BioMuro

BioWall es una superficie informática de inspiración biológica formada por varios miles de módulos electrónicos que pueden considerarse moléculas artificiales. Cada uno de estos módulos contiene un circuito electrónico programable, un sensor táctil y una pantalla compuesta por 64 LED (diodos emisores de luz). De este modo, cada módulo permite al visitante comunicarse con la superficie tocándola con el dedo, calcula su nuevo estado y lo indica inmediatamente en una pantalla de color.

El BioWall ha sido desarrollado en el Laboratorio de Sistemas Lógicos (LSL) de la Escuela Politécnica Federal de Lausana ( EPFL ), Suiza . Su construcción ha sido patrocinada por Jacqueline Reuge, propietaria del Museo Villa Reuge en Sainte-Croix ( VD ). Se han realizado dos versiones del BioWall, en las que varios miles de FPGAs ( Spartan XCS10XL de Xilinx ) constituyen el núcleo de otros tantos módulos, intercambiando localmente información con sus vecinos más próximos. La interacción con el FPGA se realiza a través de una membrana sensible al tacto y cada FPGA comunica su estado a una matriz de 64 LED de colores .

El objetivo principal de este proyecto académico es el estudio de la implementación hardware de conceptos bioinspirados como la autorreparación, la evolución, la autorreplicación, el aprendizaje... siguiendo los tres ejes principales definidos en el modelo POEtic:

• Eje filogenético (eje P), inspirado en la evolución de las especies biológicas
• Eje ontogenético (eje O), inspirado en el desarrollo y crecimiento de organismos multicelulares
• Eje epigenético (eje E), inspirado en la adaptación de los individuos al medio ambiente.

Entre estos tres ejes de investigación, el principal esfuerzo del LSL se ha centrado en el eje ontogenético a través del Proyecto Embryonics, que pretende inspirarse en el desarrollo de organismos vivos multicelulares para obtener en hardware digital algunas de sus características originales, y en particular el crecimiento y la tolerancia a fallos.

En el BioWall se ha implementado un organismo artificial dotado de todas las características de una máquina embrionaria. El BioWatch, que cuenta horas, minutos y segundos, se utiliza para demostrar las capacidades de crecimiento y autorreparación del BioWall.

Siguiendo los tres niveles de complejidad definidos en el Proyecto Embryonics, el BioWatch ha sido diseñado jerárquicamente: el reloj en su totalidad puede verse como un organismo compuesto por seis células, cada una de las cuales está dedicada al cálculo de un dígito: unidades y decenas de segundos, minutos y horas. Cada una de estas células está a su vez descompuesta en unidades idénticas más pequeñas, es decir, los módulos del BioWall, que podrían considerarse como las moléculas básicas de un organismo real.

La autorreparación es posible si se incluyen moléculas de repuesto en el BioWatch; cuando un FPGA, es decir, una molécula, falla, una de las moléculas de repuesto puede asumir su funcionalidad y permite que el BioWatch siga mostrando la hora correcta. Cuando una célula entera, que cuenta un dígito específico, se ve desbordada por moléculas defectuosas, muere, pero el espacio libre se configura automáticamente para asumir la funcionalidad de la célula muerta y replicarla. Como resultado, el reloj completo puede tolerar una gran cantidad de fallas dentro de su hardware y, sin embargo, puede seguir mostrando la hora correcta.

BioWall está compuesto por un conjunto de pequeños elementos conectados localmente y, como resultado, también es una plataforma ideal para crear prototipos de muchos tipos diferentes de sistemas celulares bidimensionales y sistemas bioinspirados, como:

• El juego de la vida de Conway (>>>)
• Bucles autorreplicantes (>>>)
• Redes neuronales artificiales de Turing (>>>)
• Constructor universal de von Neumann (>>>)
• Autómatas celulares de Wolfram (>>>)
• Autómata celular del pelotón de fusilamiento (>>>)
• Comparación de secuencias de ADN (>>>)

Aunque el tamaño y la estructura del BioWall imponen un cierto número de limitaciones (por ejemplo, la velocidad de reloj del sistema), su completa programabilidad proporciona una versatilidad excepcional y el componente visual e interactivo del sistema son herramientas invaluables tanto para la difusión de ideas como para la verificación de conceptos de investigación que a menudo se limitan a simulaciones de software.

Un BioWall con 2000 moléculas se encuentra actualmente en el Grupo de Sistemas Inteligentes del Departamento de Electrónica de la Universidad de York (Reino Unido). Otro BioWall con 2000 moléculas se encuentra en una exposición permanente en la Escuela Politécnica Federal de Lausana (EPFL) y se puede ver en directo con la siguiente Webcam, de lunes a viernes entre las 8:00 y las 19:00 GMT+1.

• G. Tempesti y C. Teuscher. "La biología se vuelve digital: un conjunto de 5.700 FPGAs Spartan da vida al BioWall". XCell Journal 47, otoño de 2003, págs. 40-45.
• C. Teuscher, D. Mange, A. Stauffer y G. Tempesti. "Tejidos informáticos bioinspirados: hacia máquinas que evolucionan, crecen y aprenden". BioSystems 68(2–3), 2003, págs. 235–244.
• G. Tempesti, D. Mange, A. Stauffer y C. Teuscher. "BioWall: un tejido electrónico para crear prototipos de sistemas bioinspirados". En A. Stoica, J. Lohn, R. Katz, D. Keymeulen y RS Zebulum, editores. Actas de la Conferencia de 2002 de la NASA y el Departamento de Defensa sobre hardware evolutivo (EH'2002), páginas 221-230, IEEE Computer Society, Los Alamitos, CA.
• A. Stauffer, D. Mange, G. Tempesti y C. Teuscher. "Un reloj electrónico autorreparador y autorreparador: el BioWatch". En Y. Liu, K. Tanaka, M. Iwata, T. Higuchi y M. Yasunaga, editores. Sistemas evolucionables: de la biología al hardware. Actas de la 4.ª Conferencia internacional sobre sistemas evolucionables (ICES'2001), 3-5 de octubre de 2001, Tokio. Lecture Notes in Computer Science, vol. 2210, Springer-Verlag, Berlín, Heidelberg, 2001, páginas 112-127.
• A. Stauffer, D. Mange, G. Tempesti y C. Teuscher. "BioWatch: un reloj electrónico gigante inspirado en la biología". En D. Keymeulen, A. Stoica, J. Lohn y R. Zebulum, editores. Actas del tercer taller de la NASA y el Departamento de Defensa sobre hardware evolutivo (EH-2001), páginas 185-192, IEEE Computer Society, Los Alamitos, CA.
• M. Canella, F. Miglioli, A. Bogliolo, E. Petraglio, E. Sanchez. "Realización de comparaciones de ADN en un tejido bioinspirado de FPGA". En Proc. 10th Reconfigurable Architectures Workshop (RAW03), Niza, Francia, abril de 2003, pág. 7

• Sitio oficial de BioWall
• Comunicado de prensa de Xilinx