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Los electrodomésticos “inteligentes”: Una aplicación matemática de la «Lógica Difusa” (Fuzzy control o Fuzzy Logic)

 
 
 

A mis lectores les va a resultar extraño relacionar las matemáticas con los electrodomésticos INTELIGENTES, que pueden tomar decisiones hasta hace poco reservadas únicamente a los humanos. Se trata de una aplicación matemática llamada LÓGICA DIFUSA (en inglés FUZZY CONTROL) llamada también por algunos ”Lógica BORROSA. Efectivamente cada día se incorpora más esa técnica matemática para facilitar el trabajo a los electrodomésticos, que deciden qué programa tomar, qué cantidad de agua ha de entrar, cómo controlar la humedad en el secado de la ropa, etc. Estas mismas matemáticas se aplican a infinidad de máquinas como los trenes sin conductor, los sistemas de aire acondicionado, los televisores, cámaras de video, sistemas de tráfico, ahorro energético, de combustible, mayor eficiencia energética, medicina, software para ordenadores, traducciones automáticas, etc etc. 

Podemos decir que son cientos de miles los aparatos que han incorporado la Lógica Difusa” para mejorar, simplificar y automatizar su funcionamiento. La idea del sistema es que los aparatos o máquinas puedan tomar decisiones partiendo de condicionantes preestablecidos. Es muy fácil, ya lo veréis enseguida y lo que es más importante: lo vais a entender perfectamente sin ninguna dificultad. Pero antes de seguir, permitidme, amigos lectores, que os cuente cómo se me ha ocurrido hacer este artículo, de un tema tan interesante y actual, y que hasta hace podo, sabiendo de su existencia, importancia y también su simplicidad, no se me había ocurrido.
El origen de este artículo deviene de una información periodística del pasado 15 de este mes de Enero, publicada en el periódico EL MUNDO Decía ese artículo que “La Fundación BBVA otorga a Lofti Zadeh, el padre de los electrodomésticos inteligentes, el Premio Fronteras del Conocimiento en la categoría de Tecnologías de la Información y la Comunicación”. 
Venía luego una reseña del ingeniero ZADEH, nacido en Azerbaiyán, de padre iraní, que cursó ingeniería en la Universidad de Teherán y después, en 1.942, marchó a Estados Unidos donde se doctoró en varios máster y desarrolló parte de sus trabajos y también en Japón, donde logró su primera gran obra: el tren automático de de Sendai. Sin conductor, en servicio desde hace años, y que se ha ido multiplicando por el mundo. En España se construyó el primero (que yo sepa) que fue el metro que va del aeropuerto de Barajas (T4) al metro de Madrid.
Hasta que a ZADEH se le ocurrió la idea y desarrolló las aplicaciones matemáticas, las máquinas y su funcionamiento eran simples elementos electromecánicos que no podían tomar ninguna decisión. Siempre era el factor humano quien decidía en todos los casos. Pero vamos a ejemplos, porque lo entenderéis mejor.
Pongamos un sistema de calefacción, por ejemplo, un aire acondicionado. Nosotros podemos programarlo para que a 18 ºC de temperatura, se ponga en marcha, y se desconecte cuando llegue a 21 ºC. Y el apartado seguirá fielmente esa programación. Como igualmente podemos poner una temperatura del agua de la lavadora y seleccionar que lave a 40 ºC. Si el agua que entra está a más baja temperatura, se conectará el calefactor y se desconectará cuando el termostato le indique que ya se ha alcanzado la temperatura de 40 ºC. . En las secadoras podemos poner la ropa en el tambor y poner que seque durante dos horas, por ejemplo. Y también los lavavajillas, etc. Los PROGRAMAMOS, igual que el aire acondicionado. Y los aparatos siguen exactamente lo programado sin desviarse un ápice.
Pero eso es insuficiente, y así lo vio el ingeniero ZADEH. Supongamos que nos vamos de casa en una mañana de invierno y le decimos al niño de 8 años: si tienes frío, pon un radiador del salón Y si tienes mucho frío, pones los dos. Fijaros que no hemos concretado la cantidad del FRÍO ni del MUCHO FRÍO. Le hemos dado al niño instrucciones LÓGICAS, pero no de forma CLARA, CONCRETA, pues no le hemos dicho, como podemos hacer con la máquina: «si la temperatura baja de 18 ºC, ponte en marcha, y para cuando llegues a 21 ºC». Al niño, sin embargo, le damos unas instrucciones LÓGICAS pero NO concretas, sino “DIFUSAS» Porque no le concretamos cómo, Y Es ÉL quien toma la decisión de poner uno o dos aparatos (uno si hace frío o dos si hace mucho frío). Esto que hace un niño de 8 años, NO LO PUEDEN LACER LAS MÁQUINAS. Mejor dicho, NO LO PODÍAN HACER. El ingeniero ZADEH, especializado y experto matemático creyó que a las máquinas les faltaba algo. Que se podía mejorar su funcionamiento…
Entonces pensó que las decisiones que se debían tomar en cada caso estaban condicionadas. Por ejemplo: le decimos al niño: SI tenis frío, CONECTA un aparato de calefacción, y SI tienes mucho frío, CONECTA los dos aparatos. No hemos  concretado TEMPERATURAS. Hemos planteado una toma de decisiones del niño en función de si tiene frío o mucho frío. Tomará pues una decisión LÓGICA pero “DIFUSA” porque no le concretamos nada exacto (Temperaturas).
