Los institutos de investigación y las empresas tecnológicas de Dresde y de toda Sajonia están ampliando sus actividades en tecnologías cuánticas, robótica e inteligencia artificial. Mientras tanto, la microelectrónica convencional también está ganando fuerza en "Silicon Saxony", y está teniendo un impacto indirecto en la educación y las infraestructuras del lugar.
A partir de 2030, se espera que las redes móviles de sexta generación (6G) logren lo que la 5G no consiguió después de todo: Sólo cuando sea posible conectar docenas, cientos o incluso miles de coches, robots, máquinas, teléfonos inteligentes y otros dispositivos a través de comunicaciones móviles en tiempo casi real, con tiempos de latencia inferiores a 1 ms, podrá la 6G convertirse en un importante cambio de juego en la automatización de fábricas, el control inteligente del tráfico o la cirugía robótica. Los ordenadores cuánticos están llamados a ayudar, si nos atenemos a los conceptos del Centro de Excelencia CeTI de la Universidad Técnica de Dresde: un grupo de investigación denominado "Quarks" quiere establecer en la capital sajona la primera red de prueba 6G del mundo para 2027, que combinará tecnologías de comunicaciones móviles convencionales mejoradas con ordenadores cuánticos e inteligencia artificial (IA).
Para ello, los investigadores han adquirido tres ordenadores cuánticos en Sajonia. A diferencia de los ordenadores binarios, los cuánticos pueden "probar" simultáneamente numerosas soluciones a problemas complejos, por lo que se adaptan mucho mejor a los sistemas multiagente que la tecnología digital actual.
La idea se explica con un ejemplo: en el futuro, habrá cada vez más coches controlados de forma autónoma en las carreteras que utilicen redes de radio para coordinar el derecho de paso, la velocidad razonable, las posibles colisiones u otros riesgos de accidente. Entre otras cosas, necesitarán 6G para delegar problemas complejos que el ordenador de a bordo no pueda resolver por sí solo a una potente IA en el centro de datos más cercano a la velocidad del rayo. Y todo ello en milisegundos, incluido el tiempo de decisión de la IA.
Para acortar los tiempos de propagación de la señal, se crearán centros de datos descentralizados de alto rendimiento para la radio 6G en todas las grandes ciudades. La tecnología digital clásica, los ordenadores cuánticos, los aceleradores de IA similares a tarjetas gráficas y similares se conectarán en red en esta "nube periférica". "Cuando surge un problema, primero hay que dividirlo en subproblemas y luego asignarlo al mejor sistema en cada caso", explica Leon Röscher, investigador de Quarks. "El ordenador cuántico es más adecuado para tareas de optimización o criptográficas, por ejemplo, mientras que la tarjeta gráfica o la IA lo son para el procesamiento de imágenes". Soluciones similares pueden utilizarse para robots en quirófanos, automatización de fábricas, para la orientación de robots domésticos en viviendas y otros escenarios en los que se requieran reacciones a la velocidad del rayo.
Nueva financiación solicitada
En general, el CeTI de Dresde también quiere utilizar en el futuro la tecnología cuántica y la biología para ampliar su investigación interdisciplinar sobre nuevas interfaces entre humanos y máquinas. El objetivo es transferir los sentidos humanos a la robótica y el metaverso.
La TU Dresden ha solicitado nuevos fondos para esta ampliación del CeTI en el marco del Programa de Excelencia de los gobiernos federal y estatal alemanes. "En la segunda fase, se integrarán nuevos enfoques de la tecnología cuántica y la biología para mejorar la eficiencia energética y la fiabilidad de los mundos virtuales", explica la Universidad Técnica de Dresde. "Un objetivo clave es reducir al máximo las barreras de acceso para que el mayor número posible de personas pueda beneficiarse de esta tecnología".
