El documento discute el potencial de los algoritmos genéticos para mejorar el desarrollo de software, tomando inspiración de la naturaleza. Explica que las ciencias de la vida y la bioinformática pueden dinamizar el cambio tecnológico. También presenta ejemplos de cómo la naturaleza, como el código genético y el sistema nervioso de la mosca, pueden inspirar nuevos algoritmos y mejorar las redes inalámbricas.

1. EL ALGORITMO GENÉTICO:
LA ”NUEVA” GENERACIÓN DEL DESARROLLO DE
SOFTWARE?
Prof. Dr. Leonardo Pineda Serna
Director,
Dirección de Investigación, Creación y Extensión
Universidad Jorge Tadeo Lozano, Bogotá
Popayán, 21 de Agosto de 2014

2. ADVERTENCIA
El contenido de esta conferencia está basado en varias
fuentes de información, y se presenta con fines de
divulgación, y en ningún caso representa los puntos
de vista o políticas de la
Universidad Jorge Tadeo Lozano.
Por tanto, el contenido de la presentación es de
responsabilidad exclusiva del autor.

3. AGENDA
• Características de la nueva economía del conocimiento y
el mundo digital.
• Las ciencias de la vida y el desarrollo de software como
dinamizadores del cambio tecnológico.
• De la línea de código genético al algoritmo genético: una
simbiosis inevitable?
• Oportunidades y retos de la investigación, desarrollo
tecnológico e innovación en la biomimética.
• Algunos ejemplos de la vida real, o mejor de la propia
naturaleza.

4. AGENDA
• Características de la nueva economía del conocimiento y
el mundo digital.
• Las ciencias de la vida y el desarrollo de software como
dinamizadores del cambio tecnológico.
• De la línea de código genético al algoritmo genético: una
simbiosis inevitable?
• Oportunidades y retos de la investigación, desarrollo
tecnológico e innovación en la biomimética.
• Algunos ejemplos de la vida real, o mejor de la propia
naturaleza.

5. NUEVAS TECNOLOGIAS
DE INFORMACION
EL MUNDO DIGITAL
1- MICROELECTRONICA
AUTOMATIZACION INDUSTRIAL.
2- CIENCIAS DE LA VIDA
3- NUEVOS MATERIALES.
4- TECNOLOGÍAS DE LA
INFORMACIÓN Y LAS
COMUNICACIONES TICS
SENSORES
Nanotecnología
Bioinformática
ALGORITMO GENÉTICO
SOFTWARE
Prof. L. Pineda. S (PH.D)©
La biotecnología al
servicio del desarrollo
de SW

6. AGENDA
• Características de la nueva economía del conocimiento y el
mundo digital.
• Las ciencias de la vida y el desarrollo de software como
dinamizadores del cambio tecnológico.
• De la línea de código genético al algoritmo genético: una
simbiosis inevitable?
• Oportunidades y retos de la investigación, desarrollo
tecnológico e innovación en la biomimética.
• Algunos ejemplos de la vida real, o mejor de la propia
naturaleza.

7. Biodiversidad y
recursos
genéticos
Uso sostenible de la Biodiversidad
Bioprospección
CIENCIAS DE LA
VIDA
Biotecnología
Productos

8. LOS PRODUCTOS DE LA BIOTECNOLOGÍA
Biotecnología tradicional
ALTO VOLUMEN DE PRODUCCION Y
BAJO VALOR
Metano, etanol, biodiesel, biomasa,
purificación de aguas residuales, ácidos
orgánicos, productos alimenticios,
acetona, butanol, levaduras, polímeros,
etc.
Biotecnología de la era
de la ingeniería genética
BAJO VOLUMEN Y ALTO VALOR
AGREGADO
Productos obtenidos por
manipulación genética,
terapia génica y no génica,
plantas modificadas
Biotecnología de era pos
genómica
Transcriptómica, Proteómica,
Metabolómica
Bioinformática y el nacimiento de la
Nanobiotecnología
Biología sintética
Biología Sintética
Diseño y construcción desde rutas
metabólicas hasta microorganismos
parcial o completamente sintéticos a
partir de modelos computacionales
altamente complejos

9. EL CÓDIGO GENÉTICO
• Una de las principales características del código
genético es su carácter universal para todos los seres
vivos.
• Podemos decir que es exactamente igual para cualquier
organismo, desde las bacterias químico-sintéticas hasta
la especie humana, incluyendo a los virus.