¿Cómo funciona eso de la Lógica Difusa? Pues fiel a mi máxima de que lo que escribo QUIERO que lo entienda la gran mayoría de mis lectores, resulta quien esta misma frase podría servir como ejemplo de la Lógica Difusa. Me he planteado:
SI quiero que lo entienda la mayoría de mis lectores TENGO QUE explicarlo fácil
SI quiero que lo entiendan casi todos los lectores TENGO QUE explicarlo muy fácil.
Habéis visto que ante una situación lógica (que lo entiendan la mayoría de lectores y que lo entiendan casi todos, no concreto cuántos son los lectores ni cuánto de fácil debo explicarlo. Eso es Lógica Difusa. 
Pues ahora vamos a suponer que en una máquina, una lavadora, por ejemplo, habitualmente tenía un programa normal y otro de media carga. Seleccionamos el que queremos y automáticamente entrará la cantidad de agua prevista. Que normalmente será la mitad de la cantidad de agua en el programa de media carga. Y la máquina, así lo hace… Pero fijaros que entra la totalidad o la mitad. Ni más ni menos. Es lógica exacta. 
Pero vamos a avanzar. Supongamos que a la lavadora en cuestión le hemos implantado un sistema de control electrónico, donde hemos transformado unas instrucciones de entrada que, una vez «cocinadas» por el sistema, originen otras de salida. Veamos cuales
SI pongo poca ropa, TIENES QUE meter menos agua, según el peso.
SI entras poca agua TIENES QUE coger menos detergente del dosificador.
SI entras poca agua TIENES QUE coger menos suavizante del dosificador.
Estas son las instrucciones (transformadas en valores numéricos en cada caso, tanto de pregunta como de posibles respuestas) que le damos a la máquina. En este caso hemos supuesto que la lavadora tiene un depósito dosificador automático de detergente y otro de suavizante. Si le ponemos ese sistema de control electrónico que por una parte (entrada) reciba los condicionantes (SI pasa esto, toma la decisión de hacer esto otro) Esas respuestas son valores matemáticos que deben introducirse en el sistema electrónico de control. De esa forma, ponemos una cantidad de ropa (la que sea, la lavadora detecta el peso de la misma, hace entrar la cantidad de agua que necesita en ese caso y dosifica el detergente necesario y luego hace lo mismo con el suavizante. Esta es una aplicación de la Lógica Difusa.
Vamos a la secadora. Decíamos antes que secar la ropa depende de la humedad residual que queramos que quede en la ropa  y de la cantidad de la ropa, programando así que esté los minutos de funcionando que nos parezca. Luego al final, como nunca se acierta de manera exacta, habrá que ponerla más tiempo si está muy húmeda todavía y  por el contrario, costará más de planchar si ha quedado muy seca. Pero para eso ya hay solución: la Lógica Difusa. Veamos las preguntas que tenemos que meter en el sistema y las actuaciones del mismo. Nos hacemos siempre las mismas preguntas:
SI queremos la ropa para guardar (muy ceca) TIENES QUE no detectar humedad en la ropa
SI queremos que la ropa queda para planchar TIENES QUE dejar poca humedad en la ropa.
Estas instrucciones dadas por el sistema de control, que detectará mediante unos sensores la humedad de la ropa en cada momento, independientemente de la cantidad de ropa, decidirá cuándo debe finalizar el secado.
Vayamos a un aire acondicionado moderno. Podemos darle instrucciones al sistema con las siguientes cuestiones
SI sube la temperatura por encima de 25 ºC, TIENES QUE poner en marcha la refrigeración
SI la humedad del aire es muy alta TIENES QUE poner en marcha el aparato para rebajarla
SI se alcanza la temperatura prevista TIENES QUE conectar el sistema Inverter para mantenerla ahorrando energía
Esto es lo que hacen lolas aires acondicionados (bombas de calor) en la actualidad, aplicando la Lógica Difusa.
Podríamos seguir dando ejemplos, pero voy a decir alguno que no se aplique a los electrodomésticos y como ese, todos. Vamos en el coche. Vemos una señal de limitación de velocidad y decidimos bajar la velocidad. Vemos una curva y bajamos más la velocidad. ¿Cómo funcionaría el coche automático inteligente, del que ya se están haciendo pruebas sin conductor? Veamos las preguntas a introducir en el sistema
SI viene una limitación de velocidad TIENES QUE disminuir la velocidad
SI viene una curva TIENES QUE bajar más la velocidad
SI detectas un obstáculo en la carretera TIENES QUE frenar…
SI la carretera es estrecha TIENES QUE cuidar la distancia hacia los vehículos de dirección contraria, etc. etc.,
Como vemos, con estas matemáticas y la toma de decisiones “Inconcretas” (difusas) un aparato puede tomar decisiones que hace pocos años estaban reservadas únicamente a las personas.
He de añadir que este matemático y científico es además un ejemplo de altruismo. Su invento no lo patentó. Lo dejó libre para qiue otros lo siguieran y fueran buscando aplicaciones gratuitamente. Debido a eso, en lugar de unas cuantas patentes derivadas del genial invento de ZADEH, se han producido en pocos años más de 50.000 patentes  (inventos) derivados de la Lógica Difusa. 
Espero, amigos lectores, que haya resultado interesante este artículo. Es bueno saber cómo los aparatos y las máquinas que nos rodean, desde la más pequeña hasta la más grande, son “algo” inteligentes debido a la inteligencia, al trabajo y al altruismo del Ingeniero y matemático LOFTI ZADEH, 

