Sistemas Complejos Una ciencia emergente para la innovación

del siglo XXI Angel Sánchez

Grupo Interdisciplinar de Sistemas Complejos / SIMUMATDepartamento de Matemáticas – Universidad Carlos III

Instituto de Biocomputación y Física de Sistemas Complejos (BIFI)Universidad de Zaragoza

Sistemas complejos 2

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¿Qué son los sistemas complejos? Muchos componentes/agentes en interacción Comportamiento colectivo emergente Ejemplos:

Agua (moléculas vs fases) Proteínas (aminoácidos vs molécula / estructura) Cerebro (neuronas vs inteligencia) Sociedad (personas vs instituciones/normas) Biosfera (especies vs ecosistema)

Frontera entre ciencias o disciplinas

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Santa Fe Institute for Complex Systems“... a private, non-profit, multidisciplinary research and education center ... transcending the usual boundaries of science to explore the frontiers of knowledge”

Global Systems • Robustness • Markets • Communication • Scaling Laws • Human

Language • Theory • Social Dynamics • Human

Behavior • Network Dynamics • Cognitive Neuroscience •

Biological Computation • Adaptive Computation

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Complex Materials and Fundamental Physics Computing and Supercomputing Complex Networks and Society Physics of Biological Systems Protein-Ligand Interaction Protein-Protein Interaction And Electron Transfer Protein Folding and Stability Molecular Biology and Crystallography

Instituto de Biocomputación y Física de Sistemas Complejos

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Programas de financiación Programa NEST VI PM (ERC en VII PM)

Iniciativa “Tackling Complexity”Acción de coordinación GIACSRed de Excelencia ONCE-CS (antes

Exystence) ERA-NET sobre Complejidad Plan Nacional de Matemáticas

Matemática Aplicada Dinámica no lineal, caos y complejidad

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Plan Nacional de Investigación, 2004-2007Vol. II, Áreas Prioritarias, p. 201

Programas de financiación

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Fundamentos

Mecánica Estadística (Boltzmann, Gibbs, 1900) Ciencia No Lineal

Caos (Lorenz, 1963)Estructuras Coherentes (Fermi, Pasta y Ulam, 1955)Patrones (Bénard, 1900; Belusov, 1951; Winfree,

1967)Dinámica evolutiva (Maynard-Smith, 1974)

Computación (1990)

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Ciencia interdisciplinar

FísicaFísica Estadística y No LinealNanotecnología, computación cuántica, astronomía,

…

J. Muñoz, R. Cuerno y M. Castro (2006)

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Ciencia interdisciplinar

EconomíaMicro vs macro, mercados

financieros, gestión, …

E. Moro (2006) P. Richmond, Dublin (2006)

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A. Arenas, Tarragona (2002)

Ciencia interdisciplinar

SociologíaNormas e instituciones, dinámica cultural,

cooperación,…

M. San Miguel, Palma de Mallorca (2005)

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Ciencia interdisciplinar

Biología Ecología, sistema inmunológico, redes genéticas,

biofilms, …

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Ciencia interdisciplinar

BiologíaEcología, sistema inmunológico, redes

genéticas, biofilms, …

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Innovación entre la Ciencia y la Ingeniería Aproximación bottom-up Sistemas robustos auto-organizados Control de sistemas complejos

Internet Software basado en agentes Diseño de organizaciones Riesgos: spam, SIDA/SARS/Gripe aviar Nuevos medicamentos / terapias génicas

Base de nuevas tecnologías (TIC, transporte, …) ¿Un cambio de paradigma?

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Matemáticas Teoría de grafos (Redes complejas) Procesos estocásticos y estadística (Desorden,

ruido) Análisis funcional (Transiciones de fase) Teoría de control y teoría de la señal Dinámica evolutiva y teoría de juegos Un “análisis discreto” Nuevas técnicas de simulación (Agentes, OOP) Complejidad computacional Data mining, análisis de datos

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A modo de conclusión

La ciencia de la Complejidad está aquí para quedarse

Concepto clave: Emergencia Involucra muchas ciencias, pero su

base última es una combinación de Matemáticas y Computación

Exige trabajar y pensar en la frontera Clave para la I+D+i del futuro

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