LA REVOLUCION DEL CONOCIMIENTO VII Convención Científica acional

,

-

'.

ASOCIACION COLOMBIANA PARA ELAVANCEDELA CIENCIA

LA REVOLUCION DEL CONOCIMIENTO VII Convención Científica Nacional (Diciembre 7-} O de 1988)

Asociación Colombiana para el Avance de la Ciencia ACAC

primera edición. noviembre de 1991 publicación de la asociación colombiana para el avance de la ciencia. acac edición a cargo de manha luz ospina bozzi ponada: Alvaro Díaz preparación e impresión: contextos gráficos Ilda. santafé de bogolá. colombia

2

•

A manera de introducc ión:

EL COMPROMISO DE LA COMIJNIDAD CIENTlFIC** Pedro José Amaya Pulido**-

" Por ningú n moti vo renun ciaremos al progreso: así tituló el Señor Presi -

den te de la República docto r Virgilio Barco Vargas. su intervención en la celebración de los ve inte años de COLClE CIAS y toncluyó su alo cución afirmando: "Colomb ia es una nación en marcha . E~tal11os crean -

do las condiciones para asegurar el ple no aprovechamiento de nuestros rec ursos . Por ningún motivo renunciaremo, al progreso . Debernos por el contrario. lomar las medidas que aseguren una mayor prosperidad en el futuro . La investigación cie ntílica no e1a fru tos inmediatos. pero asegura que se alcancen objetivos tan imponantes como e'tender los beneficios del desarrollo a loda la poblaci ón. Es. sin duda . una inversión indispensable . Además. inveniren invesligacióntecnolector educativo no solamente es intensivo en información: ante todo lo e~ en conocimientos. Esto caracteriza al paradigma actual que desbordó a predecesores suyos tales como los sistemas de procesamiento de datos. LOi' sistemas basados en conocimiel/tos constitu ye n el núcleo central del proyecto V Generación de los Japoneses, el cual ya ha aportado importantes resultados a la humanidad con su ho mólogo el programa Strategie Compwing, en Estados Unidos. En Colombia importantes y tradicionales grupos de informática ed ucativa sostienen la imposibi lidad de que el computador pueda razonar, aprender y, en general, adquirir algunas características de la inreliMencia humana . El problema es que se revive una críti ca que se suponía superada alrededor de la trad icional lóg ica algorítmica (problemática que era ya conocida en las décadas anteriores) pero que no aporta elelIletltoS nl/el'OS ante las recientes posibi lidades del sector educativo e informático . Para algunos sectores en Colombia, la Inteligencia Artificial. 1. A.. aparece como un eufemismo. algo utópico e ingenuo. Además de eso. afirman que las posibilidades de la educación informática deben darse en la medida en que se decante la experiencia internacional y se demuest re la deseabilidad. entre otros, de la aplicación masiva de los computadores en la educac ión (Gómez et al, 1989). Para otros críticos el desarrollo de la informática ed ucati va aparece como algo tímido y condenado al rezago tecnológico. estático. encadenado a soluciones preensambladas descartando de hecho cualquier posibi lidad de aplicar y apropiar los impresionantes avances de la compu tación moderna y, en * Profc..or Titular

100

U ni vc r~idad

Nacional de Colombia

particular, del software de cuarta y quinta generación así como de los desarrollos cognoscitivos que han enriquecido la informática educativa.

Propósitos de la informática educativa La moderna informática educativa y en un contexto más amplio, la aplicación de la informática a la educación -que hemos identificado como edumática (Pérez, 1984}- tiene el propósito de contribuir a la generación de una nueva cultura educativa que caracteri za tanto a las necesidades crecientes de la sociedad actual, como a los desarrollos tecnológicos crecientes. Toda investigación en informática educativa es esencialmente interdisciplinar: integra y reune investigadores de diferentes áreas del conocimiento . Se intenta crear un espacio tecnológico donde se produzcan herramientas. métodos y técnicas relevantes para los docentes. apoyando de esta manera diferentes filosofías educativas que posibiliten la creatividad y faciliten la experimentación de ideas e iniciativas tanto de educadores como de educandos . Así mismo se busca ofrecer al estudiante nuevas alternativas de aprendizaje y un ambiente propicio para el desarrollo de habilidades cognoscitivas, de tal manera que promueva un mejor desarrollo de la inteligencia humana . En este sentido concordamos con A. Gago, quien afirma que "la educación. rezagada respecto al crecimiento científico y tecnológico , trasmite una cultura envejecida y forma hombres que no conocen ni comprenden las nuevas posibilidades del saber actualizado" (Gago , 1986) . Para los niveles inferiores del sistema educativo, esta tecnología busca identificar los elementos teóricos y prácticos de inteligencia anificial y robótica que le permitan al joven eSlUdiante desarrollar mejores perspectivas cognosci tivas . De igual forma se requiere estudiar las implicaciones sociales de la incorporación de la inteligencia anificial en nuestro medio y, en panicular. en el sector educativo . La edumática busca. en últimas . contribuir a una mejora sustancial en la calidad de la educación a diferente nivel. Otro aspecto. en este sentido, lo constituye la contribución a una cultUTa informática que se puede hacer a costo mínimo por medio de la difusión de t/llores illteligelltes: éstos permiten extender el conocimiento en forma educacionalmente eficiente para favorecer el aprendizaje individualizado. respetando las condiciones personales.

Aprendizaje y el/se/ial/za con ayuda de computación : sistemas AAC y EAC La Edumática ha sido enriquecida con nuevas herramientas y teorías cognoscitivas que promueven no sólo la eficiencia y efectividad de la enseñanza sino la calidad de la misma . Obviamente esto no se da en fonna automática en nuestros países: requiere un proceso de estudio de nuestras condiciones y de las posibilidades tecnológicas del medio edu-

101

cativo para poder desarrollar métodos, sistemas y productos educativos propios que tengan trascendencia. La profesora Alicia Gago sostiene que la educación informática debe estar integrada al desarrollo educativo total (Gago, 1985) . En general, los sistemas de enseñanza y aprendizaje con ayuda de computación (EAC y AAC) han sido considerados como sinónimos; se trata de nombres dados a la utilización de la informática en educación cuando incorpora tanto el conocimiento del área en cuestión como el conocimiento pedagógico de un profesor experto. Sin embargo, la distinción EAC o AAC no se puede hacer siempre con criterios claros . Algunos sistemas AAC han sido empleados para guiar al estudiante a través de un curso predefinido de enseñanza en el cual el computador asume el papel de profesor, preguntando al usuario y evaluando sus respuestas. En sistemas AAC la enseñanza y el aprendizaje de cualquier parte del currícul o se "apoyan" mediante algunas aplicaciones del computador. En otras palabras, el sistema AAC es un sistema educacional en el que el estudio del tema específico es apoyado por alguna aplicación de la informática. Los sistemas AAC han presentado apreciables y severas limitaciones . La baja calidad que se observa en la mayoría de sistemas AAC convencionales no justifica su existencia; esto no quiere decir que todo software para educación existente sea de mala calidad o que todo enfoque de.AAC se pueda desconocer y restarle valor (O'Shea, 1984), (Self, 1985) , (Sleeman & Brown, 1982). Tal vez los sistemas AAC se pudieran ver como dominios que llevan a cabo una actividad en la cual el computador se usa para iniciar el proceso de aprendizaje . El computador es sujeto de la instrucción como también uno de los medios que se pueden utilizar en la enseñanza de otras disciplinas . Los sistemas AAC pretenden usarse como medio de mejorar la metodología convencional de la enseñanza aumentando las tasas de absorción del proceso de aprendizaje , suministrando instruc-

ción reparativa y experimentando durante el desarrollo de un curso, para elevar estándares de la enseñanza. Uno de los problemas identificados es que los sistemas AAC han tendido hacia una estructura fija y no se adaptan a los cambios en el conocimiento de un estudiante en particular. Existe un descontento implícito con muchos sistemas AAC en el sentido de que no saben lo que están enseñando y solamente trabajan a través de una estructura de ramificación predeterminada (diagrama de nujo del programa) señalada por el tutor del curso . El programa del sistema AAC controla siempre la presentación del tema y un estudiante en particular no tiene la oportunidad de tomar la iniciativa en su proceso de aprendizaje.

El software educativo tradicional Una de las cuest iones más controversiales dentro de la comunidad académica es entender cuál es el problema central de la informát ica educa-

102

tiva . ¿Se trata de un producto más de software? ¿De un problema de educadores simplemente? ¿Es un problema de los especialistas del área del conocimiento que se quiere trasmitir? ¿O una tarea propia de informáticos? ¿Es si mplemente enseñanza? ¿Tiene que ver con el aprendizaje? ¿ Y cuál es e l papel de los psicólogos y cognotivistas ? Una de las críticas que se han hecho al software educativo tradicional es la ausencia de una perspectiva global sobre un sistema que involucra varias dimensiones: la educación --que incluye la problemática sobre filosofías educacionales. cómo enseñar, cuáles son sus estrategias- , la elaboración de materiales instruccionales y fundamentalmen te el problema de aprendizaje del estudiante . Sin embargo, la tendencia es simplemente a dividir el problema en tareas separadas y en compartimientos: una para la gente de software, otro para el profesor del área del conocim iento, otra para el especiali sta de pedagogía, etc. No sobra advenir que la falta de un enfoque global e integrado ha sido señalado como una de las causas del fracaso de la informática educativa tradicional por muchos investigadores serios (Ford , 1987), (Dede, 1986). Los problemas y errores que hemos observado en el país sobre software educativo tradicional, se discuten en nuestro libro (Pérez, 1989) .

Sistemas AC/ : aprendizaje con ayuda de computación inteligente Los sistemas ACI se refieren a las aplicaciones de la informática educativa que utilizan técnicas de lA en las que se estimula el ambiente de aprendi zaje entre un estudiante y un profesor mediante la computación inteligente . Un sistema ACI suministra retroinformacián inteligente (i .e., dicha retroinformación no se puede dar sin conocer la informac ión sobre el estudiante como receptor) y el material educativo del profesor; además, se espera que ofrezca a la comunidad académica el potencial suficiente para cambiar radicalmente la educación . Algunos si slemas ACI están en capacidad de identificar las conceptualizaciones equívocas (o ausencia de conceptos) en que pueda incurrir un estudiante. intentar conegirlas y decidir cuándo intervenir y qué aconsejar al estudiante . Se ha observado en general que los sistemas AAC y ACI son intrínsecamente motivantes . Ello significa que los estudiantes están siempre dispuestos a dedicarle mayor tiempo a actividades en el computador con la utili zación del mismo como única recompensa. Las gráficas y el uso del color, complementarios a la presentari ,;n de texto . pueden dar como resultado un proceso de aprendizaje recreativo y productivo . Estas técnicas - utili zadas en muchos sistemas AAC y en los nuevos ACI- han sido mejoradas de tal forma que permiten extender la función de la comunicación computacional, cuyo objeti vo primario viene a ser una comprensión del proceso de comunicación de un área del conocimiento en lugar de la optimización del proceso mismo . En otro

103

aparte del presente texto se discutirá más sobre los sistemas tutoriales inteligentes (Véase el numeral 2) .

Inteligencia artificial y sistemas expertos La lA se ha concentrado en el problema de trasladar al computador algunas capacidades cognoscitivas tales como aprender, razonar, inferir, ver, manipular inteligentemente objetos, etc . La lA es la solución, mediante los métodos de informática, de problemas complejos y complicados empleando procesos analógicos con el razonamiento humano . Se refiere a la propiedad de una máquina o software de responder ante un evento o situación que -en el caso de las personas- requiere de inteligencia . Implica aprendizaje y pericia para la solución de problemas y la facultad de aprender. Además supone la capacidad de procesar conocimientos y símbolos . (Hallam & Mellish, 1987). Los Sistemas Expertos , SE , constituyen una fuente de guía y explicaciones de los aspectos esenciales de un problema (Michie & Bratko, 1986) fundamentados en una base de conocimientos y una máquina de inferencia o interpretador. Los SE se emplean para ejecutar una variedad mu y complicada de tareas que en el pasado solamente podían llevar a cabo un número limitado de· personas expertas altamente adiestradas. A través de la aplicación de las técnicas de lA, los sistemas e xpertos captan el conocimiento básico que permite al usuario desempeñarse como un experto frente a problemas complicados o mal estructurados (Benchimol , 1987). Tal vez la característica más fascinante y poderosa de los SE -que los distingue de la mayoría de las aplicaciones tradicionales de la computación- es su capacidad para enfrentar problemas que constituyen un reto del mundo real , a través de la aplicación de procesos que reflejan el discernimiento y la intuición humanos. Sin embargo. los SE no son la aplicación más representativa de la lA. A diferencia de un sistema tradicional , un programa inteligente puede Correr aún con datos incompletos, con información ambigua y bajo incertidumbre, lo cual refleja un ambiente más próx imo a la real idad. El paradigma actual de la informática se centra en el procesamiento de conocimientos . Su aplicación consiste en la posibilidad de encapsular operativamente conocimientos, e .g., habilidades humanas para la solución de problemas . trasmitiéndole al computador esta potencialidad de manera tal que pueda hacerse ampliamente accesible (lo que, en últimas, constituye una posibilidad concreta de democratizar el conocimiento experto). En educación el reto está en ofrecer más que la simple informac ión: proveer e l ambiente propicio para que el estudiante pueda asimilar y generar nuevos conocimientos . La educación está más comprometida con desarrollar en el individuo la capacidad de pensar. Esto, frente a los nuevos sistemas que evidencian que el "razonamiento hu-

104

mano" ha creado el "razonamiellto maquina!", conduce a que el hombre pierda su "exclusividad" como ser pensante . La lA se desenvuelve en ambientes que exigen actividades esencialmente intelectuales; por eso su aplicación en educación es legítima, apropiada y absolutamente necesaria frente al cúmulo de necesidades aclUales de la sociedad y de la industria . Es así como la Comunidad Económica Europea, después de que una comisión de alto nivel elaborara varios estudios , ha recomendado - Ad Portas del año 2000- que se promuevan los laboratorios para el aprendizaje basados en estaciones inteligentes de trabajo con el objetivo de que los aprendices europeos puedan "aprender" lo que deseen. en el "momellto" que quieran y en la "forma" que decidan . Esto implica el desarrollo en gran escala de SE para que el conocimiento del especialista humano sea accesible a los estudiantes en cualquier momento: es decir. supone la "socializació n del conocimiento especia/izado" en el

mismo sentido en que James Manin pro pugnaba hace más de dos décadas la socialización del computador (Manin. 1968). La Comunidad Europea . con el plan Eureka (Calai. 1989) invenirá S$6 .000 millones en cinco años para investigación y experimentación en sofMare. Argentina y Brasil, con el Proyecto Ethos, realizan un plan cooperativo importante . El Instituto Politécnico Nacional de México. la Universidad del Rosario de Argentina y el Consejo Superior de Investigaciones Científi cas -CSIC- de España , con el auspicio de la UNESCO, integraron un Proyecto para el Desarrollo de Herramientas en Ingeniería de Conocimientos, cuyo monto global asciende a un millón de dólares (Proyecto USElGRIAUCINEVESTAN/ROSTLAC) . Igualmente. dentro de las actividades de conmemoración del V Centenario del Descubrimiento de América. dentro del Programa de Microelectrónica e Informática. se prevé la constitución del Proyecto Iberoamericano de Informática Edllcmi.'a , también coordinado por el CSIC de España . (A) Razonamiellto maquinal Como se mencionó anteriormente, un SE basado en conocimientos es una aplicación de la lA y de la informática que soluciona problemas complicados que. de otra manera, exigiría ampliamente la pericia humana . Para lograr ésto. se simula el proceso de razonamiento natural mediante la aplicación específica de conocimientos y de inferencia . Entre los métodos de razonamiento (Prieto. 1988). (Jackson. 1986). (Michie & Bratko, 1986), están :

- La deducción que permite llegar a conclusiones a panir de regias cuyas premisas hemos comprobado, lo cual se expresa como sigue: -.. G(x)1 Se infiere G (a) Dados F(a) y 'r/x . [F(x)¡ - UI inducción que genera nueva reglas a panir de observaciones parciales . Así por ejemplo cuando compararnos situaciones que son casi iguales con valores de parámetros desconocidos en un caso dado .

