceso creativo arquitectónico

La impresión en 3D se ha posicionado en todas las industrias por su gran potencial en relación a economía de recursos, eficiencia y flexibilidad morfológica y material. La infiltración de esta tecnología ha sido muy rápida, tal vez demasiado rápida en algunos casos, como en la industria aerospacial. En esta última, la caracterización de los materiales a través de las diferentes escalas estructurales (especímenes de prueba, componentes, etc.) es requisito ineludible para la certificación. En el caso de la impresión en 3D, la fabricación va un paso adelante del análisis, el cual no ha logrado alcanzar suficiente sofisticación para proveer resultados confiables.

Pero en esta entrada quiero reflexionar sobre otra aplicación: la impresión de modelos arquitectónicos.

Cada vez más, las nuevas generaciones han adoptado las máquinas como una extensión del cuerpo humano. Para muchos arquitectos un teclado y un mouse siguen siendo transgresores obstaculizadores para la imaginación. En mi experiencia visitando despachos arquitectónicos, la dinámica general consiste en que los directores creativos del proyecto sean generalmente los de mayor experiencia. Estos diseñan en sketches a mano alzada y con bloques de madera, yeso o cualquier basura con atributos geométricos atractivos. En cambio, los arquitectos más jóvenes traducen esas formas a formato digital para que eventualmente pueda surgir un proyecto real de una maqueta improvisada. Es decir, la tecnologia, en este caso, tiene un papel limitado en el proceso creativo. Sin embargo, las nuevas generaciones son capaces de sumergirse en el mundo digital y proyectar su creatividad a traves de los diferentes recursos electronicos a su alcance.

Pero no hay duda que la arquitectura se vive en su real esplendor a través del tacto y de la experiencia visual que resulta de postrarse en el mismo marco espacial que la estructura. Es decir, la arquitectura es ultimadamente una experiencia física (y tal vez metafísica). Es aquí donde entran las maquetas, ya sean para presentación o como vehículo del diseño. Sin embargo, las maquetas son tardadas y por tanto, costosas.

Enter 3D Printing.

Con la impresion en 3D, es posible imprimir espacios diseñados digitalmente con alta fidelidad. La tecnología es costosa todavía, pero también ha demostrado que el punto de accesibilidad está cerca. Con ello, viene la posibilidad de iterar sobre diseños basados en retroalimentación obtenida de la experiencia espacial y no solo visual a través de la pantalla. Como ejemplo dejo el siguiente video que muestra la experiencia de estudiantes de arquitectura con esta nueva tecnología. Esperemos que el momento en que la impresora en 3D se vuelva tan común como el plotter en las escuelas de arquitectura no esté lejos.

Sobre el año nuevo

La segmentación del tiempo es arbitraria, elusiva y engañosa.

El año es un concepto que utilizamos como medida del tiempo. Definimos inicios y finales. Estamos convencidos del momento en el que nos encontramos dentro de una unidad de medida. Utilizar el año como referencia temporal es práctico, conveniente y esencial en la interacción social. Sin embargo, el confundir esta arbitraria segmentación del tiempo como real nos lleva a asignar significado a ciertas fechas. Y hablo de un significado más allá de convención social. Un significado del cual nos apropiamos para actuar o no actuar, no en relación o respuesta a un contexto, sino en intrínsica definición de la experiencia que conllevamos.

Esta construcción conmutativa de símbolos lingüísticos no culmina hoy en intención de mensaje.

Privatización de los Comunes: la Perspectiva Ecológica

Pareciera que el creciente interés en la privatización de empresas públicas mexicanas se materializa como un eco que poco a poco va perdiendo intensidad, o más bien contenido, en los mensajes. Es indudable que se trata de un tema polémico, con argumentos tan poderosos tanto a favor como en contra, que van desde las predicciones económicas (buenas y malas) hasta la percepción del pueblo mexicano sobre las intenciones de sus gobernantes y el sector privado (nobles, cínicas, ingenuas o colmilludas). Sin embargo, es curioso observar que estos argumentos citen muy poca información sobre la perspectiva ecológica.

