John von Neumann

¿Que me dirías si os dijera que hubo un hombre, de tal categoría intelectual que aplicó la biología molecular a la informática-robótica antes de que esta (la biología molecular) fuera desarrollada y considerada como ciencia?
Y, ¿qué pensaríais de mí si os apuntara que lo hizo mientras se estaban desarrollando los primeros ordenadores, los cuales se fabricaban siguiendo la estructura que previamente el había desarrollado?
¿Pensaríais que estoy loco, si además os explicara que esa estructura es la que se usa en la construcción de ordenadores hoy?
Bueno, pues todo esto lo hizo John von Neumann, un teórico que en su mente diseñó la estructura del mundo actual.

Eugene Wigner, íntimo amigo de Neumann, se dedicó a la física porque afirmaba:

Tras conocer a Neumann me di cuenta de la diferencia que había entre un matemático de primera y yo.

Un profesor de la universidad de Zurich, Georg Pólya, dijo:

Era el único estudiante a quien temía. Si hablábamos de un problema no resuelto, la probabilidad de que Neumann se presentara con la solución en un papel al final de la clase, era alta.

Y cuando dice “no resuelto” quería decir que ningún matemático había conseguido resolverlo, porque en contra de lo que piensa la gente, las matemáticas son una ciencia aún abierta, y quedan algunas áreas sin resolución, en espera de algún matemático con las ideas necesarias para resolverlas.

Bueno, pues como he dicho antes, este hombre se dio cuenta de que las “máquinas de calcular” debían tener, por razones lógicas una parte central (compuesta de unidad de control y parte aritmética), y un depósito de memoria. Mientras escribía esto, él pensaba en el cerebro humano, donde su diseño era análogo a las neuronas asociativas. Este fue el primer esbozo de lo que se conoce hoy como la arquitectura von Neumann de los ordenadores (nuestros ordenadores).

Pero mientras este sector comenzaba a evolucionar, él ya se preguntaba si las máquinas podrían hacer suyas no sólo las estructuras lógicas del cerebro, sino las estructuras fisicas de la vida. ¿Puede existir una máquina que se reproduzca a sí misma?
En 1948 von Neumann predijo que tendrían que constar de 4 componentes.
En aquel entonces no existía biología molecular digna de ese nombre, pero si aplicamos su teoría a la célula, encontramos que estos componentes serían el ADN (material genético), las proteínas (que duplican dicho material), los elementos constitutivos (que controlan el proceso de réplica) y la maquinaria molecular (biocatalizadores para el metabolismo de la célula).

No se trata, decía, de producir materia de la nada, sino más bien de pensar en una réplica de mecanismos igual al que ya existe una réplica de animales.
Imaginemos un caldo en el que hay flotando piezas igual que hay un caldo con moléculas necesarias para la vida. John von Neumann afirmaba que una máquina autorreproductora tendría que tener por lo menos ocho clases distintas de
piezas: cuatro para el cerebro y cuatro para la parte motora.
El cerebro se compondría de órganos capaces de reaccionar a distintos tipos de estímulos externos. Si se producen dos o más al mismo tiempo (dos piezas que chocan con el organismo en el mismo instante), la máquina tendrá que enterarse de ello y deberá tener la facultad de seleccionar cuál de verdad le interesa, así como una especie de reloj necesario para coordinar todos los actos de todas las piezas.
Por lo que se refiere al cuerpo, primero se necesita un parte rígida o central (como el esqueleto interno en los hombres o el caparazón exterior de las langostas). No importa cómo, pero es necesaria esa mínima rigidez. Si el robot tiene que juntar dos piezas flotando en torno a él, debe poder cogerlas y ensamblarlas (órgano fusor), así como desensamblarlas (órgano cortante). Finalmente algo que le permita el movimiento (lo más parecido a los músculos, motores o cualquier cosa por el estilo).
Para la reproducción, supongamos, decía von Neumann, que hay un mar las piezas con las que el robot pueda hacer una copia de sí mismo. Dichas piezas chocan con el órgano sensorial del robot y éste debe ensamblarlas. ¿Cómo puede saber el robot qué y cómo debe ensamblar? En primer lugar, debe poder reconocerlas y registrar lo esencial en un código (Alan Turing ya había descubierto que podía guardarse esa información en código binario). De esta manera y con ese código, el autómata toma una pieza, lee del plano y luego ensambla las piezas siguiendo las instrucciones del plano. Esto sólo sería autorreproducción si el autómata hubiera aprendido su propia estructura y que estuviera descrita en el plano. Por tanto tenemos el robot mismo y el plano. Necesitaremos además un órgano controlador que dirigirá todas las operaciones para que se lleven a cabo en la secuencia apropiada y un mecanismo capaz de copiar el plano mismo.
No se sabía en aquellas fechas pero resulta que las moléculas de ADN se reproducen exactamente de la manera en que von Neumann lo había expuesto. El mecanismo copiador del plano equivale a los polímeros del ARN y ADN. El controlador que dirige las operaciones son las moléculas represoras y desrepresoras que regulan el desarrollo de los genes, haciendo que distintas células se desarrollen de distintas maneras.

¿A que todo parece fácil después de conocer las explicaciones de von Neumann? ¿No os parece increíble que un sólo hombre haya podido deducir la maquinaria de la vida y la reproducción aplicando simplemente el sentido común?
Pues todavía llegó más lejos, explicó las mutaciones basándose en que podía haber aumentos de complejidad, piezas defectuosas y otros factores. Pero la complejidad era la clave. Por debajo de cierto límite los autómatas degenerarían en mecanismos más sencillos pero por encima de ese límite afirmó que “el fenómeno de síntesis puede llegar a ser explosivo”. Y con esto ya había explicado la evolución.
...de Historias de la Ciencia

John von Neumann
El Charles Darwin de los robots