\05

asignándoles los valores que tienen ya en una situación de referencia (analogía), lo cual se expresa como sigue: G(x)] Dados F(a) y G(a) se infiere "Ix. [F(x)] _ - Una combinación de las dos anteriores se le denomina abducción, lo cual se expresa como sigue: Dados G(a) y "Ix . [F(x) - - G(x)] Se infiere F(a) Análisis de Conocimientos: la representación de conocimientos está asociada con el mismo desarrollo de la lA y con la construcción de SE. Consiste en un conjunto de convenciones semánticas y de sintaxis que hace factible describir cosas: reglas y símbolos y arreglos entre ellos para conformar expresiones en un lenguaje con el objeto de que se pueda almacenar e interpretar lo que un experto "sabe" acerca de un dominio del conocimiento. Existen varios componentes del conocimiento lo cual se origina en la habilidad experta que se busca lograr. Generalmente se pueden visualizar como hechos y reglas . Hechos: Declaraciones que relacionan algunos elementos de la realidad con referencia al dominio del tema. Algunos lo denominan como conocimiento asertivo . Por ejemplo, para el caso de auditoría de sistemas: "El Colltrol es efectivo si permite lograr metas de gestión" . "Si falta un d()(;umento debe verificarse su ausencia en el movimiento diario". Reglas de procedimiento: Regl as bien definidas e invariables que describen secuencias básicas de sucesos y relaciones con referencia al dominio . Algunos lo denominan conocimiento operativo. Por ejemplo: ··Siempre verifique que el programa a auditar sea el correcto antes de correrlo con datos de prueba". "En todo inventario las existencias al iniciar un período. sumadas las elltradas. deben ser igual a las salidas más las existencias al final del período" . Reglas heurísticas: La heurística viene de la palabra griega eureka -descubrimiento- que promueve una sol ución que satisface un problema en un número finito de pasos. aunque no sea necesariamente la solu-

ción óptima . Estas reglas generales originadas en la experiencia no son reglas empíricas solamente; sugieren procedimientos que se pueden seguir cuando no existen disponibles normas habituales. Dichas reglas son aproximadas. o se trata de reglas sin fundamento alguno. La heurística analiza rigurosamente un problema . Por ejemplo: "Si se sospecha de virus informático. haga copias de respaldo paso a paso y no por etapas terminadas". La presencia de la heurística contribuye significativamente a la potencia y nexibilidad de los SE y tiende a distinguirlos aún más del software tradicional. Metaconocimiento: Se refiere en general al conocimiento del sistema de control , i.e .. el orden de aplicar las reglas, la forma de resolver el problema. etc . Algunos autores lo denominan también como conocimiento de la ..estrategia de control"' . Adicionalmente a estas formas específicas de conocimientos. un experto posee un modelo conceptual general del tema del dominio y un método global para hallar una solu-

106

ción. Estos "panoramas sistémicos" conforman la in fraestructura básica para la aplicac ión detallada de l conoci miento del experto . (B) Arquitectura de sistemas expertos: Los SE emplean una amplia variedad de sistemas arquitectónicos específicos -di sposición e interconexión de sus componentes- , princ ipalmente porque una arquitectura sera más aplicable que otra según sea la apl icación en cuestión. • Medios de inteñaz con el usuario: Un sistema es más intel igente en la medida que se comunique más fáci lme nte con otro sistema. Por lo tanto, el compollente de illterfa z COII el usuario deben recibir informac ión del usuario y traducirla a una forma aceptable por el resto del sistema o rec ibir información proveniente del sistema y convertirl a a una forma legible para el usuario . (Pérez , 1989). Idealmente , dicho componente se conforma de un sistema que procesa lellguaje lIafural acepta y devuelve esencialmente información en la mi sma forma como es ace ptada u ofrecida por una persona experta. Se pueden usar otras alternati vas que han demostrado buenos resultados mediante la util izac ión de subconjuntos restringidos del lenguaje . De todas mane ras , se req uiere una adecuada com unicación y presentación del conocimiento sobre e l área del conocimiento (e .g .. Auditoría de Siste mas y Sistemas de Información Gerencial) con el fi n de establecer una interfaz leg ible al usuario . El uso apropiado de la tecnología y el despl iegue fin al de la pantall a son los e lementos necesarios básicos para una comu nicac ión exitosa. Una adecuada interfaz del usuario debe desplegar un panorama c laro de las potencialidades de SEEGSI y SEEGAS (véase numerales 5 y 6) Ydebe ser tan fáci l de usar como atractivo. Las facilidades de interfaz del usuario a menudo se diseñan para reconocer el modo como el usuario está operando , su nivel de pericia y la natu raleza de la transacción. Aun cuando el diálogo en lenguaje nalU ral no está aún dispon ible, la comun icac ión con un SE debe ser tan nalUral como sea posible, ya que el sistema trata de sustituir el desempeño humano . El sistema de generación y almacenamiefllo de conocimientos consiste en una base de conoc imientos y una máquina de inferencia. respectivamente. Es el núcleo de un SE. La func ión de este sistema es almacenar confi ablemente conocimientos del experto en el área específica pera recuperar el conoc imiento almacenado e inferir nuevos conoci mientos cuando sea requerido . Base de Conocimientos: Es el cuerpo de conocimientos basado en patrones del domi nio específico. reglas. metas . etc .. que permite al SE lograr decisiones efectivas j ustificándolas con razonamiento derivado del materi al almacenado en dicha base . La base de conoci mientos representa el depósito de las primitil'as de conocimientos (i.e .. hechos fundamentales, reglas de procedimientos y heurísticos) deducibles del sistema . Se ha establecido que el conoc imiento almace nado en la base

107

respectiva establece la capacidad del siste ma para actuar como un experto . (Michie & Bratko, 1986) . Como se mencionó en secc ión anterior, el conocimiento se almacena en forma de hechos y de reglas pero los esquemas y modelos específicos empleados para almacenar la información varían considerablemente . El diseño de este esquema de representación del conocimiento afecta el diseño del motor de inferencia, el proceso de actualización de conoci mientos , el proceso de expl icación y la eficiencia globa l del sistema. Por esta razón se está urgiendo la identificación y defi nición de estándares para la representación de conocimientos . (C) La f unción de la Ingeniería de Conocimientos: La Ingeniería de Conoci mientos constituye el proceso de construir un SE. Además . es el proceso de adquirir conocimientos de l dominio específico, de representarlos, organizarlos e integrarlos en la base de conoc imientos . Algunos la consideran más como un arte . Aun cuando el conoc imiento puede consegui rse de una variedad de fuentes, incluyendo la documentación y los sistemas de información computacional exi stentes , la mayor parte de é l debe obtenerse de los expertos (Hayes-Roth , 1984). El ingeniero de conoc imientos (IC) es la persona que obtiene conocimientos del dominio del experto y lo traduce a la base de conocimientos . El IC debe trasformar la representación de conocimientos como parte de dicho proceso. Para adquirir el conocimiento necesario , el IC primero debe establecer una claridad completa sobre el dominio , confo rmar un diccionario conceptual de los términos y jerga esenciales del dominio y desarrollar una comprensión de los conceptos básicos. Luego de condensar e l conocimiento suc into a partir de la información ofrecida por e l experto . La función de adquisic ión de conocimientos es , por lo general , el aspecto de mayor dificultad en la construcción de SE. (O) Motor de injerencia , MI: Como ya se ha señalado , el MI es la parte de un SE que interpreta las reglas que confo rman la base de conocimientos, lo cual facilita la toma de decisiones. Los SE deben, por su naturaleza , tratar fle xiblemente con situaciones cambiantes . La capacidad de responder ante situaciones cambiantes depende de la hab ilidad para infe rir nuevos conoc imientos a partir del conocimiento existente . A manera de ejemplo senci llo, consideramos los siguientes dos hechos básicos: ( 1) Todas las func iones del Departamento de Si stemas deben estar separadas . (2) Las operaciones de entrada son fun ciones del Departamento de Sistemas . Se puede inferir un nuevo hecho , "Las operaciones de ell/rada deben estar separadas" a partir de los dos hechos anteriores. Para responder a una situac ión dada. un SE debe aplicar e l conocimiento apropi ado: ésto implica que el conocimiento requerido se ident ificó como un

108

conocimiento que está en la base de conocimientos o que fue inferido a partir de lo existente . Es obvio que habría que guardar en forma completamente válida el hecho "Las operaciones de entrada deben estar separadas" explícitamente en la base de conocimientos, en vez de exigir que sea inferido de las primitivas de conocimiento a tiempo de ejecución. Una de las mayores dificultades involucradas en la operación a partir de las primitivas es que, aun con unos cuantos elementos individuales, se puedan combinar dentro de un número muy grande de combinaciones únicas . El número de posibilidades a partir de un conjunto grande de elementos, rápidamente se convierte en una cifra astronómica. Este problema se conoce como la explosión combinatoria . Para superar esta dificultad , la mayoría de los SE dependen del uso de conocimiento sistematizado -conocimiento de alto nivel que se genera de un "modo experiencial o vivencia/" a través de años de práctica- en lugar de intentar operar esencialmente a partir de primitivas. El MI es el sistema de software que ubica el conocimiento e infiere

nuevos conocimientos a partir de la base respectiva. El paradigma del MI es la estrategia de búsqueda que se emplea para producir el conoc imiento demandado. Varios paradigmas se emplean en un SE, pero la mayoría de ellos se fundamentan en dos conceptos básicos: el retroencadenamiento (hacia atrás) que es un proceso de razonamiento descendente (desde las consecuencias hasta las causas); se inicia a partir de las metas deseadas y trabaja en sentido contrario con dirección a las condiciones precisas . O e l encadenamiento hacia adelante que es un procesamiento de razonamiento ascendente que se inicia con las condiciones

conocidas y trabaja hacia adelante para alcanzar las metas deseadas, de acuerdo con los datos disponibles. (e) Administración de conocimiemos: Por definición la base de conocimientos constituye una reflexión cuidadosa del dominio en e l momento en que el sistema se pone en servicio . Infortunadamente , en muchas áreas complejas el conocimiento está en expansión y en cambio constantes, por lo cual la base de conocimientos se debe modificar en el mismo sentido . Para llevar a cabo tales actualizac iones se emplean medios para actualización. Este proceso puede tomar una de tres formas fundamentales, según se describe a continuación. La primera forma es la actualización manual de conocimientos. En la segunda forma, el experto en el área ingresa directamente los conocimientos revisados sin la mediación de un le. En la tercera forma. el . aprendizaje maquinal. el sistema genera nuevos conocimientos en forma automática y se basa en generalizaciones deducidas de experiencias anteriores . El sistema , en efecCo, aprende nominalmente de la experiencia y de este modo el mi smo sistema se actualiza. Este proceso . aún en estado conceptual, es tema de mucha investigación. Cabe recordar que la habilidad para aprender es un componente importante de la noción de imeligencia y al ofrecer completamente esta potencialidad .

109

mejoraría la potencia de un SE (Michie & Bratko , 1986), (Rolston, 1988), (Gago, 1985). (F) Explicación maquinal: Más que llegar a una conclusión , al enfrentar un problema complicado, el experto es también capaz de explicar - hasta cierto punto- el razonamiento que condujo a dicha conclusión. Un SE debe di señarse para brindar una facultad semejante . Esta es una posibilidad que generalmente se omite o desconoce en los sistemas tradicionales de computación y potencia la cred ibilidad de un sistema experto, pero que en aprendizaje representa un aspecto clave para el desarrollo cognoscitivo del estudi ante (Se lf, 1987). Una explicación típica consiste en una identificación de los pasos en el proceso de razonamiento y de la justificación de cada uno de ellos. El proporcionar esta potencialidad para comunicar tal información, constituye esencialmente el problema de procesar un subconjunto del lenguaje natural. El sistema debe acceder al registro del conocimiento que se empleó en el procesamiento , basado en el modelo de representación de la base de conocimientos. Es claro que quien procesa una aplicación financiera no está interesado en conocer cómo se programaría dicha aplicación; pero , por el contrario , un estudiante sí requiere conocer su estru ctura y funcionamiento. IG) Clases xenerales de sistemas expertos: Los SE actuales han sido caracterizados según conformen varias clases iDavis , 1985). (Hayes Roth , 1984) , (Benchimol, 1987). ( 1) En cuanto a niveles, están: asistente, colega y experto. (2) En cuanto a la lógica utilizada, están : los sistemas expertos orientados a la descripción, al razonamiento o clasificación, al reconocim iento y a la realización de un trabajo o una tarea . (3) En cuanto a la clase de desarrollo , están : sistemas de soporte a las decisiones del ejec utivo; sistemas de ayuda al usuario (tutores inte -

/ilil'llles en línea . también denominados asistentes inteligellles); sistemas de acción inmediata (e.g., aviación) y sistemas expertos para aplicac ión en áreas concretas y para funciones específicas (tales como interpretación. pronóstico y predicción , diagnóstico, diseño y concepción, planeación. seg uimiento y monitoreo , depuramiento, reparación y mantenimiento. ed ucac ión - tutores inteligentes- y control. También es importante reconocer que aun cuando los SE que operan en las empresas. fuesen potentes y muy útiles, hay un límite muy de terminado de las potencialidades según el estado del arte actual. Los sistemas típicos tienen las siguientes restricc iones, por lo pronto . • Que el conocimiento se adquiere de un número pequeño de expertos humanos . * Que la aplicac ión esté orientada a un área específica limitada o a un conj unto pequeño de temas relac ionados .

110

* Que el área de aplicación deba tener poca necesidad de razonamiento temporal o espacial (e.g . como hacer una escultura). * Que la tarea no se finque en emplear un cuerpo grande de conocimientos generales o de sentido común. * Que el conocimiento que se demande para ejecutar la tarea, esté razonablemente completo, correcto y estable . Aunque de hecho se dan estas limitaciones , hay muchos dominios de aplicación apropiada y exitosa de los SE. El caso de GUIDON , en medicina, señala fehacientemente el éxito de las experiencias de MYCIN en educación. (Clancey, 1988).

Educación para la sociedad informatizada En la medida en que la inteligencia artificial se ha desarrollado ha sido aceptado ampliamente que la comprensión de la inteligencia no implica

sólo la determinación de algunas técnicas o herramientas de especial interés sino , por el contrario, la representación de grandes cantidades de conocimiento de tal manera que posibilite su uso efectivo , la interac-

c ión con las personas y también se facilite el desarrollo de habilidades cognoscitivas (Wenger, 87) , (Yazdani , 1984). SiSTemas T"Toriales inTeligellTes. ST/: El desarrollo de protoTipos de TIITores inTeligentes ha sido una práctica de la moderna ingeniería de sofTware en el mundo académico. Por esta razón, la gran mayoría de siSTemas T"Toriales illTeligentes (STI) sobreviven a este nivel. dado que una vez alcanzado e l objetivo de aprendi zaje organizacional. o cuando una idea o concepto se ha concretado y demostrado con dicho prototipo , el trabajo finali za y, en consecuencia , el prototipo corre la misma suene. Algunos de ellos han tenido varias generaciones con diferente nivel de sofisticación. tal como ha sucedido con SOPHIE, MYCI . etc . A continuación se describe la estructura de los STI. con base en la experiencia local e internacional con ellos . ArquiTecTuras Típicas de los ST/: Aunque es difícil establecer un común denominador entre .las diferentes opciones planteadas , de acuerdo con nuestra experiencia como ADtutor visuali zamos un espacio con tres dimensiones: sistema docente . la adminiSTración del si stema y e l medio ambiellTe. CaracTerísTicas deseables de los ST/: Un sistema tutorial inteligente, en opinión de varios especialistas (Ford, 1987) , (Sleeman & Brown, 1982), (Woolf, 1984) , (Prieto , 1988) debe contar con lo siguiente: - Debe estar basado en conocimientos - Debe contar con facilidades para estructurar, organizar y reorganizar la base de conoc imientos, es decir, su arquitectura debe ser abierta .

1I I

- Debe contar con un adecuado sistema para controlar el nivel de conocimiento del estudiante. de tal suerte que se pueda hacer un diagnóstico de lo que está aprendiendo el individuo y su desempeño . - Debe tener un adecuado sistema de comunicación hombre-máquina, es decir, debe contar con un apropiado interfaz sistema tutoríalusuan o.

- Debe contar con un sistema de metaconocimiento como un conjunto de reglas o estructuras para comunicar adecuadamente la base de conocimiento y facilitar su organización curricular: el syllabus. - Los sistemas más avanzados deben contar con un sistema de planeación tutorial. es decir reconocimiento del plan del estudiante y generación de planes adaptables al individuo. - En el mismo sentido, debería contarse con un sistema de aprendizaje maquinal que le permita al tutor identificar sus límites, dialogar entre el protocolo de aprendizaje, las estrategias de aprendizaje maquinal incrustadas en el software con las estrategias y tácticas de aprendizaje del individuo , previo diagnóstico del estudiante. De todas maneras, subsisten diversos perfiles para el diseño de STI . Esto sugiere una desventaja puesto que se requeriría de poderosos formalismos para representar el conocimiento en cuestión . Actualmente se insiste en la necesidad de contar con mecanismos y herramientas para desarrollar STI . Por otra parte , los sistemas de autor inteligentes no parecen tener grandes desarrollos. Sobre las consideraciones de diseño , ver nuestro libro (Pérez, 1989).