10. Helicoide genético

11. CÓDIGO GENÉTICO DEL RATÓN
• El genoma de los seres vivos contiene
una cantidad enorme de información.
• En el caso del ratón doméstico, una
de las primeras especies en ser
descifradas completamente, la
información contenida equivale a
2,8 GB.
• Se ha calculado que esta secuencia
requeriría el equivalente a 11 veces
los 32 tomos de la 15ª edición de
la Encyclopædia Britannica para
escribirla completamente.

12. ENSAYO
Bioinformática en Colombia: presente y futuro de la
investigación biocomputacional
Alfonso Benítez-Páez, Sonia Cárdenas-Brito
Grupo de Análisis Bioinformático, GABi, Centro de Investigación y Desarrollo en Biotecnología, CIDBIO,
Bogotá, D.C., Colombia
Recibido: 21/04/09; aceptado:19/11/09

13. AGENDA
• Características de la nueva economía del conocimiento
y el mundo digital.
• Las ciencias de la vida y el desarrollo de software como
dinamizadores del cambio tecnológico.
• De la línea de código genético al algoritmo genético:
una simbiosis inevitable?
• Oportunidades y retos de la investigación, desarrollo
tecnológico e innovación en la biomimética.
• Algunos ejemplos de la vida real, o mejor de la propia
naturaleza.

14. GÉNETICA

18. Referencias
• Reynoso – “Diseño de
artes visuales y
sonoras con
metaheurísticas
evolucionarias”
• Juan Romero y
Penousal Machado,
The art of artificial
evolution (2008)

19. Referencias

20. Programación genética
John Koza
Arboles Lisp en lugar de strings

22. Premios Nobel 2013: Química
• Los ganadores de los Premios Nobel 2013 de química, Martin
Karplus, Michael Levitt y Arieh Warshel fueron galardonados por
sus invaluables contribuciones a la química.
• Los tres científicos desarrollaron modelos computacionales
que explican los complejos procesos químicos y prevén sus
resultados.
• Capaces de simular el comportamiento de las moléculas en
todo tipo de ambiente.

23. Premios Nobel 2013: Química
• Esto catapultó el desarrollo de todo, desde nuevos medicamentos
hasta paneles solares y convertidores catalíticos en autos.
• Su trabajo es pionero pues logró reunir a la física clásica de Newton
con la fundamentalmente diferente química cuántica.
• Previamente, los químicos debían escoger una o la otra; la física
clásica cuando modelaban moléculas grandes y la química cuántica
cuando buscaban simular reacciones químicas.
• Los ganadores del Nobel juntaron lo mejor de ambos mundos, la física
clásica y cuántica, par abrir las puertas a nuevos descubrimientos.

24. AGENDA
• Características de la nueva economía del conocimiento y el
mundo digital.
• Las ciencias de la vida y el desarrollo de software como
dinamizadores del cambio tecnológico.
• De la línea de código genético al algoritmo genético: una
simbiosis inevitable?
• Oportunidades y retos de la investigación, desarrollo
tecnológico e innovación en la biomimética.
• Algunos ejemplos de la vida real, o mejor de la propia
naturaleza.

25. Revista UBit
Biomimética morfológica: Proceso Heurístico
Paramétrico
• La biomimética es la ciencia que estudia la naturaleza como
fuente de inspiración para resolver problemas humanos
mediante modelos de sistemas, procesos y elementos que se
inspiran en la naturaleza.
• Janine Benyus dice que existen tres niveles,
• el primero es el que imita la forma natural,
• el segundo es el que imita los procesos naturales y
• el tercero es el que copia funcionamiento de los
sistemas.

