Ehud Shapiro
Científico informático israelí
Ehud Shapiro
Nacido1955 ( 1955 )
Jerusalén, Israel
Alma máterYale
Carrera científica
InstitucionesInstituto de Ciencias Weizmann
TesisDepuración de programas algorítmicos  (1982)
Asesor de doctoradoDana Angluin [1]
Estudiantes de doctoradoAviv Regev

Ehud Shapiro ( hebreo : אהוד שפירא ; nacido en 1955) es un científico, empresario, artista y activista político israelí que es profesor de Ciencias de la Computación y Biología en el Instituto de Ciencias Weizmann . [2] Con reputación internacional, hizo contribuciones a muchas disciplinas científicas, [3] estableciendo en cada una una agenda de investigación a largo plazo al hacer una pregunta básica y ofrecer un primer paso para responderla, incluyendo cómo informatizar el proceso de descubrimiento científico, proporcionando una interpretación algorítmica a la metodología de conjeturas y refutaciones de Karl Popper ; [4] [5] [6] cómo automatizar la depuración de programas , mediante algoritmos de localización de fallas; [7] [8] cómo unificar la programación paralela, distribuida y de sistemas con un lenguaje de programación basado en lógica de alto nivel; [9] [10] cómo usar el metaverso como base para las redes sociales; [11] cómo diseñar computadoras moleculares que puedan funcionar como medicamentos inteligentes programables; [12] [13] [14] cómo descubrir el árbol genealógico de las células humanas, a través de la genómica de células individuales; [15] [16] [17] cómo apoyar la democracia digital, diseñando una arquitectura alternativa a las bases del ámbito digital. [18] [19] [20] [21] [22]

Shapiro también fue uno de los primeros empresarios de Internet [11] y un defensor de la democracia digital global . [18] [22]

Shapiro es el fundador de la banda Ba Rock [23] y uno de los fundadores del partido político israelí "Democratit". [24] Ha ganado dos becas avanzadas del ERC ( Consejo Europeo de Investigación ). [25] [26]

Vida temprana y educación

Nacido en Jerusalén en 1955, Shapiro se familiarizó con la filosofía de la ciencia de Karl Popper a través de un proyecto de secundaria supervisado por Moshe Kroy del Departamento de Filosofía de la Universidad de Tel Aviv. [ cita requerida ] En 1979, Shapiro completó sus estudios universitarios en la Universidad de Tel Aviv en matemáticas y filosofía. [ cita requerida ] El trabajo de doctorado de Shapiro con Dana Angluin en informática en la Universidad de Yale intentó proporcionar una interpretación algorítmica al enfoque filosófico de Popper para el descubrimiento científico , lo que resultó en un sistema informático para la inferencia de teorías lógicas a partir de hechos; [5] y una metodología para la depuración de programas , [7] desarrollada utilizando el lenguaje de programación Prolog . Su tesis, " Depuración algorítmica de programas ", [7] fue publicada por MIT Press como una disertación distinguida de ACM de 1982, seguida en 1986 por "El arte de Prolog", un libro de texto en coautoría con Leon Sterling. [27]

Carrera

Shapiro se trasladó al Departamento de Ciencias de la Computación y Matemáticas Aplicadas del Instituto de Ciencias Weizmann en 1982 como investigador postdoctoral, y se inspiró en el proyecto japonés de sistemas informáticos de quinta generación para inventar un lenguaje de programación de alto nivel para sistemas informáticos paralelos y distribuidos, llamado Concurrent Prolog . [9] MIT Press publicó en 1987 un libro de dos volúmenes sobre Concurrent Prolog y trabajos relacionados. [9]

En 1993, Shapiro se ausentó de su puesto fijo en Weizmann para fundar Ubique Ltd. (y ejercer como su director ejecutivo), una de las primeras empresas israelíes de software de Internet. Basándose en Concurrent Prolog, Ubique desarrolló "Virtual Places", un metaverso 2D y un software de redes sociales que incluía mensajería instantánea, salas de chat, navegación colaborativa, eventos y juegos en línea y voz sobre IP. Ubique fue vendida a America Online en 1995 y, tras una compra por parte de la dirección en 1997, fue vendida de nuevo a IBM en 1998. [28]