Experimentación y desarrollo con lA en Colombia En el país ya comienza a ser importante la in vestigación en estos nuevos campos, en especial a nivel de nuestras uni versidades líderes . La Universidad

aciana! ha gestionado con diferentes entidades del país y

fuera de él la reali zación de vari as iniciativas en inteligencia artificial; éstas tienen por objeto el desarrollo de herramientas y prototipos de sistemas inteligen tes que viabilicen un desarrollo coherente, sistemático y permanente de estas tecnologías de punta , así como su aplicación inmediata en la educación y en el sector público . Proyecto UN -PROLOG: Este proyecto , patrocinado por la Uni versidad Nacional y COLC lENCiAS, buscó la const rucción de un Interpretador PROLOG para Lenguaje C, de tal suerte que se pueda trabajar desde mi crocomputadores hasta computadores principales. Otro propósito asociado es la construcción de editores y ay udas gráfi cas especiales , interfases con sistemas de IV generación, e.g. , ORACLE. Este proyecto lo ha dirigido el profesor Roberto Ojeda del Departamento de Ingeniería de Sistemas. • Proyecto El DOS: Este proyecto propuesto por nosotros, está también patrocinado por la Universidad Nacional y COLCIENCIAS ; lo

112

auspicia la U ESCO y está enmarcado dentro del Proyecto Iberoamericano de Informática Educativa. Entre los objetivos concretos, están desarrollar e implementar: ( 1) Prototipos de tll/ores ill/eligell/es para que sean utilizados por la comunidad universi taria y no universitaria del país y para la capacitación de funcionarios del sector público (véase ADTutor en el numeral 4) .

(2) Prototipos de sistemas expertos para el entrenamiento gerencial (véase SEEGSI y SEEGAS, numerales 5 y 6). El propósito del Proyecto de EIDOS consiste en la investigación sobre el uso integral y sistémico del computador, que trascienda educacionalmente mucho más allá que cualquier otro medio de tecnología educativa; en este sentido, se busca que el computador constituya un ambiente propicio para la creación de sistemas instruccionales, didácticos y pedagógicos que posibiliten el encapsulamiento de conocimientos con la finalidad de estimular el desarrollo de la inteligencia , promover

aprendizajes significativos y generar conocimientos con la participación activa del estudiante, sobre la información y conocimientos disponibles. Además, se pretende que la aplicación de EIDOS sea de propósito general, para que se pueda extender en las diferentes disciplinas del conocimiento . Programa del gobierno colombiano: Informática para el seclor público: La Universidad Nacional fue designada como entidad líder en algunos proyectos y ejecutora de otros dentro del programa INSEP, creado por el gobierno naci onal (véase Decreto 473 1989) . Entre ellos está el relacionado con el Proyecto integral de informática educativa que es el primero de los proyectos del programa I SEP ya mencionado . Dentro de este contexto, la Universidad ha planteado -en diferentes reuniones con el Mini sterio de Educación, la Presidencia de la República (Sec retaría de Informática) y el DA E- la construcción de varios sistemas de illleligencia artificial para la capacitación de funcionarios del sector estatal.

ADTutor: Sistema tutorial inteligente ADTuror es un sistema inteligente diseñado para facilitar el aprendizaje de clases de datos abst ractos, al ritmo propio de cada estudiante; ADTutor utiliza dos modelos de estudiante: principiante y avan7,ldo. Su propósito es proveer ayuda computacional al programador principiante en el tema de abstracción de datos. El modelo instruccional di señado es capaz de controlar y motivar e l proceso de aprendizaje: también indica cómo se debe diseñar el sofMare para apoyar una filosofía educativa apropiada . La selección de los modelos de estudiante -avanzado y principiante- posibilita la representación del conocimiento que se está ense-

113

ñando , a do, ni veles diferentes. La arquitectura de ADTutor incluye la identificación de herramienta, para la construcción de gráficas, juegos educati vos sencillos. ventana" menús y manejo de texto que se requiere para una mejor percepción y comunicación del área del conocimiento respectivo: también incluye una representación adecuada tanto en abstracción dc datos como del progreso del aprendizaje del estudiante . Junto con la organización y adquisición del conocimiento son los componentes de ADTutor. Varias c lases de datos abstractos para la enseñanza fueron identificados para apoyar los subsistemas de comuni cación, los cuales son el principal componente para controlar la instrucción al estudiante. utilizando MODULA-2 . (Para mayores detalles véase Pérez , 1989). Escenario de una sesión del usuario: Cuando el usuario corre ADTutor, se le ofrece una introducción general al sistema la cual puede ser omitida si el usuario no la requiere , mediante el tecleo de < enter> . Después de la identificación del usuario , se le informa al usuario sobre las opciones disponibles. Si se trata de la primera vez, se la invita a leer ADTutorllntro . La exposición de temas -- o puede regresar < arriba > para repetir subtemas previamente leídos. Complementariamente a esta presentación se brindan explicaciones gráficas a través de una ventana superior si no se necesita más espacio; de lo contrario el texto se oculta habiéndosele informado previamente al usuario para ocupar toda la pantalla; la gráfica aparece cuando el usuario ha tecleado < G> o después de haber tran scurrido treinta segundos de la presentación de esta

franja (opc ión alterna). El usuario está posibilitado para ajustar el tiempo de duración con la opción < AYUDA > . Cuando el usuario activa la opción < izquierda> . se le presenta otra opción; cada opción se ofrece con instrucciones precisas . El sistema no debe terminar anormalmente por operaciones resultantes de teclear errática, o equivocadamente o al operar los botones del ratón en otras áreas diferentes . En la opción de < J:xp/orar> el usuario está posibilitado de recorrer todo el material.

EEGSI: EDUCAC ION EN SISTEMAS I TELIG E'iTES DE I"I/FORMACIO GERE CIAL LO' SE , e e,tú" empleando e n el campo de los sistemas de información / 11 .\ d(~cüi()lles del ejecu livo. ademá~ de ofrecer inmen,a, pm ibilidade, para en trenamiento gerencia l significat: erenóa/ como .\ojJort e !Jara

114

tivo. Un componente importante lo constituyen las bases de datos basadas en conocimientos o bases inteligentes de datos . Estas facilitan y guían al usuario para que obtenga la información que necesite sin más ayuda que el propio sistema (por intermedio de deducción y razonamiento automáticos): le ayudan a que maneje deductivamente las transacciones estructuradas y conocidas y, además, ofrecen una asistencia

inteligente en línea . El ambiente de los i temas de información en las empresas está redefiniéndose enriqueciendo el procesamiento de datos e información con los sistemas basados en conocimientos. razón por la cual las bases de datos incluyen nuevos aspectos : e .g .. habilidades gerenciales y el conocimiento de especialistas de la empresa . Los sistemas inteligentes de información gerencial. SI/C . implican no sólo e l soporte a las decisiones si no la necesidad de incorporar. e.g. , subsistemas que identifiquen la clase de conocimientos requeridos por un empresario para resolver ,?roblemas y. además. que le aconsejen cómo tomar decisiones. En este sentido , los SIlG demandan un componente de aprendizaje maquinal para que incorporen información y conocimientos en forma automática . Obviamente , el perfil del personal también está cambiando en la medida en que implica una determinación de habilidades cognoscitivas que el SIlG debe identificar para apoyar adecuadamente los estilos gerenciales . La indudable ventaja para el usuario es la posibilidad de ampliar significativameme su visión cognoscitiva en el espacio de la gestión. tal como se ha evidenciado en numerosos trabajos y reportes (Clancey. 1988). (Wagner, 1987) , (Desde 1986) . Los sistemas basados en conocimientos se aceptan como tales porque conducen a una informática más inteligell/e como un SE . De esta manera, se espera ofrecer respuestas más rápidas y oportunas al medio empresarial. adecuadas a la difícil época actual y en especial porque la empresa no permanece resuelta . (Dulta & Basu, 1984) , (Davis. 1986). Tradicionalmente, un sistema de información se concebía como una federación de diferentes subsistemas (así lo hace explícito el profesor G . Davis ya citado). Estos , en los SIIG , se sustituyen como un sistema abierto de cooperación de subsistemas expertos en los que el procesamiento cooperativo alcanza un verdadero sentido . El ambiente educativo para la formación de personal de los SIIG y sus diseñadores requiere una revisión importante de los contenidos y los métodos de la enseñanza tradicional porque exigen , entre otros. de un ambiente enriquecido con herramientas de software y con posibilidades de información relevante que motiven ampliamente la creatividad y el desarrollo de mejores habilidades para la gestión de los SIIG . El Modelo del Usuario: Estos modelos han tenido en los sistemas expertos mucho interés. dado que han posibilitado el desarrollo de interfases de comunicación hombre-máquina más adaptables . Además, facili tan el desempeño eficiente de diferentes niveles de usuarios. lo

l IS

cual aumenta a la vez el nivel de aceptabilidad de los sistemas informáticos. Otros subsistemas los caracteriza el tutor o, mejor, el asistente inteligente en línea que, entre otros , "adiestra" al ejecutivo en consultar la información del sistema y le permite recorrer los archivos, ilustrándole en cada oportunidad con ejemplos sobre la estructura de la información disponible y los períodos de referencia. Así mismo, existe el subsistema de documentación en línea, en el cual se registran los principales hechos en relación con los datos, e información pública sobre los programas y cómo utilizarlos . • Escenario de una sesión del usuario: Cuando el usuario corre SEEGSI, se le ofrece una introducción general al sistema, lo cual se puede omitir si el usuario no la requiere, mediante el tecleo de < enter> . Después de la identificación del usuario, se le informa sobre las opciones disponibles. Si se trata de la primera vez, se invita al usuario a leer SEEGS/Ilntro, donde se especifican las características más importantes del sistema, cómo y para qué puede usarse . La presentación esquemática de la información y conocimientos --, para repetir subtemas de información previamente leídos. Cada franja se presenta con temas de algunas líneas . Complementariamente a esta presentación , se brindan ilustraciones gráficas a través de una ventana superior dado que no se necesite más espacio; se busca hacer una descripción esquemática de la información a manera de un mapa cognoscitivo de datos apropiado. La gráfica aparece cuando el usuario ha tecleado < G> o después de haber transcurrido treinta segundos de la presentación de esta franja (opción alterna) . El usuario está posibilitado para ajustar el tiempo de duración con la opción . Cuando el usuario activa la opción < izquierda> , se le presenta otra; cada opción se ofrece con instrucciones precisas. Cuando el usuario lo demande , se presentarán ejemplos dirigidos a este respecto. El sistema no debe terminar anormalmente por operaciones resultantes de teclear equivocadamente o al operar los botones del ratón en otras áreas . En estas opciones, el usuario está posibilitado a recorrer todo el material de info rmación ex perimentando acti vamente la in fo rmación. Otras opciones dan la posibilidad de seleccionar decisiones de tipo estruClurado sobre las cuales el sistema debe informarle al us uari o la clase de datos e info rmación que requiere para tomar la decisión. la respuesta de penderá de la representación del conocimiento a través del modelo del usuario. Una vez presentada esta información, el usuario puede ser

116

informado sobre cómo tomar la decisión pudiendo escoger las herramientas y técnicas para evaluar y escoger alternativas, que van desde simples proyecciones lineales y análi sis gráficos, hasta complicados métodos estadísticos incluyendo alternativas de In vestigación Operacional. El sistema puede recomendarle el método más apropiado dependiendo de las posibilidades de información existente y del nivel del usuario. Estos diálogos se harán a través de menús amistosos sobre los cuales siempre va a tener la opción de < AYUDA >. Lo anterior implica el desarrollo de una hoja electrónica inteligente o un sistema integrado de Ingeniería de Sistemas con apoyo del computador. implícita al sistema. Adicionalmente, el sistema podrá recomendar alternativas, cuando no exista la información y datos completos.

SEEGAS: Sistema experto para auditoría de sistemas. Un componente importante de la gestión moderna, es la Auditoría de Sistemas. en el cua l el SE "aconseja" al ejecutivo para determinar los controles y diseñar el sistema que enfrente los riesgos y amenazas en el ámbito de la gestión. En este subsistema se identifican dos tipos de bases: la de datos y la de conocimientos. La primera está integrada, entre otros, pore l conjunto de controles básicos , los riesgos, las amenazas y las variables asociadas para medici ón y evaluación. La segunda está integrada por el conjunto de representaciones de las habilidades y pericias de los expertos en auditoría. Es así como hemos identificado en la auditoría de sistemas una variedad de aplicaciones de la lógica simbólica que comprenden , entre otras. razonamiento bajo riesgos y amenazas, planeación y gerencia estratégica y planeación de controles , predicción y evaluación , diseño de sistemas de control de gestión. interpretación de las violaciones de seguridad, estado de sistemas. seguimiento y monitoreo y, además, educac ión gerencial. (Dhar & Crocker, 1988) . Además. la experiencia con metodologías automatizadas con base a herramientas CASE hemos visualizado buenas perspectivas como in strumento eficiente para soporte de la compleja labor del auditor de sistemas . • Escenario de una sesión del usuario: Cuando el usuari o corre SEEGAS. se le ofrece una introducción general al sistema. la cual se puede omitir si el usuario no la requiere , mediante el tecleo de < enter>. Después de la identificación del usuario, se le informa sobre las opciones disponibles. Si se trata de la primera vez. se invita al usuario a leer SEEGAS/ !turo. donde se ofrece un tl/forial sobre controles . auditoría informática yen general, se especifican las características más importantes del sistema; además , cómo y para qué puede usarse .

117

La presentación esquemática de la información y conocimientos - o después de haber trascurrido treinta segundos de la presentación de esta franja (opción alterna) y en la medida en que va explorando controles . El usuario está posibilitado para ajustar el tiempo de duración con la opción < AYUDA > y visualizar los componentes de seguridad y protección en que esté más interesado . Cuando el usuario activa la opción < izquierda> , se le presenta otra; cada opción se ofrece con instrucciones precisas. Cuando el usuario lo demande, se presentarán ejemplos dirigidos a este respecto. El sistema no debe terminar anormalmente por operaciones resultantes de teclear erróneamente o al operar los botones del ratón en otras áreas diferentes. En estas opciones , el usuario puede recorrer todo el material de información experimentando activamente la información sobre controles y seguridad informática . Otras opciones dan la posibilidad de seleccionar los controles o diferirlos o simplemente hacer una evaluación cuantitativa de las características del colltrol, de tal suerte que le cuantifique los factores de riesgos y cubrimientos y le provea un referente o medida de incertidumbre. Obviamente , las respuestas dependerán de la representación de los conocimientos a través del modelo del usuario. Una vez presentada esta información , el usuario puede ser informado sobre cómo tomar la decisión de escoger un control y las técnicas para evaluar los controles que van desde simples métodos de puntajes hasta alternativas de investigación operacional. El sistema puede recomendarle el método más apropiado dependiendo de las posibilidades de información existente y del nivel del usuario . Estos diálogos se harán a través de menús amistosos sobre los cuales siempre va a tener la opción < AYUDA >.

11 8

Adicionalmente, el sistema podrá recomendar alternativas, cuando no existan controles apropiados o más exitosos frente a las amenazas y riesgos históricamente enfrentados. Otra opción posibilita al usuario para responder exhaustivamente sobre el sistema de computación con el objeto de hacer un diagnóstico de los riesgos y amenazas del mencionado sistema de acuerdo con el conjunto vigente de controles. El usuario está posibilitado para recorrer todo el sistema, revisar las evaluaciones, observar gráficamente y comparar alternativas. Una vez terminada esta etapa, el sistema le presenta un plan de controles. acompañado de un despliegue visual y numérico sobre la cobertura de los riesgos, los costos relativos y absolutos y, además, un plan detallado por controles para su implementación . El sistema deberá proveerle igualmente una evaluación objetiva del plan.

Conclusiones Una de las hipótesis de trabajo que estamos manejando en nuestra investigación ha tenido como premisa fundamental que los sistemas expertos (como ulla aplicacióll de inteligencia artificial) collstituyen Ull medio poro la socialización del cOllocimiellto experto, iraciélldolo accesible o todo lo comunidad estudialltil. Lo anterior se articula con la aseveración de que el papel futuro de la informática radica en la trasformación de la sociedad y pone en evidencia sus consecuentes beneficios sociales y tecnológicos (Van Dam, 1988b) . A este efecto se espera disponer en el país de sistemas expertos que entiendan lo que pretenden enseñar, aconsejen al estudiante sobre cómo aprender más fácil y rápidamente (respetando su estilo cognoscitivo) y le identifiquen sus errores y malos entendidos. En este contexto se estima que las aplicaciones educativas estarán más dependientes de la lA , máxime si se tiene en cuenta que es una de las áreas de mayor investigación en el mundo . Una de las metas centrales de El DOS radica en promover herramientas y ambientes para la creación y desarrollo de modelos educativos para la SOCIEDAD INFORMATIZADA que se apoya en conocimientos. Esto requiere de la investigación sobre el uso no convencional del computador en Colombia que , sin lugar a equivocaciones, constituye de por sí un medio masivo de comunicación social. Este planteamiento implica asignar un nuevo papel al computador: del "socio calculista" pasa a tener un rol de "colega illtelectual", mediante el traslado de algunas habilidades hasta ahora exclusivas del hombre tales como las de razonar y aprender. Se pretende , entonces, poner ell mallOs de nuestros estudiantes irerramielltas que SOIl de /ISO corriente elltre los profesionales de países avallzados, tales como los SE. A la vez, desmitificar ante la comunidad académica el uso de la informática y de tecnologías de punta (i .e. , illte-

119

ligencia artificial) ya que su desconocimiento favorece la visión " mágica" de la computación que impide el tránsito hacia una innovación pedagógica. Estas restricciones en la actualidad, obstaculizan la reestructuración de los hábitos profesionales , frenan el replanteamiento de las metodologías y promueven el estancamiento de las filosofías educativas lo cual , sin duda alguna , favorece la trasmisión desgastada de conocimientos y la deficiente generación de nuevos conocimientos. Con la promoción de innovaciones educativas - mediante nuevas formas de aprendizaje electrónico y ambientes informáticos- se espera aportar cambios metodológicos , generar nuevos criterios y guías de enseñanzas para la docencia, redefinir contenidos, identificar formas de aprendizajes y, fundamentalmente , promover la estimulación de la inteligencia humana a cualquier nivel y a cualquier edad . En el futuro , a medida en que se produzcan nuevas arquitecturas de equipos que soporten de una manera más directa la ejecución de SE y que se perfeccione la tecnología de lA, es apenas lógico esperar el desarrollo de sistemas que se aproximen asintóticamente al desempeño humano en muchas áreas con profundas repercusiones en la educación .