En otros lugares de Sajonia también aumenta el número de proyectos relacionados con ordenadores, comunicaciones y sensores cuánticos. Infineon, Globalfoundries, el Centro Fraunhofer Ceasax y otras empresas e institutos de Dresde desarrollan o producen importantes componentes de electrónica cuántica. Empresas tecnológicas como Xeedq y SaxonQ de Leipzig fabrican ordenadores cuánticos. El subinstituto Fraunhofer EAS de Dresde construye enlaces de comunicación cuántica. En el Instituto Max Planck de Física Química de los Sólidos (MPI-CPfS), un grupo de trabajo dirigido por el Dr. Uri Vool investiga sensores cuánticos, y la lista continúa.
Los ordenadores cuánticos luchan contra el hambre en el mundo
WernerDobrautzLos expertos ensimulacióny los químicos del Centro de Investigación Helmholtz "Casus" de Görlitz, por ejemplo, quieren utilizar la informática cuántica para reducir la inmensa demanda energética de la producción mundial de fertilizantes y, en última instancia, satisfacer el hambre de una población mundial en constante crecimiento. El Dr. Werner Dobrautz, del Centro de Investigación Helmholtz "Casus" de Görlitz, quiere calcular una vía de producción económica con catalizadores biológicos y combinar las capacidades especiales de los modernos ordenadores cuánticos con los superordenadores clásicos. El químico cuántico está creando ahora su propio grupo de investigación junior en Görlitz y recibe una subvención de 1,8 millones de euros del programa federal "Quantum Futur".
"Los fertilizantes a base de amoníaco han llevado la productividad agrícola a un nivel completamente nuevo desde su introducción hace más de 100 años", explica Dobrautz. "Sin embargo, su producción industrial requiere una enorme cantidad de energía. Un proceso técnico basado en la fijación biológica del nitrógeno por la enzima nitrogenasa y su cofactor hierro-molibdeno es una alternativa prometedora".
Y los ordenadores cuánticos actuales, que a menudo sólo disponen de unos pocos "qubits" para las operaciones de cálculo, son especialmente adecuados para ello: en el proyecto "Quantum-based high-performance computing for the green energy transition" (qHPC-Green), "sólo" hay que simular la interacción de unas pocas partículas: "Estamos tratando aquí con un llamado sistema cuántico pequeño, que suele estar representado por unos pocos átomos o moléculas. En concreto, hablamos de menos de 100 electrones y núcleos atómicos", explica Dobrautz. "Además, el comportamiento de los electrones en este sistema es muy interdependiente debido a su repulsión mutua y a las interacciones mecánicas cuánticas".
Smart Systems Hub asume la organización de conferencias sobre robótica
La robótica también vuelve a cobrar impulso en Sajonia, tras algunos contratiempos. El "Smart Systems Hub" (SSH), con sede en Dresde, ha tomado el relevo del anterior organizador de ferias de robótica, "Robot Valley Saxony", para dar un nuevo impulso. El director general de SSH, Michael Kaiser, ve buenas oportunidades para conectar la experiencia especial de la empresa de Dresde "Robot Valley Saxony" con los proyectos de innovación de Smart Systems Hub. Esto podría resultar en un enlace rentable entre el Internet de las Cosas (IoT), la robótica, la inteligencia artificial y otros temas en los que el hub ya está trabajando con empresas clientes. "Esto está creando soluciones para los problemas actuales de transformación y automatización - con un impacto mucho más allá de las fronteras de Sajonia", está convencido Kaiser.
Recientemente, la industria en el Estado Libre se había debilitado un poco claramente: la empresa insignia "Wandelbots" disolvió su división de tecnología, inicialmente muy elogiada, para el entrenamiento intuitivo de robots, las anunciadas ferias de robótica en Dresde tuvieron que ser canceladas, el promotor empresarial Robert Franke, un importante partidario de esta industria, se trasladó a Sajonia-Anhalt -con la expectativa de que Intel construyera sus Gigafabs en Magdeburgo- y la empresa sajona-neozelandesa "Poweron", que desarrollaba músculos artificiales para robots, quebró.
