2.6: Relés y múltiples realizaciones

Muchas de las ideas que hemos estado considerando en este capítulo han surgido de la interpretación lógica de Shannon (1938) de los circuitos de relé. Pero, ¿qué es un relevo? Un relé es esencialmente un interruptor de control remoto que involucra dos circuitos separados (Gurevich, 2006). Uno de estos circuitos involucra una fuente de corriente, que puede ser emitida a través del drenaje del relé. El segundo circuito controla la puerta del relé. En un relé electromecánico, la puerta es un electroimán (Figura 2-2). Cuando una señal fluye a través de la puerta, el imán se activa y cierra un interruptor para que la fuente fluya a través del drenaje. Cuando se apaga la señal de la puerta, un resorte tira del interruptor para abrirlo, rompiendo el primer circuito e impidiendo que la fuente fluya a través del drenaje.

Figura 2-2. Un relé, en el que una señal a través de una puerta electromagnética controla un interruptor que determina si la corriente de la fuente fluirá a través del drenaje.

El relé que se muestra en la Figura 2-2 se puede reconfigurar fácilmente para convertirlo en una puerta NOT. Esto se logra haciendo que el interruptor entre la fuente y el drenaje se abra por la compuerta, y tenerlo cerrado por un resorte cuando la compuerta no está activa. Así fue como, en 1835, Joseph Henry apagó la alimentación a un gran electroimán, haciendo que bajara su carga y sobresaltara a su clase (Moyer, 1997).

El tipo de relevo mostrado en la Figura 2-2 fue de vital importancia para el desarrollo del telégrafo a mediados del siglo XIX. Los telégrafos funcionaban enviando pulsos eléctricos, puntos y trazos, largas distancias sobre alambre de cobre. A medida que las señales viajaban, se debilitaban en intensidad. Para permitir que un mensaje se comunique a larga distancia, la señal tendría que ser reamplificada en diversos puntos a lo largo de su recorrido. Los relés fueron los dispositivos que lograron esto. Las señales entrantes débiles seguían siendo lo suficientemente fuertes como para activar el imán de un relé. Cuando esto sucedió, se envió una corriente más fuerte, proporcionada por la fuente, a lo largo del cable telegráfico, que estaba conectado al drenaje del relé. El mecanismo de relé aseguró que el patrón de pulsos que se envían a lo largo del drenaje coincidiera con el patrón de pulsos que encendieron y apagaron la puerta. Es decir, los periodos de tiempo durante los cuales se cerró el interruptor del relé coincidieron con las duraciones de los puntos y guiones que operaban el imán del relé. La capacidad de una compañía de telégrafos para comunicar mensajes a distancias muy largas dependía completamente de los relés que se intercalaban a lo largo de la red de la compañía.

Esta dependencia de los relevos jugó un papel crítico en la guerra corporativa entre compañías de telégrafos competidoras. En 1874, el único relé en uso en la industria del telégrafo era uno electromagnético inventado por Charles Grafton Page; la patente de este dispositivo era propiedad de Western Union. Una decisión judicial inminente iba a impedir que la Compañía de Telégrafos Automáticos utilizara este dispositivo en su propio sistema de telégrafos debido a la infracción de la patente.

The Automatic Telegraph Company resolvió este problema encargando a Thomas Edison que inventara un relé completamente nuevo, uno que evitó la patente de Page al no usar imanes (Josephson, 1961). Edison utilizó un tambor giratorio de tiza para reemplazar el electroimán. Esto se debe a que Edison había descubierto anteriormente que la fricción de un cable que arrastraba a lo largo del tambor cambió cuando la corriente fluía a través del cable. Este cambio en la fricción fue suficiente para ser utilizado como una señal que pudiera manipular la puerta controlando el circuito entre la fuente y el drenaje. El relevo de Edison se llamaba un motograma.