Shapiro intentó construir una computadora a partir de moléculas biológicas, guiado por una visión de " Un médico en una célula ": una computadora biomolecular que opera dentro del cuerpo vivo, programada con conocimientos médicos para diagnosticar enfermedades y producir los medicamentos necesarios. Siendo un novato en biología, Shapiro realizó su primer diseño para una computadora molecular como un dispositivo mecánico tipo LEGO construido utilizando estereolitografía 3D , que fue patentado a su regreso a Weizmann en 1998. Durante 1999-2016, el laboratorio de Shapiro estuvo diseñando e implementando varios dispositivos de computación molecular. [12] [13] [29] [30] [31] [32] [33]

En 2011, Shapiro diseñó un método eficaz para sintetizar moléculas de ADN libres de errores a partir de bloques de construcción propensos a errores, [34] y fundó el consorcio CADMAD (Diseño y fabricación asistidos por computadora de bibliotecas de ADN): [35]

En 2005, Shapiro presentó una visión del próximo gran desafío en la biología humana: descubrir el árbol del linaje celular humano . [15] La historia de cómo el cuerpo humano crece desde una sola célula (el óvulo fertilizado ) hasta 100 billones de células está capturada por el árbol del linaje celular. En su charla TEDxTel-Aviv "Descubriendo el árbol del linaje celular humano: el próximo gran desafío científico" [36] Shapiro describió el sistema y los resultados obtenidos con él hasta ahora, y una propuesta para un proyecto insignia FET "Iniciativa insignia del linaje celular humano" [37] para descubrir el árbol del linaje celular humano en la salud y la enfermedad. El proyecto internacional Atlas de células humanas , iniciado por el ex estudiante de doctorado de Shapiro Aviv Regev, tiene como objetivo abordar la cuestión precursora de describir todos los tipos de células en el cuerpo humano.

Investigación

Popper sugirió que todas las teorías científicas son por naturaleza conjeturas e inherentemente falibles, y que la refutación de teorías antiguas es el proceso primordial del descubrimiento científico. [38] Los estudios de doctorado de Shapiro con Angluin intentaron proporcionar una interpretación algorítmica al enfoque de Popper para el descubrimiento científico  , en particular para automatizar el método de "Conjeturas y Refutaciones", haciendo conjeturas audaces y luego realizando experimentos que buscan refutarlas. Shapiro generalizó esto en el "Algoritmo de Retrotracing de Contradicciones", un algoritmo para retroceder en el tiempo de las contradicciones. [5] Este algoritmo es aplicable siempre que se produce una contradicción entre alguna teoría conjeturada y los hechos. Al probar un número finito de átomos básicos para su verdad en el modelo, el algoritmo puede rastrear una fuente para esta contradicción, es decir, una hipótesis falsa, y puede demostrar su falsedad proporcionando un contraejemplo.

Shapiro sentó las bases teóricas de la programación lógica inductiva y construyó su primera implementación (Model Inference System): un programa Prolog que infería de forma inductiva programas lógicos a partir de ejemplos positivos y negativos. La programación lógica inductiva ha florecido hoy en día como un subcampo de la inteligencia artificial y el aprendizaje automático que utiliza la programación lógica como una representación uniforme de ejemplos, conocimientos previos e hipótesis. El trabajo reciente en esta área, que combina la programación lógica, el aprendizaje y la probabilidad, ha dado lugar al nuevo campo del aprendizaje relacional estadístico .

Depuración de programas algorítmicos

La depuración algorítmica fue desarrollada por primera vez por Shapiro durante su investigación de doctorado en la Universidad de Yale, como se presentó en su tesis de doctorado, [39] seleccionada como Disertación Distinguida ACM en 1982. Shapiro implementó el método de depuración algorítmica en Prolog [40] (un lenguaje de programación lógica de propósito general) para la depuración de programas lógicos .

En el caso de los programas lógicos , el comportamiento previsto del programa es un modelo (un conjunto de afirmaciones verdaderas simples) y los errores se manifiestan como incompletitud del programa (incapacidad para probar una afirmación verdadera) o incorrección (capacidad para probar una afirmación falsa). El algoritmo identificaría una afirmación falsa en el programa y proporcionaría un contraejemplo para ella o una afirmación verdadera faltante que debería añadirse al programa. También se desarrolló un método para manejar la no terminación . Desde entonces, el enfoque de la depuración algorítmica se ha ampliado y aplicado a muchos lenguajes de programación. [41] [42]

El proyecto de sistemas informáticos de quinta generación

El proyecto de Sistemas Informáticos de Quinta Generación (FGCS, por sus siglas en inglés) fue una iniciativa del Ministerio de Comercio Internacional e Industria de Japón, que comenzó en 1982 para crear un ordenador que utilizara computación /procesamiento paralelo masivo. Debía ser el resultado de un proyecto de investigación masivo del gobierno y la industria en Japón durante la década de 1980. Su objetivo era crear un "ordenador que marcara una época" con un rendimiento similar al de un superordenador y proporcionar una plataforma para futuros desarrollos en inteligencia artificial.