Por ACDCLE

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9 respuestas a «Los electrodomésticos “inteligentes”: Una aplicación matemática de la «Lógica Difusa” (Fuzzy control o Fuzzy Logic)»

Hola Antonio,

felicidades por el artículo. Como matemático que soy, me ha parecido muy acertada la manera de explicar la lógica difusa.

Eso si, creo que deberías revisar el redactado del artículo ya que hay varios errores ortográficos que complican un poco su lectura.

Saludo y felicidades!

Buenos días, amigo MATEMÁTICO,

Gracias por tu felicitación, que me dice que voy por el buen camino de las explicaciones para los lectores. Y por supuesto que te agradezco mucho tus observaciones sobre mis errores ortográficos. Te explico: Mi visión es bastante deficiente, y escribo los textos en Word (con letras grandes) para corregir los errores, ya que me confundo frecuentemente de teclas. Una vez hecho el artículo en ese borrador y “revisado” voy corrigiendo. Pero hay cosas que se me “cuelan” y el detector las pasa. Acabado el artículo y la revisión, copio y pergo el texto en la plantilla del blog.

Sin embargo, no es este el caso, ya que es tanta la cantidad de retoques que he tenido que hacer (gracias a tus observaciones) que no me queda otra que pensar que no hice la última revisión, que siempre hago. sobre la plantilla del blog, y le dí a “editar”, con varios errores, como tú has detectado. Ya los he corregido, y de nuevo mi agradecimiento por tu colaboración.

Saludos cordiales, amigo

Antonio Vazquez

Gracias a los lectores que han dejado los dos ´últimos comentarios.

Parece ser que he acertado en las explicaciones sobre la LÓGICA DIFUSA, por lo qiue decís. No era mi objetivo explicar fórmulas matemáticas incomprensibles para muchos lectores. Mi obsesión era explicarlo para que la mayoría de lectores entendiera lo que es y sus aplicaciones, no las fórmulas ni la teoría.

Gracias, a ambos por vuestros ánimos implícitos en vuestros comentarios.

Saludos cordiales

Antonio Vazquez

Buenos días.
Me pareció un excelente aporte, claro y conciso. Adicionalmente le felicito por la facilidad con la que plasma sus conocimientos, pues tiene mucha razón en lo citado anteriormente «SI quiero que lo entienda la mayoría de mis lectores TENGO QUE explicarlo fácil»
Muchas gracias

Las gracias te las doy a ti, DIEGO, por tus apreciaciones sobre mi trabajo. Me demuestran que voy por el buen camino, pues un tema tan desconocido como el de este artículo es algo difícil de explicar y por lo que parece, se ha entendido por la mayoría de los lectores. Objetivo cumplido.

Saludos cordiales

Antonio Vazquez

Buenas tardes Antonio
Tengo un termo eléctrico Ariston 80l eco lo tengo a una temperatura de 60° y he notado el consumo de electricidad ha bajado, pero me surje una duda o mejor una preocupación. Si la temperatura de destrucción de la legionela es de 70° seria mejor mantener el termo a esta temperatura aunque gaste más?