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 Weizmann de Ciencias . [2] Con reputación internacional, hizo contribuciones a muchas disciplinas científicas, [3] estableciendo en cada una una agenda de investigación a largo plazo al plantear una pregunta básica y ofrecer un primer paso para responderla, incluido cómo informatizar el proceso de descubrimiento científico. , al proporcionar una interpretación algorítmica de la metodología de conjeturas y refutaciones de Karl Popper ; [4] [5] [6] cómo automatizar la depuración de programas , mediante algoritmos para la localización de fallos; [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 utilizar el metaverso como base para las redes sociales; [11] cómo diseñar computadoras moleculares que puedan funcionar como drogas inteligentes programables; [12] [13] [14] cómo descubrir el árbol del linaje de células humanas, mediante genómica unicelular; [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 Ba Rock Band [23] y fundador del partido político israelí "Democratit". [24] Ha ganado dos becas avanzadas del ERC ( Consejo Europeo de Investigación ). [25] [26]
Nacido en Jerusalén en 1955, Shapiro conoció 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 necesaria ] En 1979, Shapiro completó sus estudios universitarios en matemáticas y filosofía en la Universidad de Tel Aviv . [ cita necesaria ] El trabajo de doctorado de Shapiro con Dana Angluin en informática en la Universidad de Yale intentó proporcionar una interpretación algorítmica del enfoque filosófico de Popper hacia 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 de programas algorítmicos ", [7] fue publicada por MIT Press como una Disertación Distinguida ACM de 1982, seguida en 1986 por "The Art of Prolog", un libro de texto en coautoría con Leon Sterling. [27]
Tras trasladarse al Departamento de Ciencias de la Computación y Matemáticas Aplicadas del Instituto Weizmann de Ciencias en 1982 como becario postdoctoral, Shapiro 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. , denominado Prólogo concurrente . [9] MIT Press publicó en 1987 un libro de dos volúmenes sobre Concurrent Prolog y trabajos relacionados.
En 1993, Shapiro se ausentó de su puesto permanente en Weizmann para fundar Ubique Ltd. (y actuar como su director ejecutivo), una de las primeras empresas israelíes de software de Internet. Sobre la base de Concurrent Prolog, Ubique desarrolló "Virtual Places", un metaverso 2D y software de redes sociales que incluía mensajería instantánea, salas de chat, navegación colaborativa, eventos y juegos en línea y voz sobre IP. Ubique se vendió a America Online en 1995 y, tras una compra por parte de la dirección en 1997, se vendió nuevamente a IBM en 1998. [28]
Shapiro intentó construir una computadora a partir de moléculas biológicas, guiado por la visión de " Un médico en una célula ": una computadora biomolecular que opera dentro del cuerpo vivo, programada con conocimiento médico 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 similar a LEGO construido usando estereolitografía 3D , que fue patentado a su regreso a Weizmann en 1998. Durante 1999-2016, el laboratorio de Shapiro diseñó e implementó varios Dispositivos de computación molecular. [12] [13] [29] [30] [31] [32] [33]
En 2011, Shapiro diseñó un método eficaz para sintetizar moléculas de ADN sin errores a partir de componentes básicos propensos a errores [34] y fundó el consorcio CADMAD (Diseño y fabricación de bibliotecas de ADN asistidos por computadora): [35]
En 2005, Shapiro presentó una visión del próximo gran desafío en biología humana: descubrir el árbol del linaje de las células humanas . [15] La historia de cómo el cuerpo humano crece desde una sola célula (el óvulo fertilizado ) hasta 100 billones de células es capturada por el árbol del linaje celular. En su charla TEDxTel-Aviv "Descubriendo el árbol del linaje de células humanas: el próximo gran desafío científico" [36] Shapiro describió el sistema y los resultados obtenidos con él hasta ahora, y una propuesta para un proyecto emblemático de FET "Iniciativa emblemática del linaje de células humanas". [37] por descubrir el árbol del linaje de las células humanas en la salud y la enfermedad. El proyecto internacional Human Cell Atlas, iniciado por el ex doctor de Shapiro. El estudiante Aviv Regev, tiene como objetivo abordar la cuestión precursora de describir todos los tipos de células del cuerpo humano.