En los temas de sustentabilidad, se escucha con frecuencia un fuerte argumento a favor de privatizar recursos ‘de todos’ y está relacionado con la noción de la tragedia de los comunes. Esta tragedia consiste en un dilema, donde ‘el agotamiento de un recurso común, por individuos actuando racional e independientemente por interés propio, aunque está claro que esto sea en contra de los intereses del grupo a largo plazo’. La veracidad del concepto en sí ha peridido fuerza (o quizá lo han escondido bajo la alfombra), pero aun deja mucho de que hablar para el desarrollo sustentable.

Cuando Garret Hardin publicó su ensayo, a finales de los sesentas y donde explicaba su idea de la tragedia, puso como ejemplo a un grupo de pastores (individuos) que, dentro de un pastizal (recurso común) decide cada uno agregar más ganado para maximizar su beneficio personal, eventualmente sobreexplotando el pastizal. El asumió que los seres humanos no eran capaces de organizarse para cuidar los recursos comunes, que era justificable que cada pastor actuara de esa manera, incentivado por su deseo de obtener beneficios personales. Entonces, para remediar eso era necesaria la educación y una conciencia moral; aunque Hardin mismo creía que en la mayoría de los casos, la tragedia era inevitable. Consideraba las ideas fatalistas de Thomas Malthus  y se burlaba de Adam Smith, proponiendo que era necesario ‘exorcizar’ la vieja suposición de que existía una mano invisible que haría que, el interés de cada uno actuando individualmente siempre sería para el bien de todos.

Propuestas modernas para contrarrestar dicha tragedia son la acción personal, la unión de las comunidades o países con esos objetivos (gobierno interno) o la imposición de regulaciones a gran escala (gobierno externo). Pero dado que éstas requieren condiciones de gran organización, comunicación e incorruptibilidad, la más audaz, sin embargo, resulta ser dejar que esos recursos comunes dejen de ser comunes del todo, y pasen a ser una propiedad privada. De esta manera, en teoría, cada propietario se preocuparía por administrar el recurso sabiamente, ya que está en su interés personal evitar su agotamiento. Como si se tratara de comparar baños públicos donde nadie tiene responsabilidad de cuidarlos, con baños de una casa o un hotel.

Pero por audaz que suena en teoría la solución, está construida en algunas suposiciones correctas y otras incorrectas, a la vez que resulta en controvertidos diagnósticos de éxito y fracaso. La inevitabilidad de la tragedia, hasta lo que se ha visto actualmente, es falsa. Algunas comunidades han logrado administrar bien los recursos con su capacidad de organización y la comunicación entre los vecinos, totalmente soberanos de regulaciones burocráticas en su propio país. Sin embargo, es cierto que el individualismo en sociedades actuales tiende a enfatizarse y la educación tradicional sigue fomentando valores de competencia. Quizá a esto se debe que Hardin concluya que es algo inherente al ser humano.

Finalmente en los hechos, el éxito de la privatización de un recurso natural, actualmente, tiende a variar dependiendo del contexto, la naturaleza del recurso en sí y la disposición (¿moral?) de sus nuevos propietarios. Por ejemplo, el catch share implementado para administrar sustentablemente los recursos pesqueros en aguas nacionales de Australia, Nueva Zelanda y Estados Unidos con mecanismos de mercado libre, tuvo efectos positivos al reducir los precios de venta del pescado y maximizar la producción. Pero en muchos casos trajo consigo efectos negativos previstos, como desempleo, derechos privados (excluyendo a pescadores locales) y, por supuesto, monopolios (¿qué esperaban, si son negocios como siempre?). Algunos incluso expresan su escepticismo de que la privatización haya mejorado la situación del todo, con algunas proyecciones comparativas donde el agotamiento del recurso (la tragedia), sigue en el mismo curso de todos modos.

Ni con una ni con la otra, ¿qué es lo que está fallando, entonces?

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Concienciación de la conciencia universal

Aquí un artículo que encontré por casualidad que aporta una base más científica para seguir vagando en los más vastos rincones del universo.

El avance de la ciencia abre muchísimas nuevas posibildades, más preguntas y enciende el potencial de descubrimiento que llevamos dentro. En este caso el concepto de resonancia mórfica me da nuevas pautas para imaginar el universo. En la entrada del film Tree of Life hablaba del nacimiento de la consciencia humana como necesidad del universo de comprenderse a sí mismo y de alguna forma implicaba que ésto viene a consecuencia del potencial de amar, intrínseco en las fluctuaciones cósmicas.