Gusanos robot limpian tuberías de agua obstruidas
Pero ahora vuelven a aumentar las señales positivas. Entre ellas, una historia de éxito del "subsuelo" sajón, nacido bajo tierra, donde difícilmente se esperaría encontrar robots. Se trata de "IMS Robotics", de Ottendorf-Okrilla, cerca de Dresde: la empresa construye robots para el mundo subterráneo o, más concretamente, para las tuberías de aguas residuales, a menudo enterradas a gran profundidad bajo aceras y carreteras. Y estos gusanos robóticos están especializados en desatascar tuberías de agua atascadas allí donde ningún ser humano puede pasar.
Y la empresa tiene una cadena de valor extraordinariamente larga: "Diseñamos y construimos nosotros mismos nuestros robots de rehabilitación de alcantarillas de la A a la Z", explica Martin Kalfa, ingeniero mecatrónico de IMS. Las piezas de acero, la electrónica de control, el software y otros componentes fabricados por el grupo se convierten en Ottendorf-Okrilla en gusanos robóticos que, con sus cabezales de herramientas, se abren paso entre escombros de construcción desechados ilegalmente, raíces que han crecido en el suelo, pilotes que se han clavado descuidadamente o todo tipo de residuos hasta que el agua puede volver a fluir. Este tipo de rehabilitación de alcantarillas asistida por robots ahorra a la ciudad o municipio correspondiente muchos atascos y significa que no hay que desenterrar las tuberías obstruidas para volver a desatascarlas.
El ingeniero mecatrónico Martin Kalfa muestra un robot de rehabilitación de alcantarillado (izquierda) de IMS con control remoto y unidad de monitorización de imágenes (derecha)
"Enseñamos a los robots a tocar el violín"
El profesor Riccardo Bassoli, de la TU Dresde, junto a uno de los tres ordenadores cuánticos de su grupo de trabajo QuarksEllaboratorio de "Robótica Adaptativa" de la sucursal de Dresde del Instituto Fraunhofer de Ingeniería de Sistemas Adaptativos (EAS), a la vista del campus de la TU, adopta un enfoque diferente: el equipo de Ron Martin intenta enseñar a los robots a enfrentarse a problemas imprevisibles, herramientas mal colocadas y retos similares que aumentan a medida que más y más robots trabajan cerca de los humanos. En este laboratorio, por ejemplo, los ingenieros enseñan a los robots a enchufar correctamente conectores, colocar juntas de goma y realizar otras tareas de montaje, aunque el componente esté en un lugar inesperado, esté inclinado o surjan otros problemas. Algunas de estas tareas son intuitivas y fáciles para los humanos y sólo difíciles para los robots. En algunos casos, sin embargo, también son trabajos que suponen un reto incluso para un "manitas" humano experimentado. "Enseñamos a los robots a trastear", explica Ron Martin con un brillo en los ojos.
Como alternativa a la costosa tecnología de sensores, los expertos de EAS confían en la tecnología estándar, que mejoran con sofisticados programas de simulación e inteligencia artificial. Esto se debe a que muchos de los brazos robóticos más nuevos, disponibles a partir de unos 10.000 euros, ya llevan sensores sencillos incorporados de fábrica, explica Konstantin Wrede, investigador de EAS. Estos sensores indican a la electrónica de control si el robot encuentra demasiada resistencia durante su trabajo. Esta protección contra la autodestrucción puede utilizarse para enseñar a los robots a probar una solución diferente al problema: girar un poco la garra, sacudirla un poco, probar un poco más a la izquierda o a la derecha, explica Sebastian Zarnack, investigador de la EAS: "Así se enseña a los robots a adaptarse a situaciones cambiantes como un ser humano".