En 1982, durante una visita al ICOT, [43] Shapiro inventó Concurrent Prolog , un novedoso lenguaje de programación concurrente que integraba la programación lógica y la programación concurrente. Concurrent Prolog es un lenguaje de programación lógica diseñado para la programación concurrente y la ejecución paralela. Es un lenguaje orientado a procesos , que incorpora la sincronización del flujo de datos y la indeterminación de comandos protegidos como sus mecanismos de control básicos.

Shapiro describió el lenguaje en un informe marcado como Informe Técnico ICOT 003, [44] que presentó un intérprete de Prolog concurrente escrito en Prolog. El trabajo de Shapiro en Prolog concurrente inspiró un cambio en la dirección del FGCS, que pasó de centrarse en la implementación paralela de Prolog a centrarse en la programación lógica concurrente como base del software para el proyecto. También inspiró el lenguaje de programación lógica concurrente Guarded Horn Clauses (GHC) [45] de Ueda, que fue la base de KL1, el lenguaje de programación que finalmente fue diseñado e implementado por el proyecto FGCS como su lenguaje de programación principal.

Ubique Limitada.

En 1993, Shapiro se ausentó del Instituto Weizmann para fundar y ejercer como director ejecutivo de Ubique Ltd., una empresa israelí de software de Internet. Ubique desarrolló un metaverso 2D y un software de redes sociales que incluía mensajería instantánea , salas de chat , navegación colaborativa, eventos y juegos en línea y voz sobre IP . El primer producto de la empresa, Virtual Places 1.0, se desarrolló sobre estaciones de trabajo basadas en Unix y se anunció el mismo día que Netscape Communications anunció sus productos de navegador y servidor. Virtual Places 2.0 se basaba en Windows 95 y PC. Ubique se vendió a America Online en 1995 por 14,5 millones de dólares, [46] recomprada por su dirección en 1997 [ cita requerida ] y vendida de nuevo a IBM en 1998, donde la tecnología de Ubique fue la base del producto de mensajería instantánea SameTime de IBM .

Lenguajes de programación molecular

En un artículo publicado en 2002 en la revista Nature "Abstracciones celulares: las células como computación" [47] Shapiro y su estudiante de doctorado Aviv Regev plantearon la pregunta: ¿por qué el estudio de los sistemas biomoleculares no puede dar un salto computacional similar? Tanto la investigación de secuencias como la de estructuras han adoptado buenas abstracciones: "ADN como cadena" y "proteína como gráfico etiquetado tridimensional", respectivamente. Creían que la informática podía proporcionar la abstracción tan necesaria para los sistemas biomoleculares. Juntos, Regev y Shapiro utilizaron conceptos avanzados de informática para investigar la abstracción de la "molécula como computación", en la que un sistema de entidades moleculares interactuantes se describe y modela mediante un sistema de entidades computacionales interactuantes. Desarrolló lenguajes informáticos abstractos para la especificación y el estudio de sistemas de cálculos interactuantes, con el fin de representar sistemas biomoleculares, incluidas las vías reguladoras, metabólicas y de señalización, así como los procesos multicelulares como las respuestas inmunitarias. [48] [49]

El trabajo (que inicialmente utilizó el cálculo π , un cálculo de procesos ) fue posteriormente retomado por IBM Cambridge en el Reino Unido ( Luca Cardelli ) que desarrolló SPiM (Stochastic Pi Calculus Machine). En la última década, el campo ha florecido con una amplia variedad de aplicaciones. Más recientemente, el campo incluso evolucionó a una síntesis de dos campos diferentes: la computación molecular y la programación molecular. [50] La combinación de los dos muestra cómo diferentes formalismos matemáticos (como las redes de reacción química ) pueden servir como "lenguajes de programación" y varias arquitecturas moleculares (como la arquitectura de moléculas de ADN) pueden, en principio, implementar cualquier comportamiento que pueda expresarse matemáticamente mediante el formalismo que se esté utilizando. [51]

