Sistemas Complejos Una ciencia emergente para la innovación del siglo XXI Angel Sánchez Grupo Interdisciplinar de Sistemas Complejos / SIMUMAT Departamento de Matemáticas – Universidad Carlos III Instituto de Biocomputación y Física de Sistemas Complejos (BIFI) Universidad de Zaragoza

Sistemas complejos 2 ¿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

Sistemas complejos 3 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

Sistemas complejos 4  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

Sistemas complejos 5 Programas de financiación  Programa NEST VI PM (ERC en VII PM)  Iniciativa “Tackling Complexity”  Acción de coordinación GIACS  Red de Excelencia ONCE-CS (antes Exystence)  ERA-NET sobre Complejidad  Plan Nacional de Matemáticas  Matemática Aplicada  Dinámica no lineal, caos y complejidad

Sistemas complejos 6 Plan Nacional de Investigación, Vol. II, Áreas Prioritarias, p. 201 Programas de financiación

Sistemas complejos 7 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)

Sistemas complejos 8 Ciencia interdisciplinar  Física  Física Estadística y No Lineal  Nanotecnología, computación cuántica, astronomía,… J. Muñoz, R. Cuerno y M. Castro (2006)

Sistemas complejos 9 Ciencia interdisciplinar  Economía  Micro vs macro, mercados financieros, gestión, … E. Moro (2006)P. Richmond, Dublin (2006)

Sistemas complejos 10 A. Arenas, Tarragona (2002) Ciencia interdisciplinar  Sociología  Normas e instituciones, dinámica cultural, cooperación,… M. San Miguel, Palma de Mallorca (2005)

Sistemas complejos 11 Ciencia interdisciplinar  Biología  Ecología, sistema inmunológico, redes genéticas, biofilms, …

Sistemas complejos 12 Ciencia interdisciplinar  Biología  Ecología, sistema inmunológico, redes genéticas, biofilms, …

Sistemas complejos 13 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?

Sistemas complejos 14 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

Sistemas complejos 15 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

Sistemas Complejos Una ciencia emergente para la innovación del siglo XXI Angel Sánchez Grupo Interdisciplinar de Sistemas Complejos / SIMUMAT Departamento de Matemáticas – Universidad Carlos III Instituto de Biocomputación y Física de Sistemas Complejos (BIFI) Universidad de Zaragoza