26. CIENCIA E INGENIERÍA: CAMBIO DE PARADIGMAS

27. Prof. Dr. Carlos Maldonado© Universidad del Rosario, Bogotá

29. MODELOS DE COMPUTACIÓN
BIOINSPIRADOS
• Algoritmos evolutivos
• Redes neuronales
• Algoritmos inmunológicos
• Algoritmos basados en inteligencia de enjambres
(swarm intelligence) y dentro de ellos,
• Los algoritmos basados en colonias de
hormigas.

30. AGENDA
• Características de la nueva economía del conocimiento y el
mundo digital.
• Las ciencias de la vida y el desarrollo de software como
dinamizadores del cambio tecnológico.
• Ciencias de la complejidad y sistemas bio-inspirados: regreso
al futuro.
• De la línea de código genético al algoritmo genético: una
simbiosis inevitable?
• Oportunidades y retos de la investigación, desarrollo
tecnológico e innovación en la biomimética.
• Algunos ejemplos de la vida real, o mejor de la propia
naturaleza.

31. UTILIZAN ADN PARA EL MONTAJE SEMIAUTOMÁTICO
DE TRANSISTOR DE GRAFENO
El ADN es el plano de construcción de la vida. ¿Podría también
podría convertirse en la plantilla para fabricar una nueva
generación de chips que en vez de estar basados en el silicio
estuvieran basados en un material experimental conocido como
grafeno?
FUENTE | Noticias de la Ciencia 24/10/2013

32. UTILIZAN ADN PARA EL MONTAJE SEMIAUTOMÁTICO
DE TRANSISTOR DE GRAFENO
• El grafeno es una lámina de carbono con un átomo de espesor. En ella, los
átomos de carbono conforman una celosía hexagonal, similar a la de un panal
de miel. Eléctricamente este enrejado de átomos de carbono es un conductor
muy eficiente.
• Los investigadores creen que cintas de grafeno, colocadas extendidas una al
lado de otra, podrían crear circuitos semiconductores. Teniendo en cuenta las
pequeñas dimensiones del material y sus propiedades eléctricas favorables, las
nanocintas de grafeno permitirían obtener chips muy rápidos, que además
trabajarían con un consumo muy bajo de energía.
• Sin embargo producir algo que tiene sólo un átomo de espesor y de 20 a 50
átomos de ancho es un desafío importante.

33. UTILIZAN ADN PARA EL MONTAJE SEMIAUTOMÁTICO
• Para superar este desafío, el equipo de la Universidad de Stanford concibió la idea de
usar el ADN como mecanismo de montaje. Físicamente, las cintas de ADN son largas
y delgadas, y tienen aproximadamente las mismas dimensiones que las cintas de
grafeno que los investigadores quieren ensamblar de la manera más eficiente posible.
Químicamente, las moléculas de ADN contienen átomos de carbono, el material que
forma el grafeno.
• Los investigadores comenzaron con un diminuto disco de silicio, a fin de tener el
substrato para su transistor experimental. El disco fue sumergido en una solución de
ADN de origen bacteriano y se usó una técnica ya conocida para "peinar" las cintas
de ADN hasta dejarlas en forma de líneas relativamente rectas.
• A continuación, el ADN sobre el disco fue expuesto a una solución de sal de cobre.
Las propiedades químicas de la solución permitieron que los iones de cobre fueran
absorbidos dentro del ADN.
DE TRANSISTOR DE GRAFENO