Referencias BORK A. (1981) ; "Learning wilh Computers"; Digital Press; Bedford . BENCHIMOL Guy. (1987) Pierrc Levine J .C . Pomerol "Systemes Experts dan L' Enterprise" Editioo Hcrme s. Paris France CALAI : Boletín 1989; J. Correa - Secretaria Permanente de la CALA I; Buenos Aires. Argentina . CLANCEY BILL ( 1988) "KIIOIvledge Base Tutarillg : The CUIDON Programa" MIT

Press DA VIS GORDON ( 1986) "Sistemas de Información Gerencial"Ed . McGraw HiII Latinoamericana. Bogotá - Trad . A. Pérez Gama DA VIS R. (1985) "Problem Sol utions with Expcrt Systems" Proceedings 01 (h e Texas Instrument Artificial Illfellif(ence Symposium - Dalias TX . DE CORTE Erik (1987) " Aprender a pensar" Bo/etill de RClI UNESCO Suplemento No . 2 de Infonnática Educativa. Septiembre . DEDE Chri slophcr ( 1986) " A Rc vicw and Synthcsis of Recenl Research in ICAI " en IJMMS Vol. 24 No . 4 Aprd . DHAR Vasallt . BARRY Lewi s and J . Peters ( 1988) " A Kllowledge Based Mode! of Audit Ri sk" en Al Maga zine Vo1. 9 No. 3. DHAR V. A . Crok er ( 1988) " Knowledgc Based S upport in Business; Issucs and a Solution" en IEEE EXPERT Vo l. 3 No . l . DORFMAN Raúl (1983): "Del Jard{n de Infantes a los Sistemas de Informaci6n" Memorias Sem inario-Tall er Uni versidad Nacional de Colombia , Bogotá. DUDA Richard, P. Hart . R. Reboh , J, Reiter & T. Ri sch "Syntel : Usi ng a Functional Lang uagc for Financi al Risk Assess ment" en IEEE EXPERT Vol. 2 No . 3. DUTTA AMIT AWA & AMIT BASU : " An Al approach lO model Managemellt in Deeisioll Suppo rt System" e n IEEE COMPUTER Vol. 17 No . 9 USA DREYFUS y DREYFUS: "Wind O vcr Machines: The Powcr of Human Intuilion of Expcrti se in thc Era 01' thc Comput cr" Free Press 1987 . ENG ELEN Jnando solamente 4 kcal/g a la dieta animal. Toda~ la... lev"lduras contienen un complejo sistema de e n zi lll a~ .

denominado Fa l!.'· Acid SYlllelhasa (Sinteti zadora de ác idos grasos) encargado de conven ir carhohidratos (glucosa) en grasas. las cuales se utili zan como materia prima para produc ir la pared y membrana celul a-

192

res, como otros componentes estructurales de la célula y como reserva energética de la misma. Esta actividad enzimática, FAS , está regulada en e l genoma por dos genes denominados FAS- l y FAS-2 y es inhibida por retroalimentación a nivel de la translocasa mitocondrial y la ATP: citrato sintasa . En ciertas levaduras, la síntesis de ácidos grasos se encuentra desregulada (desbloqueada) a nivel del genoma . Las alternativas que se estudiarían , serían dos : Desregul ación por mutación y posterior selección de la levadura . Fusión protoplasmática entre esferoplastos de la levadura seleccionada y un a levadura lipogénica . El desbloqueo de la síntesis de Jípidos (o la protofusión) forzaría al microorganismo a ac umu lar Jípidos en la (o las) vacuo la (s), permitiendo incrementar el contenido de grasa sobre peso seco al 25-30 por ciento (o más). Esta forma de energía tiene un alto valor en e l mercado y aporta 9 kcaJlg a la dieta de los animales. Resumiendo, desde el punto de vista comercial. un mi croorgani smo diseñado genéticamente de acuerdo con los puntos anteriormente ana li zados , tendría las características expuestas en e l Cuadro 2.

CUADRO No. 2 Comparación de las características de la levadura manipulada genéticamente contra la obtenida actualmente Caraclerística l . Con tenido de proteína

2. Con tenido de grasa 3 Contenido de ácidos nuclcicos 4. Digestibilidad i" l'i\'O 5 . Eficiencia de la proteína 6. Costo Punto Proteína 7. Precio agregado grasa

Manipulada genéticamente

Condiciones actuales

55-60% 25-30%

43 % 3%

3-4% 90-92% 3.0-3.2 $ 2681kg $901kg

12-14"k 75-80'« 2.0 $ 3741kg O

Adicionalmente, se considera pertinente estudiar e l uso de bagazo como materia prima alterna, con e l fin de optimi zar el proce so reducien do costos. Ex isten dos alternat ivas tecnológicas para el apl l>vechamien 10 del bagazo en procesos fermentati vos:

Alternativa I Preacondicionamienlo por hi drólisis: El bagazo de caña de azúcar es un sustrato ligno-celulósico . Por eslO. su con tenido de ce lul osa y hemice lulosa puede ser degradado a azúcares fermentables (glucosa y pento-

193

sas) por medio de un proceso de hidrólisis enzimática o química, para posteriormente realizar el proceso microbiológico de fermentación.

Alternativa 11 Sacarificación y fermentación simultáneas, SFS: Esta alternativa corresponde al proceso simultáneo d~ degradación de la celulosa a glucosa fermentable, la que a su vez es usada para la producción fermentativa por el mismo microorganismo. Es decir , se debe dotar al microorganismo de las enzimas para proveerlo de capacidad degradativa y fermentativa. Tal y como se ha mencionado, los mayores factores de costo en la producción de proteína unicelular son las materias primas y la eficiencia de conversión en biomasa . La selección del sustrato depende de la disponibilidad local , presentando una magnífica oportunidad comercial el integrar la producción de PU a otro proceso ya existente, cuyos subproductos o residuos pueden ser utilizados como sustratos de partida. Una vez obtenido un microorganismo mejorado genéticamente ("Valorizado"), pero incapaz de metabolizar sustratos diferentes a los azúcares simples , se le debe conferir esta capacidad metabólica por medio de la ingeniería genética. Se han realizado algunos trabajos en esta dirección utili zando cultivos si nérgicos de Trichoderma reesei y Pellicularia filamentosa sobre celulosa en procesos de SFS . Sobre la celulosa hidrolizada se cultivaba Candida utilis y Saccharomyces cerevisiae . La alternativa que se presenta a continuación simplifica el proceso de SFS, al incorporar en la levadura el aparato genómico capaz de inducir la síntesis de los complejos enzimáticos celulasa-hemicelulasa. La celulosa es un polímero beta (1 - 4) de glucosa , que debe ser hidrolizado a glucosa antes de la glicólisis metabólica . Entre las diferentes actividades ce lulásicas (enzimas) capaces de llevar a cabo esta hidrólisis. se han caracteri zado plenamente tres: la Celooiohidrolasa (CB H-I). la Endoglucanasa (EG- I) y la Beta-glucosidasa (BG-I). Estas se encuentran en la T. reesei reguladas coordinadamente para actuar sinergísticamente sobre la matriz celulósica. Ambas, la EG1Y la CBH-I , son inducidas por la celulosa y represadas por la celobiosa o La síntesis de BG-I es constitutiva y la actividad es inhibida por retroalimentación por la gl ucosa. Los genes de estas enzimas han sido identificados por hibridización diferencial usando RNA mensajero de cepas inducidas . La expresión de la C BH-I en la levandura requiere de un estricto procesamie nto del mRNA. incluyendo la supresión de dos intrones. El otro problema potencial que se debe resolver es la secreción de la pro' CBH-I y la eficiencia péptido nativo de la señal. Si se determina experimentalmente que el péptido de señal no se expona adecuadamente. será necesario utili/ar olra seña l. por ejemplo. la invertasa. que es el péptido de señal natural del SlIcchllromyces . La secreción de invertasa y de fos-

194

fatasa ácida en levaduras está profundamente estudiada, habiéndose identificado la terminal 5; de ambas, lo cual permitiría su fusión in vilro a la actividad enzimática que se desee secretar. También, y dado que la C BH -I está glicosilada, se deberá determi nar si esta gl icosilación es indispensable para la actividad biológica y/o estabi lidad y , si la levadura puede glicos ilar autó nomamente . Los genes de las activ idades EG- I y BG- I se han clonado , expresándose en E. coti y cel/utomonas fimi . Estos se identificaro n en un banco genómico construido en el plás mido pBR322 . Existe un problema potencial con la ex presión de genes procarióti cos en eucariotes. a l no req ueri r los procariotes parti ción de l RNA, ni glicosilación para expresión de celul asas. Impide así la función de l promotor procariótico en la levadura, requiriéndose promotores e ucarióticoso Adicional a la actividad celulósica , se debe poder inducir capacidad hemicelulolítica en la levadura . pues la fracción hemicelulosa representa 30-35 por ciento del total del bagazo . Aunque el Soccharomyces no cataboliza xilosa (unidad monomérica del xilano). la Can(/ida sí puede hacerlo . Lo interesante radica en que el Socclraromyces sí metaboliza el ceto-isómero de la xilosa. la xilulosa. La funci ó n catalítica ausente es el sistema enzimático de isomerizacián y la solución vía ingeniería genética. es introducir el gen que codifica esta enzima. la xi losa isomerasa. en la levadura . Va le la pena ano tar que la levadura será probablemente una cepa especia l de Saccharoml'ces cerevisiae, pues se han desarrollado las herramientas más sofisticadas de manipulación genética principalmente para esta levadura. específicamente los vectores (secuencias de D A que funcionan para mantener los genes deseados en el huésped) y los sistemas de transformación genética.

CONCLUSIO ES (A) Los pri ncipales productos que se presentan como alternativa económicamente atractiva para la producción por parte de la agroind ustria colombiana son, en su orden: Proteína unicelular, acetona. isopropanol, L-Iisina , ácido ascórbico (Vitami na C). butanol y riboOavina (Vitamina B-2) . (B) La consecución. mejora y mantenimiento de 1(" microorganismos productores es uno de los factores críticos para optimizar los procesos de fermentación . (C) Ante la importancia económica y la potencialidad de la producción de proteína unice lular tanto para la regió n azucarera del Valle dcl Cauca como para el resto del país. se hace necesario desarrollar la infraestructura investigativa necesaria para aumentar la rentabilidad del

195

producto por med io de téc nicas de ingeniería genética conducentes al aumento de la conversión sustrato-producto; el aprovec hamiento de materia les de partida li gnoce lul ós icos de meno r val or (bagazo de caña); y e l aume nto del conteni do de proteína, aminoác idos ese nciales, vitaminas y lípidos (grasas) en la levadura. (O) El desarroll o de un proyec to para producir proteín a unice lu lar a partir de sub productos de la caña de azúcar, contribuye no só lo a generar una alternati va tec nológica para la ex pansión estructura l de la agroindust ri a azucarera, sino también a la solució n parcial del grave défici t de fuentes de prote ína que tiene la industri a nacional de concentrados aliment ic ios . (E) La producción de proteína unice lul ar contribuye a l bienestar económico de l país, al susti tuir no sólo importacio nes de fuentes de proteína si no ta mbién de vi tami nas y aminoácidos. Se evita así la fuga de d ivisas y se dis minu ye n los costos de fabricación de concent rados al imenticios para anima les . (F) La ejec ució n total de las líneas de acc ión investigativas cond uce ntes a la o ptim izac ión de l proceso para producir prote ína unice lular permite el desarrollo y adaptac ió n de tecno log ías de punta, como son la biotec nolog ía y la ingeniería genética en el país; aparte, logra la máxima o ptimi zac ió n de los rec ursos di sponibl es y la creació n de núcleos de in vesti gac ió n (masa crítica) en tecnologías de punta . (O) Actualmente, se reconoce la importancia que tiene para e l desarroll o de la industri a nacio nal la implementac ión de técnicas de biotec nolog ía en las áreas de agricultura y producc ión indu stri al y, lo que es más impo rtante aún , se están dando los primeros pasos en el desarrollo de la infraestructura requerida para ésto. Es as í como se ve ya una te nde ncia en todos los ni ve les , tanto académi co como producti vo y gubern amental, en adoptar la tecnología ava nzada que asegure el mejoramiento de la ca lidad de vida y e l bi enestar económi co futu ro de l país.

196

~EALIDADES

y PRQMESAS

DE LA BIOTECNOLOGIA EN EL DESARROLLO DEL SECTOR AGRICOLA EN PAISES DE MENOR DESARROLLO W. M. Roca y P. Chavarriaga*

La biotecnología es una actividad aplicada que utili za conocimientos básicos de la biología para la obtención de productos mediante la manipu lación genética y fisiológica de microorganismos y células cultivadas. Pero la biotecnología no es sólo el producto de la investigación básica ni del sistema convencional de mejoramiento de especies para enfrentar los problemas que tienen impacto directo en la economía . Entonces, de una manera más restringida, la biotecnología puede ser definida como la aplicación de enfoques no tradicionales. basados en e l conocimiento celular, bioquímico y genético. a problemas que no pueden ser normalmente resueltos a través de las metodologías tradicionales. Para la solución de algunos de los problemas que aquejan más severamente a la agricultura en Latinoamérica se han implementado principalmente técnicas de cultivo in vilro de células y tejidos. Existe una marcada inclinación hacia el uso de tecnologías del cultivo de tejidos (universidades e institutos nacionales de investigación agrícola) que trabajan con biotecnología a nivel latinoamericano. Esto significa que las tecnologías más extendidas en estos países están asociadas con aplicac ión a corto plazo y con baja inversión. Estas tecnologías están posibilitando soluciones como la eliminación de enfermedades de cultivos alimenticios, la propagación masiva.