Doctor en una celda

Al combinar la ciencia informática y la biología molecular, los investigadores han podido trabajar en un ordenador biológico programable que en el futuro podrá navegar dentro del cuerpo humano, diagnosticando enfermedades y administrando tratamientos. Esto es lo que Shapiro denominó un "Doctor en una célula". Su grupo diseñó un ordenador a escala molecular hecho completamente de moléculas biológicas que realizó un modelo matemático de ordenador programable llamado autómata finito , [49] que utilizó su molécula de entrada de ADN como combustible. [49] El ordenador molecular también fue reconocido en 2003 como un récord mundial Guinness para el dispositivo de computación molecular más pequeño. [52] El ordenador molecular se amplió luego con un mecanismo de entrada y salida para que pueda programarse -en un tubo de ensayo- para identificar cambios moleculares en el cuerpo que indiquen la presencia de ciertos cánceres y liberar un fármaco molecular en respuesta en caso de que lo haga. El ordenador fue entonces capaz de diagnosticar el tipo específico de cáncer y reaccionar produciendo una molécula de fármaco que interfería con las actividades de las células cancerosas, provocando su autodestrucción. [49] Por este trabajo fue miembro del “Scientific American 50” de 2004 [53] como Líder de Investigación en Nanotecnología.

En 2009, Shapiro y el estudiante de doctorado Tom Ran presentaron el prototipo de un sistema molecular programable autónomo, basado en la manipulación de cadenas de ADN , que es capaz de realizar deducciones lógicas simples . [54] Este prototipo es el primer lenguaje de programación simple implementado a escala molecular. Si se introduce en el cuerpo, este sistema tiene un potencial inmenso para apuntar con precisión a tipos de células específicos y administrar el tratamiento adecuado, ya que puede realizar millones de cálculos al mismo tiempo y "pensar" lógicamente.

El equipo de Shapiro se propuso hacer que estos ordenadores realizaran acciones muy complejas y respondieran a preguntas complicadas, siguiendo un modelo lógico propuesto por primera vez por Aristóteles hace más de 2000 años. El equipo también encontró una forma de hacer que estos dispositivos informáticos microscópicos fueran " fáciles de usar " mediante la creación de un compilador  , un programa que sirve de puente entre un lenguaje de programación informática de alto nivel y el código informático del ADN. Buscaban desarrollar un sistema híbrido in silico / in vitro que admitiera la creación y ejecución de programas de lógica molecular de forma similar a los ordenadores electrónicos, lo que permitiría a cualquier persona que sepa cómo operar un ordenador electrónico, sin ningún conocimiento previo de biología molecular , operar un ordenador biomolecular.

En 2012, Shapiro, Tom Ran y sus estudiantes lograron crear un dispositivo genético que opera de manera independiente en células bacterianas . [55] El dispositivo ha sido programado para identificar ciertos parámetros y generar una respuesta apropiada. El dispositivo busca factores de transcripción  , proteínas que controlan la expresión de genes en la célula. Un mal funcionamiento de estas moléculas puede alterar la expresión genética . En una investigación posterior, Benenson y su equipo han producido una computadora molecular que cura un cierto tipo de cáncer en ratones, [56] con el objetivo de producir un medicamento contra el cáncer basado en este método. [57]

Edición de ADN

Shapiro diseñó un método eficaz para sintetizar moléculas de ADN libres de errores a partir de bloques de construcción propensos a errores. [58] La programación del ADN es la contraparte en ADN de la programación informática. El ciclo básico de la programación informática consiste en modificar un programa existente, probar el programa modificado e iterar hasta obtener el comportamiento deseado. De manera similar, el ciclo de programación del ADN consiste en modificar una molécula de ADN, probar su comportamiento resultante e iterar hasta que se alcance el objetivo (que es comprender el comportamiento o mejorarlo). [59]

Shapiro fundó el consorcio CADMAD, cuyo objetivo era generar una revolución en el procesamiento del ADN análoga a la revolución que experimentó la edición de texto con la introducción de los editores de texto electrónicos. Este objetivo fue finalmente alcanzado por otros y con una tecnología diferente: la edición genética CRISPR . [35]

Árbol genealógico de células humanas

En 2005, Shapiro y sus estudiantes presentaron una visión del próximo gran desafío en la biología humana: descubrir el árbol del linaje celular humano . Dentro de cada persona hay un árbol del linaje celular .