El equipo del laboratorio, formado por 13 personas, está convencido de que este tipo de robots tendrán una demanda especialmente alta en el futuro: a largo plazo, se deberá a la escasez de mano de obra cualificada, que obligará a cada vez más pequeñas empresas e incluso comerciantes a automatizar cada vez más tareas rutinarias. Es muy posible que se trate de brazos robóticos chinos baratos mejorados con tecnologías de IA de Sajonia. Y: "La robótica adaptativa también desempeñará un papel importante para los robots domésticos en el futuro", está convencido el investigador de la EAS Konstantin Wrede. La idea de trasladar las soluciones encontradas para pequeñas empresas industriales y comerciantes a los robots de uso privado es, por tanto, obvia. Porque una cosa está clara: ningún sirviente artificial podrá hacer frente al caos de la habitación de un niño o a las pilas cambiantes de vajilla de una cocina sólo con secuencias de movimientos fijas programadas.
Los enjambres de microrobots cambian de forma
Mientras tanto, investigadores en robótica de la Universidad Técnica de Dresde y de la Universidad de California en Santa Bárbara colaboran en el desarrollo de una innovación especialmente fascinante que recuerda en cierto modo a películas de ciencia ficción como "Terminator 2" o a la nave espacial de televisión "Enterprise": han desarrollado conjuntamente mini-enjambres de robots que cambian de forma. Pueden licuarse cuando se les ordena y volver a solidificarse para adoptar nuevas formas.
"Esto podría permitir el desarrollo de materiales robóticos formados por miles de unidades que pueden adoptar innumerables formas y ajustar sus propiedades físicas a voluntad, lo que cambiaría nuestro concepto actual de los objetos", afirma entusiasmado el profesor Otger Campàs, director del Centro de Excelencia en Física de la Vida (PoL) de la TUD, que investiga conceptos similares en el crecimiento de organismos vivos complejos. Sin embargo, la combinación de estos enjambres de robots con la inteligencia artificial (IA) también podría abrir posibilidades completamente nuevas para investigar la materia activa en física y el comportamiento colectivo en biología.
Para ello, los investigadores han utilizado pequeños robots en forma de disco que se adhieren entre sí mediante imanes. Ocho ruedas dentadas motorizadas a lo largo del exterior redondo de cada robot pueden disolver estos conjuntos, "licuarlos", por así decirlo, y darles una nueva forma. Los minirobots intercambian las órdenes por medio de la luz, cuya dirección de oscilación puede girarse, es decir, "polarizarse"; en la naturaleza, las células resuelven esta transmisión de señales por medios bioquímicos. Estas tres capacidades incorporadas han permitido a los investigadores crear materiales robóticos que no sólo soportan cargas pesadas, sino que también pueden remodelarse, manipular objetos e incluso curarse a sí mismos.
Una escuela internacional se amplía en Dresde gracias al auge de los chips
Por último, una noticia que muestra cómo la industria de los semiconductores, que siempre ha tenido una orientación muy internacional, está cambiando poco a poco los "factores blandos" de una localidad: La llegada del gigante taiwanés de los chips TSMC hace que Dresde no sólo amplíe sus carreteras, líneas de tranvía y suministro de energía y agua, sino que todo ello también tiene consecuencias en el sector educativo:
Por ejemplo, ahora también se amplía la Escuela Internacional de Dresde (DIS). Un nuevo edificio de unos siete millones de euros dará cabida a entre 90 y 100 alumnos más. Sajonia y la organización patrocinadora de la DIS quieren compartir los costes. El vicedirector de la DIS, Christopher Boreham, también está intentando contratar a uno o dos profesores más de mandarín, ya que se espera la llegada de muchas familias taiwanesas a la fábrica de chips TSMC y es posible que la lengua china sea pronto tan omnipresente en las calles como el alemán o el inglés.
El vicedirector Chris Boreham en la biblioteca de la Escuela Internacional de Dresde. La ampliación se construirá justo al lado
Fuentes: Quarks, Ceti, TUD, Casus, IMS, Smart Systems Hub, DIS.