Popper sugirió que todas las teorías científicas son por naturaleza conjeturas e inherentemente falibles, y que la refutación de las viejas teorías es el proceso primordial del descubrimiento científico. [38] Los estudios doctorales de Shapiro con Angluin intentaron proporcionar una interpretación algorítmica al enfoque de Popper hacia 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 rastreo de contradicciones", un algoritmo para rastrear contradicciones. [5] Este algoritmo es aplicable siempre que se produzca una contradicción entre alguna teoría conjeturada y los hechos. Al probar la veracidad de un número finito de átomos fundamentales en el modelo, el algoritmo puede rastrear una fuente de esta contradicción, es decir, una hipótesis falsa, y puede demostrar su falsedad proporcionando un contraejemplo.
Shapiro sentó las bases teóricas para la programación lógica inductiva y construyó su primera implementación (Model Inference System): un programa Prolog que infería inductivamente 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 programación lógica, aprendizaje y probabilidad, ha dado lugar al nuevo campo del aprendizaje relacional estadístico .
La depuración algorítmica fue desarrollada por primera vez por Shapiro durante su investigación doctoral en la Universidad de Yale, como lo presentó en su tesis doctoral, [39] seleccionada como Disertación Distinguida ACM de 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 simples y verdaderas) y los errores se manifiestan como programas incompletos (incapacidad de probar una afirmación verdadera) o incorrectos (capacidad de probar una afirmación falsa). El algoritmo identificaría una afirmación falsa en el programa y le proporcionaría un contraejemplo o una afirmación verdadera faltante que esa afirmación o su generalización deberían agregarse al programa. También se desarrolló un método para gestionar la no rescisión . Desde entonces, el enfoque de depuración algorítmica se ha ampliado y aplicado a muchos lenguajes de programación. [41] [42]
El proyecto de Sistemas Informáticos de Quinta Generación (FGCS) fue una iniciativa del Ministerio de Industria y Comercio Internacional de Japón, iniciada en 1982, para crear una computadora que utilizara computación /procesamiento masivamente paralelo. Sería el resultado de un enorme proyecto de investigación gubernamental/industrial en Japón durante la década de 1980. Su objetivo era crear una "computadora que hiciera época" con un rendimiento similar al de una supercomputadora 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 programación lógica y programación concurrente. Concurrent Prolog es un lenguaje de programación lógica diseñado para programación concurrente y ejecución paralela. Es un lenguaje orientado a procesos , que incorpora la sincronización del flujo de datos y la indeterminación del comando protegido como sus mecanismos de control básicos.
Shapiro describió el lenguaje en un Informe marcado como Informe Técnico ICOT 003, [44] que presentaba un intérprete de Prolog Concurrente escrito en Prolog. El trabajo de Shapiro en Concurrent Prolog inspiró un cambio en la dirección del FGCS de centrarse en la implementación paralela de Prolog a centrarse en la programación lógica concurrente como base de software para el proyecto. También inspiró el lenguaje de programación de 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 central.
En 1993, Shapiro tomó una licencia del Instituto Weizmann para fundar y desempeñarse como director ejecutivo de Ubique Ltd., una nueva empresa israelí de software de Internet. Ubique desarrolló uno de los primeros metaversos 2D y 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 compañía, Virtual Places 1.0, se desarrolló sobre estaciones de trabajo basadas en Unix y se anunció el mismo día en que Netscape Communications anunció sus productos de navegador y servidor. Virtual Places 2.0 se basó en Windows 95 y PC. Ubique fue vendido a America Online en 1995 por 14,5 millones de dólares, [46] recomprado por su dirección en 1997 [ cita necesaria ] y vendido nuevamente a IBM en 1998, donde la tecnología de Ubique fue la base del producto de mensajería instantánea SameTime de IBM .