'1
==-f;uis 8unarddeóa-Borrero*=-------

Lo que caracteriza fundamentalmente a la c iencia moderna es que resulta inseparable de la acc ión sobre la naturaleza y sobre e l hombre . La cienc ia antigua es . ante todo. contempl ac ión o visión puramente intelectual de las rea lidades que están más allá del mundo sensi ble . Los primeros fi lósofos -que fueron también los primeros en oc uparse de los pro blemas c ient íficos- no concebían . más aún . rechazaban. la idea de una c iencia experimental. Para ellos la verdadera ciencia no se fundamentaba en el intcrcambio entre la experi encia y la razón. sino en e l desc ubrimiento . por la so la razón de los pri nci pios y de las verdades que la experiencia mi sma impide alcanzar, como un velo interpuesto entre las apariencias y la realidad . (Salomon , ].J . • 1974a. p . 19) . Paralela a esta concepción está la idea de que e l trabajo cient ífico debe ser independiente de los intereses de orde n práctico . Es este un trabajo liberal. es deci r, desinteresado , cuya única fi nalidad es la búsqueda de la verdad . La utilidad o las consec uencias prácticas que se de ri ven de él son un problema que le corresponde a los an esanos y a los técnicos; nunca a un verdadero c ient ífi co . Esta concepc ión de la ciencia fue la idea dominante hasta e l siglo XVII. Aun hoy tiene sus defensores . A panir de ese mome nto y en el contexto de una situación hi stórica y socia l concreta , hombres como Galileo , Bacon, ewton y Descan es. instauran una nueva concepción que habrá de cambiar la forma de concebir la ciencia hasta nuestros días . La finalidad del trabajo cient ífico es el entendimiento de las leyes de la natu ra leza. pero no ya por un mero afán especulativo. si no con un objetivo eminentemente práct ico: entenderla debe significar dominarla . En el Discurso del Método. Descanes sostiene que "en lugar de esta filosofía espcculativa que se enseña en las escuelas. puede encontrarse • Editorial Sanlillana

2 11

una filosofía práctica en virtud de la cual, conociendo la fuerza y las acciones del fuego. del aire, de los astros. de los cielos y de todos los cuerpos que nos rodean con tanta precisión como conocemos los diversos oficios de nuestros artesanos, podamos emplearlos de igual forma para todos aquellos usos que sean propios convirtiéndonos por este medio en dueños y señores de la naturaleza" . Y para Bacon , la verdadera justificación de la ciencia es su utilidad. Comprender la naturaleza significa dominarla . Saber significa poder. Esta nueva concepción de la ciencia surge y no puede entenderse sino en medio de un cambio fundamental en el orden social. Los intereses de una burguesía que enlra a competi r por el poder económico con la antigua nobleza y que cuestiona el orden social existenle coinciden con la crítica que en el campo de las ideas formulan filósofos y rebeldes intelectuales contra las formas institucionales establecidas y la tradición escolástica que dominó el pensamiento durante la Edad Media . Uno de los productos de esa evolución de la situación social es una nueva epistemología. el resultado de la vinculación de las modalidades empíricas de artesanos e inventores con las nuevas formas de racionalismo concebidas por Francis Bacon y otros pensadores (Mendelsohn, E., 1982, pp . 26-28). Lo que distingue a la ciencia moderna de la ciencia antigua es la concepción del conocimiento como un medio de acción que conecta la teoría y la práctica. La ciencia se concibe más como un sistema de acción que como un método de conocimiento puro . El saber científico no es de tipo sapiencial. ni contemplativo, ni hermenéutico sino de tipo operatorio . La ciencia moderna está tan ligada a un poder sobre las cosas y sobre el hombre mismo que aparece unida a la tecnología, hasta el punto de no distinguirse de ella . El saber científico se prolonga de manera natural en un saber práctico que pertenece ya a la esfera tecnológica (Ladriere . 1977. pp. 24-25) . Husserl concibe este fenómeno como una tecnijicación de la ciencia; Habermas habla de una ciemijización de la tecnología o de la tendencia de la técnica a convertirse en una ciencia y Heidegger sinletiza en el concepto de tecnociencia esta fusión de ciencia y tecnología . La distinción ent re ciencia pura y ciencia aplicada o entre ciencia y tecnología . se desvanece. Al asumir el conocimiento científico una estructura eminentemente operatoria. éstos sólo pueden concebirse como momentos o fases de una misma y compleja realidad . La ciencia es la base invisible pero actuante de la técnica y la tecnología es " la cara visible de la ciencia" (Ladriere. 1977). De ahí que no puedan establecerse siempre los límites entre el descubrimiento teórico y su aplicación práctica: el tiempo que separa estos dos momentos es cada vez menor y, en algunos casos . prácticamente inexistente . La ciencia no evoluciona sólo por la vía de la investigación teórica . Ahora la respuesta a los problemas técnicos y a las necesidades pro-

212

pias de la práctica socia l se conv ienen en un factor imponante , a veces determinante , de l desarrollo científico . (Basta recordar los avances que hizo la te rmodin ámica, impul sada por las neces idades de una revolución indu strial que se basaba en las máquinas de vapor; o los desarroll os de la física y la quími ca modernas en fun ció n de los probl emas de la industria espac ial y militar) . Hay una inter-determinac ión e ntre ciencia y tecno log ía: la primera con stru ye teorías y mode los que se traducen en técni cas que ope ran para transformar la prác ti ca pe ro los problemas tecnológ icos, a su vez, impul san y señalan direcci ones a la bú squeda c ientífi ca . Tambié n la situación y la fun ción de la ciencia en la soc iedad se modifican profundamente. La ac tividad c ientífi ca , que e n un comienzo e ra la preoc upación exclusiva de los fil ósofos y tenía un carác ter marginal y pe rifé ri co con relac ión a la soc iedad . se ha con ve nido en un a po de rosa in stituci ón soc ial , fin anc iada y contro lad a por los p od e re~ econó micos y por el Estado . La técni ca , producto de la ciencia . transforma la soc iedad pero también, de manera retroac ti va. la soc iedad tec no log izada transforma las estructuras mi smas de la ciencia. La in stitución científica sufre las pres iones y limitac iones buroc ráticas propi as

y económica, pero ni la industri a ni el capit al ni el mi smo Estado están orientados por un espíritu científico (Morio. E. 1982. p. 33)

de la organi zac ión es tatal

Por su naturaleza operatori a la ciencia modern a tie nde entonces a ser un sistema de acc ión. más que una form a de conoc imiento puro . L a ciencia. concebida como in strum entalidad . se convierte en un a fu erza

producti va al servicio de intereses y propósitos específicos. La capacidad de utili zar los rec ursos de la c ie ncia constitu ye un componente esencial de la fu e rza econó mico-pol ítica de una soc iedad. " La úni ca fuente real de poder. de ahora en adelante. se rá la creación de nuevo

conoc imiento" (Se rvan-Schreibe r. 1987. p . 76). Si no es pos ibl e separar la in ves ti gación cien tífi ca de las tecnología s que tra nsform an a la nalUraleza y al hombre m ismo. tampoco es

pos ibl e concehir la c ie ncia modern a sin una relación con la po líti ca . Las relac iones entre ciencia y poder están in sc rit as en la naturaleza mi sma de la cienc ia moderna . La ciencia. conce hid a CO Ill O disc urso ele verdad.

no es se parable ya de la fun ción que reali za ni de l poder q ue ejerce como di sc urso po lítico (Salomo n. U .. 1974b). N o só lo posi bilit a la cienc ia modern a 13 construcc ión de in stru -

ment os y téc ni cas que otorgan poder a quien los control a. sino q ue se constitu ye en una ideol ogía. Esta ideo log ía predica el cie nt ifi slllo "qu e significa la fe en la cie ncia misma. el convenc imi ento de que ya no ~e pu ede entender la ciencia

C0 l110

una form a de conoci m ient o posi hk.

sino que de bemos ide ntificar el conoci miento con la l' ie nc ia" (Hahermas. J.. 1982 . p . 13). De otra parte. la ciencia. sometida a los imperati -

2 13

vos del desarrollo económico, se convierte en legitimadora del orden social generado por la técnica. El surgimiento de las ideologías modernas fue moldeado por el surgimiento de la ciencia moderna. Estas ideologías plantean una autofundamentación del conocimiento por la razón y la experiencia. Son, por lo tanto, sistemas de creencias secularizados que tienen un sustento racional y empírico . La gramática del discurso racional, basada en la autofundamentación. se contrapone a las viejas gramáticas del discurso , fundadas en el dogmatismo. Otra premisa común a las ideologías modernas es la unidad de teoría y prácticas por la mediación del discurso racional. " La ideología se separó de la conciencia mítica y religiosa; justificó el curso de acción que proponía, mediante la lógica y los elementos de juicio aducidos a favor de sus ideas sobre el mundo social, no invocando la fe, la tradición, la revelación o la autoridad del que hablaba. La ideología, pues, supone políticas modeladas por el discurso racional en la esfera pública, y suponía que era posible movilizar el apoyo a ellas por la retórica de la racionalidad (Gouldner, A. W ., 1976). Marcuse ha mostrado cómo en la sociedad industrial avanzada, el aparato tecnológico sirve para instituir una ideología totalitaria: la noción tradicional de la neutralidad de la tecnología no puede sostenerse más. La tecnología como tal no puede separarse del empleo que se hace de ella ; la sociedad tecnológica es un sistema de dominación que opera ya en el concepto y la construcción de técnicas ... La razón tecnológica se ha hecho política". (Marcuse, H., 1968, pp. 18-19) .

SIGNIFICADO PARA LA UNIVERSIDAD Si la ciencia moderna es inseparable de su acción sobre el mundo material o socia l. el científico está comprometido necesariamente con las

consecuencias políticas y soc iales del conocimiento. La actividad científica está inscrita en el tejido histórico y cultural de una sociedad; es una de sus formas propias de organización del conocimiento , producto de la cultura, pero al mismo tiempo, creadora de un sistema de valores y de una forma de concebir la realidad. La ciencia no es entonces un sistema cerrado, que funcione independiente de los procesos socia les y, por lo tanto, no puede seguirse sosteniendo la posición de que la utilización que se haga de la ciencia es un asunto de carácter extracientífico , que les concierne a todos. menos al mismo hombre de ciencia. En este contexto , no puede seguir teniendo validez la idea de una universidad cuyo compromiso con la sociedad es de orden académico únicamente . Esta concepción asume que siendo la universidad una ins-

titución orientada al sabe r. no puede rebasar su propia naturaleza académica y que "su contribución a la resolución de los problemas sociales no puede consistir sino en el esludio científico de esos prohlemas ... Esta

214

posic ión favorece genera lme nte una concepción de la cienc ia como neut ra l en materi a de valores . una visión de la acc ión políti ca como extraña a la actividad académica y una concienc ia de que la institución uni vers ita ria está fu e ra o por arriba de los procesos soc ial es" (Latari. P. 1976 ) Una tarea insos layabl e plica" las preguntas están relacionadas con

246

- el tipo de productos que deberán ser elaborados localmente; - las medidas necesarias para el control de las importaciones; - los mecanismos para desarrollar las actividades de ensamblaje hacia etapas más integradas de producción; y - los tipos de conocimientos disponibles y necesarios para servir de soporte a la industria local. Es de anotar que el poder de compra del Estado juega un papel importante en el desarrollo de la industria electrónica. En Brasil dicho poder ha sido un factor determinante en la medida en que los gobiernos han apoyado a la industria y, a la vez , han adoptado medidas flexibles e innovadoras de intervención . En lo que a la industria de los computadores se refiere, los países necesitan una estrategia de producción de bienes para nichos específicos: periféricos o pequeños sistemas microprocesados, como una forma de explotar las ventajas comparativas específicas de localización . La generación y educación del mercado interno permitirán independizar las empresas de las fluctuaciones del mercado externo . Reconozcamos que el 75 por ciento de la industria que mueve el país es pequeña y mediana . Una investigación de mercados patrocinada por el gobierno sería un buen punto de referencia para el desarrollo de nuevas empresas en puntos claves del sector industrial y económico. Normalmente las empresas pequeñas y medianas nuevas no poseen la capacidad financiera para realizar tales estudios y cuando éstos se hacen, obviamente sus resu Itados son reservados . Una investigac ión de desarrollo dinámica será cada vez más la clave para la existencia y supervivencia de las pequeñas y las medianas industrias del sector electrónico y de servicios de información . En nuestros países es necesario desarrollar estrategias para evitar las dificultades encontradas en trasferir los resultados de la investigación al sector productivo. Esto es aún más clave en aquellas compañías que pretendan exportar. Las unidades de coordinación regional local o sectori al, con un grado elevado de autonomía, serán más eficaces que un control centralizado (o planeamiento indicativo). Soluciones originales a las necesidades locales eliminan parcialmente el peligro de una sobreinversión generalizada y la posibilidad de una selección errónea de la tecnología. Estas sol uciones deben encontrarse antes de que las alternativas téc nicas sean más rígidas . En la mi sma forma como los países desarrollados tratan inrrucl uosamente de apl icar viejas políticas que resu ltan de la inercia causada por e l éxito. los países en desarrollo pueden perder las oportunidades para la transición . porel peso de la anteriorírustración. Aun cuando las oportunidades son limitadas para estos países, es más probable alcanzar una

247

buena trayectoria de desarrollo en tales condiciones que cuando el sistema alcanza cierta estabilidad y rigidez .

CONCLUSIONES En una economía mundial interdependiente con un Tercer Mundo tecnológ icamen te dependiente, la difusión de la microelectrónica - inicialmente por bienes de consumo y más gradualmente a través de bienes de capital- será difícil de detener. La microelectrónica en combinación particular con las telecomunicaciones, permite la convergencia de efectos y dará lugar a un incremento de la brecha tecnológica no únicamente en el campo de la e lectrónica misma si no en todo el rango de actividades y servicios industri ales. Una vez disparado el proceso de transformación en los países en desarrollo, éste puede tener poderosos efectos multipli cadores generan do demandas adicionales en la economía de bienes de capital, de materiales , componentes , facilidades de distribución y, claro, del empleo. Esta combinación de efectos es la única que puede dar lugar a los efectos expansionarios de la economía como un todo. Los costos sociales serán altos durante la transición , pero el precio pagado de no participar en ella será mucho más elevado . Definamos, pues, nuestras metas y necesidades . Fijemos las estrategias necesarias para tomar ventaja del momento mundial que se vive y lograr así un " sa lto" en el desarrollo de la industria electrónica; y con ell a la de los demás sectores .

Bibliografía I " Microc lcc lroni c, Long Wavcs and W orld St ructural Changc: Pcrspcc ti vcs for Devclopi ng Countrics". Carlota Pércz . World and DcvclopmcnL Vol 13. No. 3, pp . 441 .

463. 19K5 . 2 " Mi croclcctronics and Dcvc lopin g Countrics" , UNIDO SecTCtaria!. IO/ WG . 384/51 Rev . l . 10 fcbruary 19R3 . J "Thc socio-cconomi c im pac! of ncw tcch nologics". Advisory Com mittce o n Tcc hna legy . 15- 19 april 1985 . Inlcrnalional Labour O rgani7.alion. G cncva. 4 'T c1ccomunications and In formation Tcch no logy in Latin Ameri ca", Mikc Hobday .

Unido Consu ltan!. 3-7 ju nc 1985 . .5 " Informática e Integración Económ ica", Clemente Fore ro. Ed . Tercer Mundo. 1987.

248

LA MICROELECTRONICA y LOS NUEVOS MATERIALES Angela Camacho B. *

Introducción Estamos asistiendo a una drástica transformación de las relaciones entre el hombre y los materiales. Tradicionalmente el hombre ha usado los materiales que están a su alcance en su forma natural y a lo sumo los ha transformado empleando técnicas completamente empíricas . Hoy el hombre está en capacidad de diseñar y fabricar sus propios materiales, adecuados a sus necesidades . Esta drástica transformación significa que el papel del hombre ha pasado de ser el de usuario de unos bienes ya existentes al de creador de compuestos con propiedades predeterminadas por sus propios intereses. . El profundo cambio en la re lación hombre-material implica también grandes cambios en el sistema económico que rige al mundo. pues el esquema actual de ventajas comparativas dadas por el clima o por formaciones geológicas tiende a desaparecer a medida que la producción de nuevos materiales artificiales con propiedades específicas entran al mercado . A través de toda la historia el hombre ha adaptado materiales trabajando las arcillas, los tejidos vegetales y los tejidos animales . La técnica lo llevó a fundir metales y a produc ir vidrios. Pero sólo la como prensión teórica de la estructura física y biológica de la materia y los progresos en técnicas experimentales lo han capacitado para desarrollar materiales que satisfagan sus necesidades. Los filósofos griegos especulaban sobre la posibilidad de que toda la materia estuviera constituida por diminutas partículas indivisibles de una misma entidad fundamental. Este intento por comprender la naturaleza ínlima de las cosas que nos rodean puede considerarse el principio de la ciellcia de IIUlleriales . Pero el intento de los antiguos griegos no tuvo frutos inmediatos porque la tendencia platónica de desprecio a lo

• Dcpanamcnto de fí!rlica. Universidad de lo... Andes

249

material se impuso y frenó todo esfuerzo por aplicar las teorías a la materia y dar lugar al desarrollo de la tecnología. Pl alón animaba a Il" científicos a pensar en e l un iverso pero a no perder el tiempo observándolos . En los libros de historia de la filosofía se suele calificar de presocrálicos a los grandes cient íficos desde Tales de Mileto hasta Demócrito y Anaximandro. como si su misión pri ncipal hubiese consistido en ocupar la fona leza filosófica hasta la Ik gada de Sócrates. PIalón y AristÓleles . Estos úllimos claramente apoyaban la sociedad esclavista y la diferencia de c lases entre an esanos, quienes trabajaban con las manos y los sacerdotes a quienes se les había dado la grac ia de las letras. Fallaba en aq ue lla época y fa lló en los siglos posterio res la conexión entre IClrados y anesanos. Estos desarroll aron de manera completame nte em pírica su conoci miento de los materi ales ~e rámi ca , bronce. hierro- y de las técnicas para elaborarlos. Aun los alquimistas no se trataban con los herreros. Hu bo que esperar hasta el siglo XIX para que la quím ica y la física -en menor medida- empezaran a brindar e l apoyo del cá lcu lo moderno y las teorías aplicabl es a los problemas . en su mayor pane empíricos, con que se encontraban anesanos e ingenieros. Con el desarrollo de la mecánica cuánt ica. de principios de este siglo. se pudo apl icar la idca de Demócrito y ya en un medio fi losófico más amplio. en cuanto a la valoració n de la materia , se pudo ir estrechando la colabo rac ió n entre c ient ífi cos e ingenieros. Unas teorías más profundas y la moderna instrumentación han convenido la c ienc ia y la in vestigac ión en fuerzas de arrastre de los ade lantos registrados en la ingeniería. La contribución clave de la cienc ia fu e poner en re lación las propiedades ex ternas de l malerial con su estructu ra interna. Se desc ubrió que los materiales poseían una arquitectura ¡nlerna y que a panir de l e nlendimienlo de ésta se podía concluir ~obre su comport amiento macroscópico.