El desafío de descubrir el árbol del linaje celular humano recuerda, tanto en su naturaleza como en su alcance, al desafío al que se enfrentó el Proyecto Genoma Humano en sus inicios y, de hecho, sus resultados contribuirán decisivamente a la traducción funcional y la comprensión definitiva de la secuencia del genoma . Se requiere un salto tecnológico de una magnitud similar al que se produjo durante el Proyecto Genoma Humano para el éxito del proyecto del linaje celular humano, y el impacto biológico y biomédico de tal éxito podría ser de una magnitud similar, si no mayor, que la del Proyecto Genoma Humano. En su charla TEDxTel-Aviv "Descubriendo el árbol del linaje celular humano: el próximo gran desafío científico" [36], Shapiro describió el sistema y los resultados obtenidos con él hasta ahora, y una propuesta para un proyecto insignia FET "Iniciativa insignia del linaje celular humano" [37] para descubrir el árbol del linaje celular humano en la salud y la enfermedad. El objetivo del proyecto Atlas de células humanas lanzado en 2016 por el ex doctorado de Shapiro. El objetivo del proyecto, que ha sido publicado en la revista Science, es identificar los tipos de células del cuerpo humano. Se trata de un paso previo necesario para identificar el árbol genealógico de las células humanas.

Igualdad en la democracia digital

Internet ha revolucionado casi todos los ámbitos de la actividad humana, pero no la democracia. Desconcertado por esta singularidad, Shapiro se propuso explorar cómo podría producirse una revolución de la democracia a través de Internet. Consultando un documento fundacional de la democracia moderna, la Declaración de los Derechos del Hombre y del Ciudadano de Francia de 1789 , Shapiro extrajo de ella los valores que debería defender cualquier democracia digital, [18] siendo la igualdad la primera y más importante.

Posteriormente, Shapiro y su equipo en Weizmann abordaron las múltiples dimensiones de la igualdad en la democracia digital: igualdad en la votación, a través de Sybil-Resilient Social Choice [ref], que tiene como objetivo defender la votación democrática a pesar de la penetración de sibilas (identidades falsas y duplicadas) [60] en una comunidad digital; igualdad en la propuesta; [61] igualdad en la deliberación y formación de coaliciones; [62] [63] igualdad en la formación de constituciones; [64] e igualdad en la bifurcación de la comunidad. [65]

Democracia digital de base

La igualdad en la gobernanza de una comunidad digital sólo tiene sentido si también se aplica a la plataforma en la que opera la comunidad. El ámbito digital está dominado hoy por dos tipos de plataformas: las autocráticas basadas en servidores y en la nube (por ejemplo, Facebook ) y las plutocráticas basadas en pruebas de trabajo y participación (por ejemplo, Bitcoin / Ethereum ), y carece de una alternativa democrática. Para ayudar a remediar esto, Shapiro presenta una tercera arquitectura alternativa para el ámbito digital, denominada "democracia digital de base". [20] De manera informal, un sistema distribuido es de base si puede tener instancias autónomas, implementadas independientemente (geográficamente y a lo largo del tiempo) que pueden interoperar una vez interconectadas. Un ejemplo sería una red social basada en teléfonos inteligentes sin servidor que admita múltiples comunidades independientes que se fusionan cuando un miembro de una comunidad también se convierte en miembro de otra. [66]

Las aplicaciones de base pueden permitir a las personas llevar a cabo su vida social, económica, cívica y política en el ámbito digital utilizando únicamente los dispositivos informáticos en red que poseen y operan (por ejemplo, teléfonos inteligentes), libres del control, la vigilancia, la manipulación, la coerción o la extracción de valor de terceros (por ejemplo, por parte de plataformas digitales globales como Facebook o Bitcoin).

Shapiro inició y dirigió en 2012 el proyecto "partido abierto" (más tarde "comunidad abierta") dentro del Taller de Conocimiento Público, cuyo objetivo era sentar las bases para el funcionamiento de un partido electrónico que defendiera la democracia directa a través de Internet [ref. en la fuente]. Amplió aún más sus conceptos de democracia electrónica en su conferencia del Foro Económico Mundial de 2016 y en su artículo de opinión del Financial Times. En 2020 fundó el partido político Democratit: libertad, igualdad y fraternidad. [24]

  • Conferencia de Ehud Shapiro sobre la democracia digital de base
  • Una conferencia de Ehud Shapiro sobre criptomonedas de base

Referencias

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