En un artículo publicado en 2002 en la revista Nature "Abstracciones celulares: células como computación" [47] Shapiro con su Ph.D. El estudiante Aviv Regev planteó 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 tridimensional etiquetado', respectivamente. Creían que la informática podría proporcionar la tan necesaria abstracción para los sistemas biomoleculares. Juntos, Regev y Shapiro utilizaron conceptos informáticos avanzados para investigar la abstracción de "molécula como computación", en la que un sistema de entidades moleculares que interactúan se describe y modela mediante un sistema de entidades computacionales que interactúan. Desarrolló lenguajes informáticos abstractos para la especificación y el estudio de sistemas de cálculos interactivos, con el fin de representar sistemas biomoleculares, incluidas vías regulatorias, metabólicas y de señalización, así como procesos multicelulares como las respuestas inmunes. [48] [49]
El trabajo (que inicialmente utilizó el cálculo π , un cálculo de proceso ) fue posteriormente asumido 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 gran variedad de aplicaciones. Más recientemente, el campo incluso evolucionó hasta convertirse en 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 las moléculas de ADN) pueden, en principio, implementar cualquier comportamiento que pueda expresarse matemáticamente mediante El formalismo utilizado. [51]
Combinando la informática y la biología molecular, los investigadores han podido trabajar en una computadora biológica programable que en el futuro podrá navegar dentro del cuerpo humano, diagnosticando enfermedades y administrando tratamientos. Esto es lo que Shapiro denominó un "médico en una celda". Su grupo diseñó una computadora a escala molecular hecha enteramente de moléculas biológicas que realizó un modelo matemático de computadora programable denominado autómata finito , [49] que utilizaba su molécula de entrada de ADN como combustible. [49] La computadora molecular también fue reconocida en 2003 como un récord mundial Guinness por el dispositivo de computación molecular más pequeño. [52] Luego, la computadora molecular se amplió 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. caso que así sea. Luego, la computadora pudo diagnosticar el tipo específico de cáncer y reaccionar produciendo una molécula de fármaco que interfirió 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 Ph.D. El estudiante Tom Ran presentó el prototipo de un sistema molecular autónomo programable, basado en la manipulación de hebras 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 inmenso potencial para apuntar con precisión a tipos de células específicas y administrar el tratamiento adecuado, ya que puede realizar millones de cálculos al mismo tiempo y "pensar" de forma lógica.
El equipo de Shapiro pretendía hacer que estos ordenadores realizaran acciones muy complejas y respondieran preguntas complicadas, siguiendo un modelo lógico propuesto por primera vez por Aristóteles hace más de 2.000 años. El equipo también ha encontrado una manera de hacer que estos dispositivos informáticos microscópicos sean " 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 un código informático de ADN. Buscaban desarrollar un sistema híbrido in silico / in vitro que apoyara la creación y ejecución de programas de lógica molecular de manera similar a las computadoras electrónicas, permitiendo a cualquier persona que sepa operar una computadora electrónica, sin ningún conocimiento en biología molecular , operar una computadora biomolecular.
En 2012, Shapiro, Tom Ran y sus estudiantes lograron crear un dispositivo genético que funciona de forma independiente en células bacterianas . [55] El dispositivo ha sido programado para identificar ciertos parámetros y montar una respuesta adecuada. 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 de seguimiento, Benenson y su equipo produjeron una computadora molecular que cura cierto tipo de cáncer en ratones, [56] con el objetivo de producir un medicamento contra el cáncer basado en este método. [57]
Shapiro diseñó un método eficaz para sintetizar moléculas de ADN sin errores a partir de componentes básicos propensos a errores. [58] La programación del ADN es la contraparte del ADN de la programación informática. El ciclo básico de programación de computadoras 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 logre el objetivo (que es comprender el comportamiento o mejorarlo). [59]
Shapiro fundó el consorcio CADMAD, cuyo objetivo era ofrecer una revolución en el procesamiento de ADN análoga a la revolución que experimentó la edición de textos con la introducción de los editores de texto electrónicos. Este objetivo finalmente lo lograron otros y con una tecnología diferente: la edición de genes CRISPR . [35]
En 2005, Shapiro y sus estudiantes presentaron una visión del próximo gran desafío en biología humana: descubrir el árbol del linaje de células humanas . Dentro de cada persona hay un árbol de linaje celular .