La recién desc ubien a arqu itectura interna de los maleriales proporciona un marco para introducirnos en e l conoc imiento de l estado sólido e n general y de los distintos materi ales en panicular. La combinación de la teoría y el análi sis con e l trabajo empírico no sólo ha conducido a una e labo ración más renta ble de los materi ales naturales si no tamhién a una extraordi naria dive rsidad de nuevos materiales ani fic iale" fihras de polímeros sintéticos y plástiCOS. aleaciones melálicas de aha resistencia térmica y mecánica. fibras de vidrio que sirven de guías de onda (¡plica..... imanes fabricados con elclllento~ de tierras raras. ceránllcas tenaces. materiales híbridos y los semiconductores. que die ron origen a la microelectrónica .

Este conjunto de avances lo ha log rado una nueva disciplina integrada: la ciencia y la ingeniería de maleriales. Sus cullivadores se consideran ciemíficos e ingenieros y se ocupan de las relaciones entre la estruclura. propiedades y componamienlO. así como de la manera como c'tas interacciones ,e ven afectadas por el proceso de elaboración. Un

250

material tiene propiedades, o sea, respuestas características a estímulos externos. Así, por ejemplo, propiedades eléctricas tales como la conductividad definen la respuesta al estímulo de un campo eléctrico. Los teóricos de materiales han venido insistiendo en la estructura, las propiedades y la relación entre ellas. Los ingenieros, por su parte, en la relación de estructura y propiedades con el comportamiento y con las técnicas de elaboración que mejoran dicho comportamiento. Los científicos prefieren trabajar con materiales " ideales" y procesos o estructuras sencillos . Sus resultados facilitan la comprensión de materiales más complejos y dan la posibilidad de modificación para aplicarlos a las característ icas de materiales reales. Sin embargo, el aporte científico al desarrollo de métodos de producción ha sido notable. El ejemplo es la producción de monocristales de silicio de gran tamaño, semiconductor del que están hechas las pastillas de los ci rcuitos integrados . La ciencia e ingeniería de materiales crea nuevas oportunidades y abre a la sociedad caminos insospechados para afrontar el problema de la escasez de recursos y lo relativo al sostenimiento del crecimiento económico y la creación de capital . La ciencia de materiales constituye un elemento crucial en la resolución de problemas económicos fundamentales: limitación de recursos , escasez de materiales estratégicos , sostenimiento del crecimiento económico y productividad, creación de capital y competitividad en el mercado. Así, del progreso en la ciencia de materiales depende el ritmo de crecim iento de sectores claves de la economía.

LA MICROELECTRONICA o se puede empezar a hablar de electrónica sin nombrar a Waher Brattain, John Bardeen y William Schockley, quienes en 1948 propusieron el transistor, que vino a cambiar el modo de vida de toda la humanidad . Dos tipos principales de transistor son los hasta ahora cono

DISENO 1 FUNCIONAL

1'"

= ;;

+1

~

DISENO

CHE~UEO

FUNCIONAL

DE DATOS

;' ~ ~

~ DISENO

LOG ICO

Q.

~.

.,=, " ¡;.

CHEQUEO

Q.

DE DATOS

~

a

~.

.,

USUARIO NO SOfiSTICADO

~

:a

~.

CHEQUEO DE DATOS

CHEQUEO

~

,

I

, USUARIO T1PICO

1----I

+ HERRAMIENTAS

DE GENEAACJON USUARIO SOFISTICADO

I

\

\------.1

~

....... "',.., v~

I

PROTOTIPO DE FABRICACIQN

FIGURA S. Ciclo de diseno automAtico.'

I

I

''''CIfICAClON DEL PROBlEMA

AIlOUITECT\JAA

¡

I

SElECCION DE TECNOlOGIA

lSiIl'llllldom

Y PROCESO TECHOlOGlCO

"""""""'

I

I CARAC. REGlAS DE DISENO I DEL PROCfSO

SlMUl.ACION RJNOONAL GENERACION Vf:CTORES DE PRUEBA (1N1CIAlJ

NO

, I

¡ J

PlANO llASE

DISENO lOGICO I

~.""ClO'HOGlCA

I

~EDIDAS DE ESTABU>AD COMP. SECUENCIAS DE TEST

.....---f

I

I

j

NO

I

,

PARA CADA SUIISISlIMA

I

I

I I

DISENO EUcmlCO

1 ~lMCION

-,

ElfCTIlJCA

,

NOl 0ISE1IiO GEOMETRICO DE LAS MASCARAS

I I VERifICAR ReGlAS DE DISE"O I

(MANUAl)

j

NO

ADECUADO " ESPECtf1CA.. CIOHES TOPOlOGICAS

.,.

I /

,

EXT'RACCKlN PARAME'O!OS YS!MWClON

l

I

I I

I

~

I

AOECUAOOA E~S

CONlXlClHADO GENERAl

I I

VERIACACIOII

GENERAO()ft FICHEROS DE OESCRIfIC1ON DE MASCARAS

I GIHEIlACION MASCAAAS I I ,A8OJAOOH I I PRUEBA I

I

VOlVER AL I PflINCIPIO

NO

I

SI

I el. D1SPONIau:

I

273

l

La obtención dellayolII del subsistema, o sea. el trazado de máscaras . se realiza con herramientas de diseño de manera semi-automática ya que la intervención humana es aú n imprescindible . Es precisamente este hecho el que obliga al diseñador a utilizar un verificador de reglas de diseño que señale las posibles violaciones de reglas de diseño en que ha incurrido el diseñador. Es necesario, entonces, reconstruir el circuito a panir del conj unto de máscaras y realizar una nueva simulació n, considerando ya los nuevos valores de capacitancias involucradas por el conexionado (roulÍllg ). así como los atrasos de señal. En caso de que la implementación de algú n subsistema no se adapte a la forma y tamaño requeridos. se hace necesaria una revisión del plano de base (fIoor plall) . Finalmente. una vez se tiene el layout de cada subsistema, se realiza su ag rupamiento e interconexión y posterior verificación , generándose en tonces un archivo con la descripción de las máscaras que serán utilizadas en la fabricación del circuito. El diseño de ci rcuitos integrados semi-dedicados es realizado con base en la librería de celdas suministradas por el fabricante: sin embargo. el diseñador puede crear su propia biblioteca de funciones o aumentar la que sumini stre el fabricante . El diagrama de la Figura 6 muestra el procedimiento a seguir para lograr tal fin . Nótese que la generación de una nueva ce lda involucra todas las etapas del c iclo de diseño, desde el diseño lóg ico pasando por la pos-verificación dinámica, hasta la extracción y va lidación del/ayolII . Esta celda queda al macenada en la biblioteca de funciones. para ser utilizadas cada vez que se requiera . El diseño de un circuito integrado se ataca utilizando una metodología jerárquica de diseño ya menc ionada , la cual consiste en subdividir en varios subsistemas el diseño total y éstos, a su vez , se dividen en otros más simples. has ta llegar a un ni vel e lemental. Los distintos niveles jerárqui co:-. que conforman esta metodología. son:

- El nivel funcional: Es el más alto nivel y describe la interconexión de un conjunto de bloques con funciones específicas. - El nive l lógico: Cada bloque funcional se implementa con conjun to de puenas lógicas interconectadas en forma adecuada . - El nivel de ci rcui to: Cada puen a lógica, es implementada con transislores o elementos activos .

- El nivel geométrico: Es el más bajo nivel y se realiza la descripc ión de cada transistor a panir de estructuras físicas (conjunto de máscaras) .

Dominios de descripción Los nive les jerárquicos definen prácticamente tres ti pos de dominios de descripción del ci rcuito:

274

nGURA ,. DIooiio de ........ , _.•

1

d -~

RHAROO

r

I

I

I I I

EXTRACCIOIl

I

GEIBo'M»t YKIUA f-...., DE I I'IMBA J

I I I

k

(~l,

1 TES11M6

DESEOlAOO

275

~

- Funcional: Desc ribe el comportamiento del circuito para un conjunto de vectores funci onales de entrada . Este nivel es independiente de la tecnología. - Estructural : Describe la forma como deben ser interconectados los componentes, con el fin de ejecutar una función deseada . - Físico: Este dominio describe la implementación de una zona panicular para lograr reproducir la descripción estructural y , por consiguiente, para obtener la fun ción deseada .

ESTRATEGIA La estrategia global de adquisición de una tecnología integral se fundamenta, entonces, en lograr dos grandes objetivos: l . Adquirir capacidad de diseño de circuitos integrados semidedicados. 2. Adquirir un laboratorio completo que permita realizar las etapas finales de "fabricación" de circuitos integrados semi-dedicados gate arrays . Este laboratorio debe tener capacidad de realizar las etapas de metalización , encapsulamiento y test .

CONCLUSIONES El do minio de la técnica de diseño de circuitos integrados gate arrays CMOS consigue: - Reducir considerablemente el costo de implementación de los c ircuitos integrados . - Facilitar la obtención de una infraestructura de investigación y desarrollo adecuada . - Satisfacer las necesidades locales de desarrollo en los campos de aplicación de la microelectrónica . Formar recursos humanos de alta calificación . - Proporcio nar al país una gran salida tecnológica . - Reducir sensiblemente la brecha existente entre los países generadores de tecnología y el nuestro, que sólo actúa como país consumidor de tecnologías foráneas .

Referencias l . Cuslom y scmi CUSlom Product Guidc, EXAR , Integrated Systcms lnc . 2. W . A. M . VA N NÜIJE. "Dcsign and characterization af uncommited lagic array in

single and doublc leve l melal CMOS", Ph . D. Thesis. K. U. Lcuvcn , Bclgium. April 1985 . 3. W. A. VAN NOIJ E. G. DECLERK . "Proposal for a 3 mi cras Gate Arrays" whi ch e1iminates the tradit ional routi ng channclls". Internal repon. ESAT Laboratory. K. U. Lcuvc n. Bclg ium . April 1983 .

276

4. R. ROZEBOOM . "Capable Software tools case semieuslom-IC design··. ED . Se-

micuSlom- IC Dcsign series. may 1983 . 5. E. VALDERRAMA . Di seño asistido ~r computadora de ci rcuito~ inlcgradm.. Dcpto. de Informática. U. A. B. . Barcelona .

6. N. S IDNEY . G. AART. R. RONALD . "Dcsig n AUlomalion for Inlegraled Cireuils". Seience. Vol 220. o. 4596. April 1983 .

277

ESCUELA DEL CONOCIMIENTO EN MICROELECTRONICA DE LA UNIVERSIDAD DEL VALLE E. Charry*

Introducción Aquí se da a conocer una filosofía de trabajo para la introducción de una tecnología de punta en nuestro país. Teniendo en cuenta la necesidad de

salir del oscurantismo marc;;do por los avances tecnológicos de los países desarrollados se ha planteado una metodología científica que le permita al país estar en un lugar estratégico respecto a la miniaturización de sistemas electrónicos. Como ejemplo de esta metodología se presenta el caso de la Universidad del Valle, la cual se encuentra actualmente consolidando su Escuela del Conocimiento de Microelectrónica . Esta le ha permitido tanto al proyecto de microelectrónica como al plan de estudios de ingeniería eléctrica suplir los recursos humanos necesarios para llevar a éabo sus propósitos académicos y científicos en el área de microelectrónica . Debe mirarse entonces como una escuela del pensamiento científico en el área de microelectrónica lo cual producirá, según nuestro modo de entender, una sólida tecnología para el país.

Definición de la microelectrónica Dado su impacto en el desarrollo de la vida moderna, es posible definir la microelectrónica como la revolución tecnológica del mundo actual. Por otra parte, la microelectrónica es aquel campo multidisciplinario del conocimiento donde se funden la ciencia y la ingeniería para permitir al hombre moderno concebir la integración de sistemas inteligentes o no, sobre un mismo chip. En otras palabras, la microelectró"ica es la electrónica inlegrada.

*

U ni v c r~ idad

278

del Valle

Gracias al desarrollo de las técnicas litográficas y a la inclusión de nuevos materiales, cada día se incrementan más y más las aplicaciones de este campo del conoc imiento . Por ejemplo, la aparición de materiales sensores ha permitido la concepción del "Sensor inteligente" en el cual se integra un elemento transductor/actuador y una apropiada circuiterfa de apoyo capaz de procesar una señal eléctrica y permitir el monitoreo y control de una señal física o química . Por otra parte , en comunicaciones , con el surgimiento de la tecnología VLSI, se han podido integrar grandes cantidades de hardware en un mismo chip . Ello posibilita el procesamiento de muchísima información con mejor desempeño y confiabilidad, al tiempo que da origen a nuevos descubrimientos electrónicos. En síntesis, la microelectrónica toca el universo tecnológico y se constituye en uno de los dos grandes pilares de la informática .

ORIGEN DE LA ESCUELA DEL CONOCIMIENTO DE MICROELECTRONICA El entorno Infortunadamente , en 198 1, el Departamento de Electricidad de la Universidad del Valle presentaba un cuadro desalentador respecto a la formación académico-científica orientada hacia la microe lectrónica de los estudiantes de ingeniería eléctrica. Por aquella época en nuestro país prácticamente no se conocía la palabra microelectrónica . En nuestra universidad no existía un curriculum para los ingenieros electrónicos e, infortunadamente, tampoco un~ carrera en ciencias de la computación. Entonces, se carecía de una infraestructura académico-científica para dos disciplinas fundamentales en el desarrollo de una nueva: la microelectrónica . Resultaba , pues, urgente definir estrategias para enfrentar ese panorama tan desconsolador. De ahí surgió la necesidad de crear una escuela de pensamiento que no pudiera perderse en el tiempo, dada la complejidad del amplio campo de esta disciplina de la microelectrónica.

Estrategia científica El trabajo fue arduo y lento porque no se contaba con una masa crítica que apoyara y promoviera la idea . Sin embargo. para llevarla a cabo. se plantearon dos líneas de investigación y desarrollo, las cuale~ no fueron lanzadas al azar sino - por el contrario- fueron consecuencia de una estrategia científica apropiada y de una meditación previa. realizada en el exterior, con e l objeto de darl e al país una tec nología de punta y aj ustada a sus necesidades. Estas líneas de in vestigación y desarrolio son:

279

l . El d iseño y fabricac ión de circuitos integrados se mi -dedicados del lipo Ca te A rra)'" con di spos iti vos CMOS . 2. El di seño y fabricación de microtransductores de silicio basados en FET' s. El objetivo de estas dos líneas de in vestigac ión y desarrollo ha sido, fund amentalmente, dar un salto tecno lógico en el país y participar en la investi gac ión de punta . Ello deberá generar la formación de recursos hum anos calificados que vel en por el desarrollo de la regi ón y del país.

LA ESCUELA Niveles de formación El esquema concebido requiere de unos ni veles de formació n profesio nal que deben inic iarse en una etapa temprana de los estudios de IIlgemería.

- Iniciación científiCl/: Es qui zás la etapa más impo rtante y se debe iniciar en el segundo año de la carrera. Aquí se introduce al estudi ante en el ca mpo del conoc imiento mediante trabajos de investi gación

exploratoria, alrededor de una de las líneas de in vestigación y desarro llo. - Pre!!rado: Parale lamente a la inic iac ió n científica, el estudiante estará lo mando una materi a de especiali zació n en microe lectrónica y así suces ivamente has ta e l fi nal de la carrera . Al terminar ésta , el estud iante habrá cubierto desde el estud io del tran sistor MOS (modelos estáti co y di námico, canal largo, canal corto, etc.), pasando por di seño de circ uitos integrados C MOS, el proceso de fa bri cación, el manejo de herram ientas de diseño -entre otros- hasta encontrarse, finalmente, en capacidad de rea li zar una tesis de pregrado con alto ni vel cient ífi co, sobre una de las líneas de investi gación y desarro llo. ~ Posgrado: En este momento el rec ién graduado estará en capacidad de real izar estudios de posgrado en cualquier uni versidad del ex terior lo cual 0 0 podría hacer sin un a adecuada form ac ión de pregrado. - PO.l'doctorado: Las personas con c ierto grado de formación cie nt ífica de berán segui r dedicando sus esfuerzos a la investigación en este campo, pues son ell os qui enes seguramente forjarán nuevos métodos y desa rro ll os cient íficos.

Academia La carac terísti ca esencial que se debe imprimir durante el tran sc urso de la form ac ión de l profes ional es el rigor científico, medi ante cursos bien estructurados en los fundamentos y donde se deleguen trabajos que ex ijan de las capac idades de los prospectos.