El motograma de Edison es de interés para nosotros cuando se compara con el relevo Page. Por un lado, los dos dispositivos realizaron la misma función; de hecho, el relé de Edison encajaba exactamente en el lugar del repetidor de página:

Primero despegó la sonda Page del instrumento, una multitud intensamente interesada que observaba cada uno de sus movimientos. De uno de sus bolsillos tomó un par de alicates y metió [su propio relevo de motografo] precisamente donde la sonda Page había sido conectada previamente, y tocó la llave. El clic, y fue un sonido alegre, se podía escuchar por toda la habitación. Había un coro general de sorpresa. “¡Lo tiene! ¡Lo tiene! ' (Josephson, 1961, p. 118)

Por otro lado, los principios físicos que rigen los dos relevos fueron completamente diferentes. El componente clave de uno era un electroimán, mientras que la parte crítica del otro era un tambor giratorio de tiza. Es decir, los dos relevadores eran funcionalmente idénticos, pero físicamente diferentes. Como resultado, si se describiera el propósito, rol o función de cada relevo, entonces se daría la misma cuenta al relevo de Page y al motografo de Edison. No obstante, si se describieran los principios físicos que cumplieron esta función, la cuenta del relevo Page sería radicalmente diferente de la cuenta del motografo de Edison, tan diferente, de hecho, que la misma patente no se aplicaba a ambos. Realización múltiple es el término utilizado para reconocer que diferentes mecanismos físicos pueden dar vida a funciones idénticas.

La historia de los avances en las comunicaciones y la tecnología informática se puede describir en términos de evolucionar múltiples realizaciones de relés e interruptores. Los relés electromagnéticos fueron reemplazados por tubos de vacío, que podrían usarse para encender y apagar rápidamente las corrientes y para amplificar señales débiles (Reid, 2001). Los tubos de vacío fueron reemplazados por transistores construidos a partir de sustancias semiconductoras como el silicio. En última instancia, los transistores se miniaturizaron hasta el punto de que millones podrían grabarse en un solo chip de silicio.

Se podría sugerir que los ejemplos enumerados anteriormente no son tan físicamente diferentes como se pretendía, porque todos son de naturaleza eléctrica. Pero los relés también se pueden implementar de muchas maneras no eléctricas. Por ejemplo, los investigadores de la nanotecnología están explorando diversas formas moleculares para crear puertas lógicas (Collier et al., 1999; Okamoto, Tanaka, & Saito, 2004). De igual manera, Hillis (1998) describió con detalle un relé hidráulico, en el que la fuente y el drenaje involucran una línea de agua de alta presión y un flujo de entrada más débil controla una válvula. Señaló que su relé hidráulico es funcionalmente idéntico a un transistor, y que por lo tanto podría ser utilizado como el bloque de construcción básico para una computadora completamente hidráulica. “Para la mayoría de los propósitos, podemos olvidarnos de la tecnología [realización física]. Esto es maravilloso, porque significa que casi todo lo que decimos de las computadoras será cierto incluso cuando los transistores y los chips de silicio se vuelvan obsoletos” (p. 19).

La realización múltiple es un concepto clave en la ciencia cognitiva, particularmente en la ciencia cognitiva clásica, que es el tema del Capítulo 3. La realización múltiple es en esencia un argumento de que si bien una cuenta arquitectónica de un sistema es crítica, realmente no importa qué sustrato físico sea responsable de dar origen a la arquitectura. Metodológicamente esto es importante, porque significa que la simulación por computadora es una herramienta viable en la ciencia cognitiva. Si el sustrato físico no importa, entonces es razonable emular la arquitectura basada en el cerebro de la cognición humana usando hardware completamente diferente: los chips de silicio de la computadora digital. Teóricamente, la realización múltiple también es importante porque plantea la posibilidad de que los sistemas no biológicos puedan ser inteligentes y conscientes. En un famoso experimento de pensamiento (Pylyshyn, 1980), cada neurona en un cerebro es reemplazada por un chip de silicio que es funcionalmente equivalente a la neurona reemplazada. ¿La persona experimenta algún cambio en la conciencia debido a este cambio en el hardware? La implicación lógica de la realización múltiple es que no se debe experimentar ningún cambio. En efecto, la suposición de que la inteligencia resulta de procesos puramente biológicos o neurológicos en el cerebro humano puede ser simplemente un intento dogmático de hacer que los humanos sean especiales en comparación con animales o máquinas inferiores (Wiener, 1964, p. 31): “Las imágenes operativas, que realizan las funciones de su original, pueden o no puede llevar una semejanza pictórica con ella. Lo hagan o no, pueden sustituir al original en su acción, y esta es una similitud mucho más profunda”.