El desafío de descubrir el árbol del linaje de las células humanas recuerda, tanto en naturaleza como en alcance, al desafío que enfrentó el Proyecto Genoma Humano en sus inicios y, de hecho, sus resultados contribuirán decisivamente a la traducción funcional y la comprensión final del árbol del linaje de las células humanas. secuencia del genoma . Se requiere un salto tecnológico de una magnitud similar al que ocurrió durante el Proyecto Genoma Humano para el éxito del proyecto del linaje de células humanas, 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 de células humanas: el próximo gran desafío científico" [36] Shapiro describió el sistema y los resultados obtenidos con él hasta ahora, y una propuesta para un proyecto emblemático de FET "Iniciativa emblemática del linaje de células humanas". [37] por descubrir el árbol del linaje de las células humanas en la salud y la enfermedad. El objetivo del proyecto Human Cell Atlas lanzado en 2016 por el ex doctor de Shapiro. El estudiante Aviv Regev y sus colegas, es identificar los tipos de células en el cuerpo humano. Es un precursor necesario para identificar el árbol del linaje de células humanas.
Internet ha revolucionado casi todos los ámbitos del esfuerzo humano, pero no la democracia. Desconcertado por esta singularidad, Shapiro se dispuso a explorar cómo podría tener lugar una revolución de la democracia en Internet. Consultando un documento fundacional de la democracia moderna, la Declaración francesa de los Derechos del Hombre y del Ciudadano de 1789 , Shapiro destiló de ella los valores que cualquier democracia digital debería defender, [18] siendo la igualdad lo primero y lo más importante.
Posteriormente, Shapiro y su equipo en Weizmann abordaron las muchas dimensiones de la igualdad en la democracia digital: Igualdad en la votación, a través de Sybil-Resilient Social Choice [ref], cuyo objetivo es defender el voto democrático a pesar de la penetración de sybils (identidades falsas y duplicadas) [60 ] en una comunidad digital; igualdad al proponer; [61] igualdad en la deliberación y formación de coaliciones; [62] [63] igualdad en la formación de la constitución; [64] e igualdad en la bifurcación comunitaria. [sesenta y cinco]
La igualdad en la gobernanza de una comunidad digital es significativa sólo que también se aplica a la plataforma en la que opera la comunidad. El ámbito digital está dominado hoy en día por dos tipos de plataformas: servidor autocrático /basado en la nube (por ejemplo, Facebook ) y plutocrático basado en prueba de trabajo/basado en 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] Informalmente, un sistema distribuido es de base si puede tener instancias autónomas e implementadas de forma independiente (geográficamente y a lo largo del tiempo) que puedan interoperar una vez interconectadas. Un ejemplo sería una red social sin servidores basada en teléfonos inteligentes que soporta múltiples comunidades en ciernes independientes que se fusionan cuando un miembro de una comunidad se convierte también 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 y la manipulación de terceros. o extracción de valor (por ejemplo, mediante plataformas digitales globales como Facebook o Bitcoin).
Shapiro inició en 2012 y dirigió el proyecto "partido abierto" (más tarde "comunidad abierta") dentro del Taller de Conocimiento Público, cuyo objetivo era proporcionar las bases para el funcionamiento de un partido electrónico que propugna la democracia directa a través de Internet [ref en la fuente]. Amplió aún más sus conceptos de democracia electrónica en su conferencia del WEF de 2016 y en su artículo de opinión del Financial Times. En 2020 fundó el partido político Demócrata: libertad, igualdad y fraternidad. [24]