280

Un trabajo de tesis bien seleccionado deberá estar orientado hacia las líneas de investigación y desarrollo propuestas, con el fin de incrementar cada vez más el know how de los objetivos trazados . Y no se permite hacer tesis cuyo tema esté fuera de las líneas de investigación y desarrollo planteadas.

Investigación y desarrollo Los países desarrollados y algunos del Tercer Mundo se han dado cuenta que la microelectrónica es un campo del conocimiento estratégico para su desarrollo . La Escuela del Conocimiento de Microelectrónica deberá involucrar investigación y desarrollo de punta , con un alto interés científico, que genere una tecnología propia y la formaci ón de recursos humanos capaces de resolver las necesidades tecnológicas locales . Además, es necesario recalcar que difícilmente se puede ser un buen

profesor sin conocer el tema a profundidad . De esta manera, el trabajo de investigación conduce a formar. a su vez, a los propios profesores .

Liderazgos La Escuela deberá generar un profesional con características de docente y científico capaz de convenirse en un futuro en un director de cátedra. La estrategia consiste en apoyar y proporcionar las oponunidades para que los líderes naturales se aUlOdescubran y desarrollen sus capacidades . El país necesita de líderes científicos.

NUESTRA ESCUELA Niveles de formación - Contamos con unos catorce estudiantes en los cursos de iniciac ión científica. - Tenemos dos o tres grupos. por promoción. en el ni vel de pregrado . - Esperamos ofrecer un posgrado en microelectrónica en la década del 90.

Academia CU RSOS : Disposi ti vos electrónicos (V semestre). Ci nco cursos de microelectrónica. PROB LEMA : Obsokscencia del currículo. pues adolece de disciplinas como: ~81

- Ciencia de los materiales Química - Termodinámica - Etc . CURSOS DE MICROELECfRO ICA Introducción al estudio del transistor MOS . Modelo estático del transistor MOS . Procesos (tecnología) de fabricación de circuitos integrados con dispositivos CMOS . Introducción al diseño de circuitos integrados con dispositivos CMOS . • Diseño avanzado de circuitos integrados con dispositivos CMOS . Memorias con dispositivos MOS (opcional) . En seguida se detallarán los cursos mencionados previamente: DISPOSITIVOS ELECTRONICOS - Física y propiedades de metales: Mecánica cuántica • Funciones de distribución • Aplicaciones : conductividad. emisión. válvulas electrónicas. - Física y propiedades de semiconductores: Bandas de energía Densidad de estados en una banda Masa efectiva-huecos Mecánica seudoclásica Semiconductores intrínsecos • Semiconductores extrínsecos - Dispositivos bipolares: Diodo de unión P. • Transistor bipolar • Thyristor - Dispositivos monopolares: • Uniones metal -semicondcutor: diodo Schollky • Transistor MOS - Introducción a los dispositivos fotónicos: Led • Fotodetectores . fotoconductor. fotodiodo • Dispositivos fotovoltaicos . CURSOS DE MICROELECfRO ICA Estos cursos presentan la siguiente secuenc ia: - Introducc ión al estudio del transistor MOS . - Mode lo estático del transistor MOS . - Procesos (tecnología) de fabricación de circuitos integrados con disposit ivos MOS - CMOS .

282

- Introducción al diseño de circuitos integrados con dispositivos MaS - CMOS. - Diseño avanzado de circuitos integrados MaS. - Estudio de memorias con di spositi vos MaS (opcional). INTRODUCCION AL ESTUDIO DEL TRANSISTOR MaS . - Capacitor MaS : o Ecuaciones de Boltzmann o Cargas en e l semiconductor o Fenómenos de superficie o C-Vs-Vg o Cuasi-niveles de Fermi. - Diodo controlado por puerta - Transistor MaS - VT - Dispositivos MaS especiales: DMOS , VMOS, CCD - Estructuras especiales Se manejan programas de CAD , tales como SUPREM, SUPMINI y MINIMOS. NOTA: Todos los cursos tienen laboratorios donde el estudiante debe ejecutar ci nco o se is prácticas relacionadas con el curso teórico . MODELO ESTATICO DEL TRANSISTOR MOS . - Concepto de modelo (estructura y geometría) - lOE del transistor NMOS (tipo enriquecimiento): o Hipótesis : discusión . Obtención de lOE o Corriente de difusión . Discusión o Movilidad - lOE del transistor NMOS (Tipo depleción) - lOE del transistor NMOS de canal corto. CAD: SUPREM , SUPM INI , MINIMOS, MSINC, SPICE. PROCESOS DE FABR ICAC ION DE CIRCUITOS INTEGRADOS MaS . - Tecnología planar - Etapas básicas: oxidación, difusión, UI C.V.D ., metalización, litografía , etching - Técnicas de ais lación - Proceso puerta metál ica - Proceso puerta de silic io po licri stalino - Proceso CMOS - Proceso CMOS completamente implantado CAD: SUPREM, SUPMINI, MIN IMOS . I TRODUCCIO AL DISEÑO DE CIRCUITOS INTEGRADOS CON DISPOSITIVOS MaS . - Mode los dinámicos: Pequeñas señales y capac itanc ias del tran sistor MaS . Señales digita les (conm utación).

283

-

Reglas de layout y de diseño Inversor: estudio estático y estudio dinámico Figuras de mérito de una tecnología Di seño de bloques lógicos simples El inversor CMOS Lógica Estática: Fully Complemenlary, SEUDONMOS, transistor de paso - Lógica dinámica: C2 MOS', DOMI O , ORA - Estructuras estáticas y dinámicas - Estrategias de reloj y estructuras de memorias - Filosofía de diseño - Circuitos integrados semidedicados - Arreglos lógicos programables: PROM-PLA-PAL - Standard Cell - Gale Arrays CAD: MSINC, SPICE, PSPICE, MICROLOGIC DISE - O AVANZADO DE CIRCUITOS INTEGRADOS MOS . - Metodología - Ciclos de diseño - Herramientas de diseño

- Ingeniería de sistema (diseño) CAD: Entrada esquemática Simulador lógico Simulador eléctrico Simulador de fallas Generador de vectores de prueba. - Ingeniería de células (diseño de células) CAD: Editor de células Simulador de circuitos - Ingeniería de chip (layout) CAD: Editor gráfico Posición y ruteo Verificación de reglas de layout Extractor de parámetros Pos-verificación dinámica. Diseño automático de un circuito integrado com plejo con CMOS (Gare Arrays-Lógica estática) . CAD: Paquete de entrenamiento y programas individuales. TRABAJOS Se producen conferencias escritas de cada área de estudio necesaria para el logro de los objetivos . TESIS - Sólo se hacen tesis sobre temas relacionados íntimamente con las líneas de investigación y desarrollo seleccionadas.

284

- Se consolida el conocimiento y la formaci ón intelectual del estudiante. - Se produce un trabajo excelente con grandes beneficios para el proyecto y para el mismo estudiante .

Investigación y desarrollo l . Capacidad de diseño de ci rcuitos integrados AS IC Gate Arrays CMOS . Aplicación: Diseño de un microprocesador de 16 bits. 2. Sensores integrados . Aplicación: Medición de pH, pC0 2 y P02 en la sangre .

Liderazgos - Es bastante difícil promover líderes científicos . Uno de los problemas es el entorno . - Obtener dos científicos por promoción ya es motivo de sati sfacción .

Resultados - Son altamente satisfactorios: hay un equipo de siete ingenieros diseñando un microprocesador dedicado de 16 bits (ingenieros de nuestra Escuela) . - Actualmente egresan de cuatro a seis ingenieros por año especializados en microelectrónica. - Ya diseñamos un microprocesador de un bit utilizando la técnica Gate Arrays con dispositivos CMOS . La técnica empleada: CMOS de 2~m, DML, un solo Silicio policristalino. Fue di fundido en el MPC brasilero, en junio de 1989. - Contamos con un background para emprender investigación y desarrollo en el área de sensores químicos . - Sin esta Escuela prácticamente hubiera sido imposible iniciar el Proyecto de Microelectrónica encomendado por la Secretaría de Informática y COLCIENCIAS. - Varios egresados de nuestra escuela que han efectuado investi · gación y desalTollo en el exterior. en el área de microelectrónica, han demostrado excelente desempeño en las l....eas asignadas . Podemos citar los siguientes casos: F. Chaves ... Laboratorio de microelectrónica . niversidad de Twente. Holanda . J. Velasco Laboratorios Bell . AT & T . US A E. Aedo. A. Olmos .. Laboratorio de microelectrónica . Centro Tecnológico para la In formática. Brasil

285

Problemas Son muchos, entre otros: Obsolescencia de l c urrículo • Fa lta de tradición c ientífi ca Falta de competencia Burocracia Est ructu ra universitari a del país • Escasez de profesores - Lo mejor: Los estudiantes • Nuestra objetividad

CONCLUSIONES Consideramos que el objetivo de alcanzar una tecnología de punta en circui tos integrados para el país se está consolidando a través de nuestro trabajo, mediante el empleo de la metodología científica propuesta en este documento .

RECONOCIMIENTOS Es impon ante mencionar que este trabajo no hubiese sido posible sin la colaboración de personas que aunaron pensamientos, esfuerzos y sacrific ios para sacar ade lante esta Escuela. Agradezco principalmente a los ingenieros A. Carvajal y J. Velasco, egresados de la Escuela y actualmente profesores de la misma e investigadores del Proyecto de Microelectrónica de la Universidad del Valle . Deseo agrddecer también la colaboración recibida de los ingenieros F. Chaves. E. Aedo, A. Bernal y A. Olmos. egresados de la Escuela. y actualmente investigadores del Proyecto de Microelectrónica y asistentes en la formación de personal.

286

LA CIENCIA DE LOS NUEVOS MATERIALES

LOS NUEVOS MATERIALES, SU DESARROLLO Y POSIBLES APLICACIONES

Introducción La innovación científica y tecnológica en el campo de la ciencia de los materiales está pasando por una "nueva" fase de desarrollo que durará hasta finales de este siglo. Las razones de los nuevos materiales son muy diversas. Principalmente se aducen de una parte, la necesidad de mejorar las características de trabajo de los materiales -y por lo tanto, de su uso tecnológico- y de otra, diferentes aspectos sociopolíticos internacionales. por ejemplo, la abundancia y disponibilidad de materias primas a mediano y a largo plazo a nivel mundial. El propósito de esta corta memoria es indicar algunas razones para el desarrollo y posibles aplicaciones de los nuevos materiales.

RAZON DE LOS NUEVOS MATERIALES Desde comienzos de 1980 se aprecia a nivel internacional un acusado cambio de precio y demandas en las materias primas, así como la continuidad de un estado de recesión económica con fluctuaciones internacionales que impactaron inicialmente los insumos energéticos. principalmente el petróleo, en los países industrializados . El trabajo desarrollado por varios países industrializados conc luye que: - Se requiere adoptar hoy un período de cincuenta años para planificar su futuro próximo (posindustnal). - La población mundial se dupli cará durante los próximos cincuenta año" .

- Los combustibles fósiles seguirán dominando durante este nuevo período de planificación .

288

- La demanda de minerales va a dupli car,e , a pesar de cierta sustitución regional. - Los recursos minerales pueden ser sufic ientes dentro de los próximos cincuenta años, pero su di stribución geográfica y sociopolítica puede ser diferente a la actual y esto puede hace r que su ab undancia y disponibilidad no sean sufic ientemente favorabl es. De éstos y varios otros razonamientos se ha concl uido q ue tres cambios tecnológicos impul san e l desarrollo de los nuevos materiales: - Una sustitución e1llre los materiales es necesari a, la cual requiere el reemplazo direc to de un material por otro . - Cambio de procesos en métodos de producción y equipo conducen a sustituir la dema nda de materiales y a reduc ir costos en el producto final. - La eficiencia en el uso estructural de los materiales en diferentes productos mejorará con el ti empo. debido a mooificaci ones en dise-

ño y producc ió n. Con algunas excepciones , el resu ltado neto e, q ue las industrias metálicas perciben hoy y en el futu ro una redUCCión sustanc ial en materia s primas en comparación COIl la... II1du"tria~ del "eelor no-metálico.

El planteamiento de estos y mucho, otro, ralOna mientos no quiere decir que su validez y realización

~ea n

univer...alc.... Tampoco que sus

resultados se cumpl an totalmente . Muchos de los de sarrollos en nuevos materiales requieren ,er comprobado, todav ía bajo dife rentes puntos de vista , por ejemplo. conl ml de calidad. carácter tóxico . disposición de los materiales usado... ) rL'l'Il..: laje. a...pcc to... económicos, nuevos siste-

mas de producción. etc

LOS NUEVOS MATERI ALES Los programas de in vestlganon de nuevos materi ales se plantean en los países industrializados a pani r de IlJXO No oo'tante varios de ellos fueron desarroll ados y util i/ ad"s en l'ampos especíllc"\ Illucho antes. por ej emplo . en la energía lluclear. en la... Intlu..,tria... aeronautica y espac ial cllmpOIlCIlIC\ dcclrónico~. entre otro ... Lo s principale ... prog.ri.lllla ... de IIl\c"'ligac ión y desarrollo \e dirigen en general en do\ dirl'l.ciOllL'\ prin(lpa]c\: - M ater ialc \ l· .... nlclurak\. prllh':lInillllc nte en la con"' trucci6n . de natural eza orgánica : 1l11'I"k\. 11(l metak\. ce rámica.... \ ill"1 0. etc. - Materi ak\ l,.'\tnt l'l lIralc ", -' lunclon..lIe", de nalurale/a orgánicoquími ca. por ejcmplo . hh pollll1ero", D e los nue vo\ m.ll l' ria\c ", ",c e"'per;.¡ 1I1llllelor lI"'O tccnol úglco de la;.. lIulc ria~ prima",. lj\h." "'lllllllt ..tIlCamCllll' perllllta hl~rar proplc.:dadc'" "'1I -

y en el desarrollo de

penmes a lo, lllalell."~, l'!.I"CllS. e\p~naJ¡nentl' en \0 relal'lonado a la Il·"'I",te ncia. al de~ ~a . . tl'. a 1.1'" all.l'" temperatura.. . Jc Irah..qo. al alto grado

de dureza, a la alta resistencia mecánica , al alto uso funcional (óptico, eléctrico, electrónico , magnético, etc .), la capacidad de combinación entre los materiales , a la alta resistencia a la corrosión y al bajo peso y mínimo costo. Los nuevos materiales deben ser capaces de sustituir O minimizar el uso de varias materias primas, como el titanio , el magnesio, el níquel, el cobre, la bauxita, el vanadio, el cobalto, el cromo , el platino , y el petróleo, así como el uso y dependencia de las "materias primas estratégicas" y su relación con los países dominantes en la producción y con reservas apreciables de las mismas.

ALGUNOS DESARROLLOS ESPECIFICOS Existen cuatro grupos principales de desarrollo en los nuevos materiales: - Las cerámicas, destinadas a motores de combustión interna, turbocargadores, ejes, turbinas a gas, intercambiadores de calor, válvulas , etc. Su desarrollo se basa en composiciones en seco de materiales tales como: Si,N) , ZtD, , Si-AI-ON El desarrollo de nuevas cerámicas se encuentra en diferentes niveles de madurez , dependiendo de su aplicación . Así, por ejemplo, su uso en sistemas a alta temperatura en un motor de Ci (diésel adiabático), se encuentra bastante avanzado en el Japón y en Estados Unidos. A pesar de los más elevados costos, se espera que los nuevos materiales en base a cerámicas , reduzcan el peso y los costos de producción de los componentes mencionados . - Los polímeros "photo - resist" , para la conducción y almacenamiento de energía, de información, etc. Las metas de desarrollo son en general de nuevas estructuras moleculares que permitan propiedades

térmicas prefijadas , copolímeros, aleaciones con polímeros de propiedades estructurales superiores, o dotados de propiedades definidas ópticas, magnéticas, eléctricas y electrónicas. - El desarrollo de polímeros de alta temperatura (polímidos, 320 grados centígrados) encuentra extensa aplicación en la aeronáutica y algunos de ellos han alcanzado un desarrollo industrial (durimidos, bismaleidos, comprimide, Epon, etc .) - Los materiales compuestos. hechos de varios materiales discretos tales como fibras y láminas compuestas, compuestos de partículas , compuestos superficiales , etc. Estos materiales permiten producir fibras artificiales de bajo peso específico y alta resistencia a la corrosión , combi naciones laminares, fibras metálicas o cerámicas reforzadas de alta resistencia contra esfuerzos térmicos . Su desarrollo y aplicación en los textiles puede ser muy importante y su aplicación en diferentes productos es hoy una realidad . Los costos actuales de producción son altos

290

-sobre todo de las fibras cerámicas- y se requiere todavía un desarrollo básico para lograr su aceptación tecnológica . Materiales superconductores. caracterizados por el hecho de que transmiten la corriente eléctrica sin resistencia . En este momento no existe una teoría general capaz de interpretar este componamiento físico; algunas teorías han sido desarrolladas parcialmente para materiales muy bien determinados , como el caso de las cerámicas . La temperatura en el estado de superconducción es crítica , o sea, se acerca al cero absoluto; entre tanto, se ha llegado a 159 y 100 grados kelvin . - A comienzos de 1988 el Japón había logrado cerca de dos mil patentes sobre superconductores , aunque no existe todavía una teoría universal que explique las propiedades electromagnéticas de los superconductores de óxidos cerámicos (Sa YCuO , 93k) . - Se investigan actualmente , en los Estados Unidos , elementos pesados (actínidos) que tienen propiedades dependientes de los electrones (sp)-d-f, que permiten estudiar la localización del electrón y de esta manera explicar la región entre magnetismo y superconducción (poliformismo). - El costo de la aplicación de superconductores se estima potencialmente entre 20.000 y 34.000 millones de dólares para el año 2000; esto significa también la producción de miles de toneladas por año de bario o itrio, o bien la producción de tierras raras en grandes cantidades. - La aplicación de superconductores puede llegar a ser muy imponante, por ejemplo, conductores eléctricos, cavidades de radio frecuencia (rI) en aceleradores de alta energía, transpones magnéticos pero también en sistemas estratégicos especiales: detectores infrarrojos, láseres, etc.