34. UTILIZAN ADN PARA EL MONTAJE SEMIAUTOMÁTICO
• El paso siguiente fue calentar el disco y bañarlo en gas metano, el cual
contiene átomos de carbono.
• Una vez más, las fuerzas químicas entraron en escena y ayudaron de manera
decisiva a llevar adelante el proceso de ensamblaje.
• El calor provocó una reacción química que liberó algunos de los átomos de
carbono en el ADN y en el metano. Estos átomos de carbono libres se unieron
rápidamente unos con otros formando "panales" estables de grafeno.
Los átomos sueltos permanecieron cerca de los respectivos sitios desde donde
se desprendieron de las hebras de ADN, y de este modo conformaron cintas
que siguieron la estructura del ADN.
DE TRANSISTOR DE GRAFENO

35. UTILIZAN ADN PARA EL MONTAJE SEMIAUTOMÁTICO
DE TRANSISTOR DE GRAFENO
• El proceso con ADN agiliza de manera enorme la fabricación de las
estructuras de grafeno, y a partir de aquí es fácil preparar un
transistor.
• La nueva técnica demuestra por vez primera la viabilidad de emplear
ADN para el montaje rápido de cintas de grafeno y para la fabricación
subsiguiente de transistores plenamente funcionales.

36. ALGORITMO GENÉTICO DE LA MOSCA Y REDES
• Los expertos de la Universidad de Carnegie Mellon, en Pittsburgh
(Estados Unidos), aseguran que un nuevo algoritmo basado en la
forma en que la humilde mosca de la fruta organiza sus diminutos
pelos -verdaderos sensores que les permiten "sentir" el mundo-tiene
el potencial de proporcionarnos la solución a los problemas
que plantean las redes inalámbricas.
• Parece que la forma en que se organiza el sistema nervioso del
insecto es mucho más simple y eficiente que cualquier red
elaborada por los humanos.

37. ALGORITMO GENÉTICO DE LA MOSCA Y REDES
• El trabajo, que se ha publicado en el ejemplar de la revista
"Science", muestra cómo los investigadores se inspiraron en la
forma en la que la diminuta mosca de la fruta organiza sus
diminutas "antenas" -los "sensores" que la "conectan" con el
mundo- para conseguir mejores aplicaciones de computación
distribuida.
• Al igual que en una red de computadores basada en la arquitectura
cliente-servidor, las células del sistema nervioso de la mosca de la
fruta se organizan de tal manera que un pequeño porcentaje de
ellas funcionen como "centros" que proporcionan las conexiones
necesarias con las demás células nerviosas.

38. ALGORITMO GENÉTICO DE LA MOSCA Y REDES
• Los expertos han creado un algoritmo genético que imita esta
forma de trabajo, y descubrieron que esta manera de organizarse
puede utilizarse para optimizar aquellas redes de ordenadores en
las que el número y posición de los nodos que la componen no
están rígidamente establecidos.
• Las redes WIFI, los sistemas de recolección de datos basados en
sensores inalámbricos o grupos de robots autónomos pueden
beneficiarse de lo aprendido de la mosca de la fruta.

39. OTROS EJEMPLOS YA EN EL MERCADO

42. • Casi 100 años después de la creación de la sonda urinaria, la
compañía biotecnológica Sharklet ha logrado inhibir el
crecimiento de uropatógenos en la superficie del catéter
mediante la aplicación de un micro-relieve inspirado en la piel
del tiburón,
• optimizando así el confort de los pacientes, la economía de
los sistemas de salud y reduciendo el desarrollo de nuevas
bacterias multi-resistentes.

44. RETOS Y OPORTUNIDADES PARA COLOMBIA
• Mayor interacción en IDT+I entre los CDT en biotecnología,
genética, bioinformática y aquellos en desarrollo de software
no convencional.
• Involucramiento en GRIDS especializados para ampliar el
acceso a bases de datos de patentes y centros de
investigación especializados de clase mundial.
• Promover la investigación multi e interdisciplinaria, así como
el desarrollo tecnológico en biomimética.
• La base fundamental es la investigación en biología, así
como en sistemas binarios, desde la primaria y la secundaria.

45. Muchas gracias
leonardod.pinedas@utadeo.edu.co