Y es que conforme descubro la realidad, me parece absurdo separar al individuo del resto de su entorno universal. El ser humano es producto de la evolución del universo, somos de la misma esencia y materia. Por lo que este potencial por crecer, por transformarse de acuerdo a una serie de atractores caóticos en busca de un fin (hipótesis: amor) puede ser re-imaginado como producto de este perenne intercambio de información a través de la resonancia mórfica. Es decir, nuestras vidas, nuestros pensamientos, nuestras acciones, son todas partes de un orden fractal el cual se genera dinámicamente, sin pre-determinación alguna pero con un fin último.

Queda aún muchísimo más por imaginar.

Puentes de hielo

El ejército de Estados Unidos está construyendo puentes de hielo para ganar acceso a áreas antes inalcanzables. El proceso parece ser muy similar al de construir con concreto, pero aunado a obstáculos ambientales y otros retos. El proyecto es interesante por el potencial que podría tener. Estamos ya superando a la ficción, imágenes de Iceman produciendo puentes de hielo ya no se anteponen a la realidad. Más informacion aquí.

Sistemas de energía en la arquitectura [metafísica]

“Según ella, los espacios respondían a las sensaciones humanas, y principalmente al sonido. La evolución del espacio es lenta, constante y continua. Tanto la ausencia como el exceso de sonido alteran a la evolución del espacio. La cicatriz que deja el humano sobre un espacio es permanente, de ahí que las pirámides no hayan cambiado pese a la ausencia relativa de ruido en su entorno.”

Lebbeus Woods propuso, en uno de sus textos, la idea la arquitectura como un sistema de energía. Tal sistema está expuesto a la interacción entre sí mismo y lo que lo rodea. Por tanto, tal sistema mantiene un flujo constante de energía, un intercambio. Pero por sí mismo no puede producir energía. Sin embargo, los usuarios, nosotros, le proporcionamos energía a este sistema por medio de nuestro movimiento, ruidos, y distintas acciones que se producen en una obra arquitectónica. Ahora bien, el sistema para expulsar la energía recibida evoca sensaciones en nosotros. La obra arquitectónica es entonces tan sólo un canal que traduce nuestra energía en sensaciones, emociones y sentimientos que percibimos al estar en presencia del sistema.

Entonces, podemos plantear a la arquitectura como vectores. Es decir, aunque tienen energía, y son manifestaciones -causa, de la energía, no pueden ser mensurados si no es por sus efectos. Inclusive podemos afirmar entonces que la arquitectura son los vectores de la sociedad. Cada piedra en una construcción necesito de energía cinética para elevarse a donde está en este momento, y una vez ahí mantiene una ardua pelea en contra de la gravedad, escondiendo así en sus adentros energía potencial.

Más aun, planteando a la arquitectura como un sistema de energía en sí, representado por una manifestación física -los materiales, implica que es cambiante -tanto en espacio como en el tiempo. Ahora imagina que debemos reformar las leyes para apropiarlas a este pensamiento. De pronto no podemos delimitar espacios porque los límites de la energía no son rígidos ni estáticos, sino son producto de una constante evolucion provocada por la interaccion de sistemas. Y si no, es preciso notar que los aspectos económicos de una sociedad afectan al flujo de energía. Es decir, ciertos negocios quiebran y dejan de ser frecuentados. Ante la falta de interacción energética entre la obra arquitectónica que albergaba tal negocio y el influjo energético de los usuarios, la obra decae, tanto física como emocionalmente. Los espacios menos frecuentados son diferentes a donde la muchedumbre se aglomera regularmente. Cambios suceden que van transformando a la ciudad, no en base a reglamentos estáticos, sino a una dinámica que si bien podemos enfocar, no podemos predecir. Los límites de propiedad serían, por lo tanto, analogos a la posición absoluta de un electrón.

A la mente me viene la ecuación de Schrodinger.

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Y por supuesto, imágenes del Project Wien en Vienna, 2005 de Lebbeus Woods.

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