POTENCIAL DE LOS NUEVOS MATERIALES El desarrollo actual y futuro de los nuevos materiales, así como el perfeccionamiento de los actuales metales conducen a innovaciones tecnológicas significativas capaces de desplazar industrias clásicas. reducir las dependencias en materias primas y estratégicas y monopolizar sectores industriales completos. Esto conlleva aspectos económicos internacionales muy imponantes , especialmente con respecto a la financiación y a la deuda externa; muchos países han invenido grandes sumas, principalmente en la industrialización ligera y mediana. que pueden tener impacto a mediano plazo (cerca de 1994) en menor grado: y a panir del año de 1998, el impacto puede ser todavía mayor. - El desarrollo de los nuevos materiales se encuentra en etapas de planificación. experimentación y realización . En su estado actual. son materiales costosos que requieren un gran mercado y grandes inversiones de desarrollo así como la solución de varios problemas inherentes a

291

su producción y uso: producción en ambientes especiales debido a su carácter tóxico en algunos casos. pruebas y control de calidad nuevos, disposición de los materiales usados, problema y solución de su posib le reutilización . La competencia aumenta continuamente y es internacional : Estados Unidos, Japón. Hong Kong, Singapur, Korea , Taiwan, China. Europa Occidental , la Unión Soviética y los países del este europeo. El reto más importante es entre Japón y Estados Unidos y en segundo lugar, con Europa . - El impacto más importante ocurre sobre las materias primas convencionales , como cobre, níquel, bauxita, hierro, plomo, platino, molibdeno, vanadio . petróleo y gas . - Uno de los impactos mayores podría tener lugar en la industria automotriz: carrocerías. motores , partes; en los textiles: materiales, compuestos , polímeros: en la química (polímeros , superplásticos); en la metalmecánica: aleaciones metálicas nuevas y procesos de producción muy competitivos, solidificación, herramientas de corte , maquinaria, vaciado de paredes delgadas , etc .; en la industria eléctrica: turbinas, compresores . mOlOres , componentes varios : en la industria agrícola : tractores , arados, combinados, herramientas, sistemas de riego , etc . yen la industria petrolera: innovación/red ucción de diferentes procesos .

Potencialidad y oportunidades en América Latina Dado que, en general. América Latina adolece de un rezago técnicocientífico crónico. que sus sistemas educativos no han logrado el grado de excelencia requerido para la investigación, que la deficiente disciplina intelectual y la valorización de los factores intelectuales se encuentran en desarrollo y que no ex isle una conciencia generalizada sobre la

importancia de la investigació n, es difícil proponer. a mediano plazo, oportunidades grandes y programas específicos en el campo de los nuevos materiales.

l . Se requiere tomar conciencia de la magnitud del problema, haciendo un balance de la producción de materias primas, su proyección a mediano y a largo plazo , del estado tecnológico del mismo a que se refiere el mercado mundial en cantidad y precios . 2 . Hay que evaluar, aunq ue sea de manera global y por regiones, las cantidades y el valor de la materia prima exportada y utilizada actualmente y a mediano plazo . 3. Se debe eval uar de manera global el potencial del uso de nuevas y antiguas materias primas en nuevos materiales , para así poder hacer un balance de la producción actual , prospección y beneficio de nuevas materias primas (por ejemplo: ytrio, bario , bismuto , tierras raras, etc .).

292

4. Se debe detenninar una matriz capaz de indicar los déficit de materias primas nuevas requeridas al año 2000 y el estado de la producción de materia prima clásica al período 1992-1 994, para así poder fijar un programa de producción de nuevas materias primas con especial énfasis en el grupo GRAN y Brasi l-México, etc . 5. Establecer un grupo de evaluación y cooperación con los Estados Unidos, Japón y Europa a nivel de materias primas (por ejemplo, a través de UNIDO, UNESCO, GATI, etc.) con el fin de conocer y refinar las necesidades y proyecciones en estas materias. 6. Establecer un programa de contrapartida en materiales que sea complementario al europeo (EURAN , BRITE, etc .) haciendo énfasis en el intercambio de estudiantes, profesionales y profesores a mediano plazo (1989-1994) Yel apoyo logístico inclusive la colaboración directa en joint-ventures , etc. 7 . Se deben fijar metas de investigación y desarrollo complementarias a nivel mundial, aprovechando lo logrado en el mundo (a través

de centros de nueva tecnología, nuevos laboratorios universitarios, unificación de los centros actuales de investigación nacionales y coordinados regionalmente en América Latina; las embajadas y misiones representantes en organizaciones internacionales deben estar dotadas de personal cien tífico-técnico idóneo capaz de trasferir, analizar y prever desarrollos en estas materias ; finalmente , se debe estab lecer un programa serio y eficiente de retomo de investigadores nacionales y/o su colaboración externa facilitando el máximo de interacción y buenos canales de infonnación permitiendo elección y alicientes específicos . 8. Se deben implementar o mejorar los sistemas de infonnación a nivel internacional que permitan la búsqueda eficiente de literatura científica moderna, bancos de datos, etc . 9 . Se deben aglutinar los recursos humanos en lo posible, para así ganar en eficiencia, motivación , tiempo, y evitar sobre todo duplicidad en el trabajo, ahorrando medios económicos para reinversión en estos

mismos campos e investigación. 10. Se debe estudiar seria y rápidamente una reestructuración profunda y crítica de los sistemas y marcos institucionales en investigación y tecnología, capaces del diálogo internacional y con capacidad de negociación regional . Trasferencia de tecnología clara pero no a industrias obsoletas con problemas ambientales y mercado dudoso en sus países de origen .

Medidas concretas En este contexto se presentan algunas medidas concretas prioritarias. así: - Rev isar la si tuación de las materias primas en contraste con los nuevos materiales (estudio de los programas internacionales) .

293

- Revisar los programas universitarios pertinentes a corto y a mediano plazo; corregir adecuadamente los programas de educación básica en base a flexibilidad , excelencia, innovación y desarrollo individual pero con cohesión de grupos. - Lanzar programas claros de talleres , seminarios y conferencias compatibles con los programas universitarios a corto y a mediano plazo . - Establecer programas de intercambio de posgrado y profesores (Europa, USA) . - Revisar el estado de laboratorios y equipos de investigación, bancos de datos , bibliotecas eficientes y dotación moderna de lectura y trabajo . - Estudiar un programa de dotación de equipos especiales , por ejemplo cristalografía, técnicas de vacío, fotoquímica, espectografía, estado sólido , láseres, termodinámica y dinámica superficial; la necesidad de una gran máquina de investigación en altas energías en base a un ciclotrón con fuente de espalación y similares en base a un centro regional o internacional como el Centro Internacional de Física en Bogotá. Esto permitiría un intercambio importante de personal científico internacional y la atracción de programas internacionales específicos de materiales, entre otros (medicina nuclear, isótopos, etc .).

294

PERSPECTIVAS DE DESARROLLO Y APLICACION DE NUEVOS MATERIALES EN COLOMBIA Pauto Orozco D. *

Introducción La utili zación de diversos materiales en las ac tividades de la vida humana ha sido un importante e nl ace histórico para el avance de lo, pueblos: ha conducido a camb ios en la c ultura y e n las formas de vida . Nadie duda de la significac ión hi stóri ca que tu vo para el hombre haber dominado la tecnolog ía de las arcillas. las cerámicas. los metales y otros materiales . Apenas e n este sig lo se logra el manejo de los se mi conductores y los último:-. treinta años han sido el testimonio de cambios fundamen tales e n nuestro estilo de vida gracias a ellos . Los semiconductore, han invadido prácticamente todos y cada uno de los aspec tos de la vida hu mana : e~ tan evidente que no se hace necesario siq uiera ci tar ejempl os .

Este período de vuelta de sig lo se caracteriza po r los grandes avances tecnológico-i ndust ri ales. Se están produciendo revo luciones en la ene rgética. en la informática . en la medic in a. en la producción de los alimentos . etc . . íntimament e ligada~ a la apari ción de nuevo~ procesos ya la creaciún de nuevos l11ateriale~ . o l\C nece~ita ser un experto para

prever que estas revo luciones mu y seguramente cambi ará n tanto el esti lo de vida . que en menos de cincuen ta años e l mundo será irreconoc ible con n.::!'oopel'{O al actual. Las te.:c nologÍ¡ls moderna s demandan malerialc~ con excepciona-

les propiedades mecánicas. e lectrónicas. químicas. magnéticas. eléctri cas. óplicas y de estabilidad biológica . Es labor de los invcstigadores científico.. . contes tar a esas demandas no sólo llenando la nece~idad tec-

nológica sino tam bié n reque rimientos económicos y socia les como son Pn.., jUl,.'nk' S"": ll:uall ColumblJIl:t dt: F. 'I('teres reticuladas. Los polímeros son producidos. en general. por compañías quími" as. Son despachados a empresas de trasformación que funden los tcrmoplásticos o formulan y mezclan los componentes de los termoestables para fabricar, mediante distintos procesos, productos plásticos de variadas formas, dimensiones y aplicac iones . Con pocas excepciones,

323

la mayoría de las resinas no se usan en estado natural si no que se mezclan con otros materiales, usualmente , por medios mecánicos o en estado de fusión. El "compuesto" así obtenido está listo para su procesamiento por el fabricante de anículos plásticos . Los "compuestos" pueden ser preparados por el productor de la resina, por una firma independiente cuyo objeto sea fabricar las mezclas o por el trasformador fi nal. Las propiedades de los polímeros pueden variar de distintas maneras: a) Durante la polimeri zación , proceso químico básico que realiza el productor de la res ina. El material se obtiene por acción de calor, presión, con el uso de catalizadores o por una combinación de los mismos, en un reactor cerrado. Una forma especial de cambiar las propiedades es el uso de dos o tres monómeros diferentes o comonómeros, para producir copolímeros (dos comonómeros) o terpolímeros (tres). Las propiedades de tales multipolímeros pueden ser intermedias o superiores a las de los homopolímeros. b) Un método más versátil para modificar las propiedades de los polímeros después de salir del reactor es la preparación de mezclas. En ell as la resina se combina con uno o varios de los siguientes compuestos: ( 1) aditivos , como colorantes , retardantes de llama , estabilizadores al calor o a la luz, lubricantes , etc.; (2) rellenos o refuerzos, por ejemplo, fibras de vidrio , panículas minerales o esferas huecas de vidrio y (3) otros polímeros, para formar uniones (ligas) o aleaciones de polímeros. Entre estos nuevos sistemas de materiales , de desarrollo relativamente reciente , sobresalen los plásticos reforzados o con re llenos . Yan desde la mezcla simple de las resinas y los refuerzos hasta técnicas más complejas que comprenden el enrollado de estos últimos o su alineamiento en estructuras predeterminadas, de manera que el material resultante tiene propiedades superiores a las que tienen separadamente la resina y el relleno o refuerzo.

Algunos sistemas no incluyen refuerzos ni rellenos , como los laminados de plástico con materiales de naturaleza distinta: las hojas de aluminio o de papel , los tableros de madera aglomerada o los componentes estructurales, como ensambles de madera o de metal. Entre los sistemas de materiales también está la espuma plástica. Se produce por la adición a la resina de un agente espumante o por inyecc ión de aire o de un nuido volátil en el polímero, aún líquido , durante su trasformación en un producto final. El objeto es introducir a la estructura interna del artículo plástico una red con espacios vacíos o

celdas que lo hacen menos denso que el polímero sólido. Las espumas pueden ser rígidas O nexi bles y de red abiena o cerrada. Una variedad especial es la espuma estructural que tiene menor densidad que otras y presenta una piel sólida integrada a su núcleo celular. Otros materiales de imponancia son los elastómeros. Se trata de copolímeros o mezclas que , a diferencia de los plásticos nexibles, son

324

en realidad resiJientes , recuperan fácil y rápidamente la forma original después de haber sido doblados, estirados o deformados de otra manera. En la práctica comercial, los elastómeros termoestables -incluidos el caucho natural y el sintético- se consideran como parte de l;¡ industria del caucho; pero los elaslómeros termoplásticos se tratan dentro de la industria plástica. Una combinación simi lar de tradición y técnica ha llevado también a una separación en los polímeros utilizados en las industrias textil y de plásticos, aunque se trate de materiales esencialmente iguales; por ejemplo , resinas de polietilentereftalato (PET) y de poli amidas (Nylon 6, Nylon 6,6, etc.). Sin embargo, lo que distingue a los pl ásticos de otros materiales orgánicos es su capacidad de ser modificados o trasformados, aparentemente sin límite. para satisfacer una gama muy variada y amplia de necesidades .

EVOLUCION DE LA INDUSTRIA PLASTICA La historia de los plásticos se remonta a mediados del siglo XIX con el descubrimiento del celuloide (nitrato de celulosa), el primer plástico de uso industrial empleado como sustituto del marfil en las bolas de billar . El acetato de celulosa se desarrolló más tarde, en 1894, como un material menos combustible que encontró amplia aplicación como base de la película fotográfica y para revestir la tela de los aeroplanos en la primera Guerra Mundial. En 1909 aparecieron los compuestos fenólicos de baquelita. material empleado durante muchos años para la fabricación de los teléfonos negros y las tapas para los distribuidores de los vehículos. Desde entonces surgieron nuevos materiales. Luego de los desarrollos básicos y de las aplicaciones comerciales iniciales, vino la primera generación de plásticos . Por las condiciones y circunstancias impuestas por la segunda Guerra Mundial , éstos eran materiales sustitutos y complementaban la oferta de los tradicionales, que se volvieron escasos. Con el acelerado desarrollo de la industria petroquímica, en las décadas del '50 y del '60, la segunda generación de plásticos conquistó nuevos mercados desplazando materiales convencionales como la madera , el vidrio. el papel, la cerámica y el metal. Se hizo frecuente el uso de productos plásticos en distintas actividades productivas: la construcción , la agricultura. el transporte . las industrias fabricantes de bienes de consumo duradero , de partes y piezas para equipos eléctricos y electrónicos , de automóviles , de empaques y envases para productos diversos. entre otras. En realidad , los precios favorables de los nuevos materiales fue ron los que permitieron un crecimiento tan rápido a la industria plástica.

325

La elevación de los precios del petróleo en 1973 y 1979 llevó también a alzas, aunque menores, en los precios de los monómeros y de los polímeros. Así se presentaron situaciones en las que los precios de las resinas no eran competitivos con los de los materiales a los cuales sustituían -
348

Referencias l . D. JEROME, Scientific American , Vol. 247, p. 50 ( 1982) . 2. M.B. MAPLE, Physics TOOay , Vol. 39, No. 3, p. 72 (1986) . 3. J .G . BEDNORZ y K.A. MULLER , Zcilschrift für Physik, Vol. B64, p. 189 ( 1986). 4. E. POSADA. G. FRANCO. G HOLG UIN A. JIMEN EZ. A. MARIÑO. V. NIÑO y D. RODRIG UEZ, Rev isla Co lombiana dc Física, Vol. 19, p. 67 ( 1987) . 5. D.A. Chanceo Superconductor Induslry , No. 1, p. 22 ( 1988). 6. J. CLARKE. Nature, Vol. 333 , p. 29 (1988) . 7. F. SCHAUER . K. JÜNGST , P. KOMAREK y W. MA URER , publicac ión del Centro Nucl ear de Karl sruhc , KFK 4308 (1987).

349

PROBLEMAS EN EL USO DE MATERIALES EN PROTESIS Ing. M.O. José William Moreno Portillo*

Para poder situarnos en la imponancia que tienen los problemas que se presentan en el uso de materiales en prótesis es necesario hacer una hreve descripción dellrahajo que se desarrolla en la Universidad acional ...ohre e...e lema .

Desde hace aproximadamenle cinco años se conformó el grupo