Arte, matemáticas, inteligencia artificial y ciencia ciudadana para ‘dar alas’ a viajeros curiosos

Uno de los más destacados poetas persas de la época medieval, llamado Moslih Eddin Saadi, dijo una vez que un viajero que no observa es un pájaro sin alas. Pero en muchas ocasiones, además de fijarnos detenidamente en lo que nos rodea y apreciar su belleza o su grandeza, sentimos la curiosidad de ir más allá y conocer todos los detalles acerca de lo que tenemos delante. Hoy día, como vivimos en la era de la inmediatez, lo queremos además al instante y si puede ser en versión digital, a través de nuestro móvil.

Sin duda, un ejemplo de este afán por comprender el mundo que nos rodea de manera rápida lo encontramos al observar los monumentos y otros bienes de interés cultural. ¿De qué elementos se compone la fachada de la iglesia que acabamos de visitar? ¿A qué estilo arquitectónico pertenece la ermita de mi pueblo?

Fachada del Hospital Real (Granada) analizada con el algoritmo MonuMAI, que identifica elementos y estilo arquitectónicos.

Para dar respuesta a estas cuestiones de forma instantánea, un equipo multidisciplinar formado por expertos del Instituto Andaluz Interuniversitario en Ciencia de Datos e Inteligencia Computacional (DaSCI), del grupo ‘Soft Computing and Intelligent Information Systems (SCI2S)’ de la Universidad de Granada y la Fundación Descubre ha diseñado un sistema informático basado en inteligencia artificial que aúna algoritmos matemáticos y descripciones artísticas para identificar elementos arquitectónicos en monumentos.

El objetivo de este trabajo de investigación recuerda al juego ‘¿Quién es quién?’, sólo que en vez de preguntar y descartar si no coinciden las características que buscamos, aquí se trata de localizar elementos arquitectónicos a partir de la imagen de un monumento que envía una persona con el fin de saber más sobre lo que ha fotografiado. “Es un banco de recursos abierto en el que el algoritmo, diseñado por investigadores y divulgadores científicos, va aprendiendo, mejorando y actualizándose a partir de nuevas fotografías enviadas por cualquier persona desde su teléfono móvil. La participación de la ciudadanía en este proyecto es un pilar esencial porque es quien aporta gran parte de los materiales con el que trabaja el sistema”, explica una de las autoras de este trabajo y directora de la Fundación Descubre, Teresa Cruz.

En este sentido, los expertos han configurado un algoritmo que detecta la existencia de un elemento arquitectónico en una fotografía, como publican en este estudio de la revista Neurocomputing. Primero, hace una lectura general de la imagen y la divide en distintas partes. En cada una de ellas procesa toda la información que contiene y rastrea en busca de objetos conocidos. En caso de detectarlos, señala, procesa e identifica ese dato.

Para entrenarlo, los expertos han mostrado al sistema ejemplos de imágenes supervisadas y cuentan ya con una base de datos formada por unos 4.000 elementos. “Esta cifra va aumentando cada vez que el algoritmo aprende, mejora y se actualiza a partir de nuevas fotografías enviadas por cualquier persona desde su teléfono móvil”, explica a la Fundación Descubre el investigador de la Universidad de Granada Alberto Castillo, investigador del DaSCI y co-autor de estudio.

Equipo multidisciplinar del proyecto MonuMAI.

Además, está programado para ofrecer información sobre el estilo arquitectónico detectado a partir del color, estructura, forma, fondo o textura, al mismo tiempo que aporta datos sobre proporción y simetrías. Lo hace de forma inmediata: procesa una imagen en 0,15 segundos y no pasan dos segundos desde que recopila la información concreta del elemento arquitectónico detectado. “Son fracciones de tiempo muy cortas, pero nuestro interés es reducirlos de modo que los datos descriptivos de la imagen lleguen a su receptor en tiempo real”, asegura Castillo.

Este estudio multidisciplinar es fruto de la combinación de cuatro áreas – matemáticas, arte, inteligencia artificial y colaboración ciudadana- diferentes pero al mismo tiempo complementarias en un sistema como éste. “Éste es ejemplo de un trabajo interdisciplinar donde la inteligencia artificial se pone al servicio de la ciudadanía para valorar mejor aspectos del patrimonio y en este caso concreto de monumentos”, asegura el catedrático de Ciencias de la Computación e Inteligencia Artificial y director del DaSCI, Francisco Herrera.

Además, las matemáticas se relacionan con la inteligencia artificial por partida doble. “Por un lado, da soporte a los algoritmos de reconocimiento visual y a los métodos con los que se trabaja. Al mismo tiempo forman parte de los métodos de razonamiento que permite clasificar los estilos”, matiza Álvaro Martínez Sevilla, investigador del DaSCI y director del proyecto Paseos Matemáticos.

‘Guía’ virtual para todos los públicos

¿Cómo y dónde se puede ver todo lo que sabe ya el algoritmo? Para ello, los autores de este trabajo han desarrollado una aplicación web para teléfonos móviles y una página web denominadas ‘MonuMAI’, acrónimo que unifica las áreas de estudio y trabajo de este sistema: monumentos, matemáticas e inteligencia artificial.

‘MonuMAI’ aporta información detallada acreditada por investigadores de arte y matemáticas andaluces. “Estas características la convierten en la primera app mundial que extrae conocimiento experto y lo ofrece directamente al usuario final. Además, a diferencia de otras app o programas con fines similares, no redirige a otras páginas web que ofrecen contenido explicativo, sino que los datos que presenta son propios”.

Una vez descargada, cualquier persona interesada puede subir una foto propia de un monumento determinado, hecha en ese preciso momento o tomada con anterioridad. De esta forma, participan activa y directamente en este proyecto colaborativo de ciencia ciudadana, diseñado por científicos en los que ellos actúan como ciudadanos-investigadores. Al mismo tiempo, contribuyen a mejorar el sistema porque el algoritmo aprende cada vez más y proporcionan información actualizada con la aportación continua de datos, en este caso imágenes.

Cualquier persona puede subir fotos desde el móvil a la app para conocer los elementos arquitectónicos que forman un monumento.

Todo el contenido se comparte en abierto en una página web donde se accede a las imágenes enviadas por otros usuarios. “Pueden observar los diferentes elementos arquitectónicos a golpe de click, como si se tratara de una biblioteca artística online”, señala el investigador.

Pero ‘MonuMAI’ no se para aquí. El próximo reto de este equipo de trabajo es continuar con la mejora del sistema y otorgarle otras funciones adicionales. En concreto, estudian la posibilidad de trabajar en el diseño de nuevos algoritmos que recomienden la visita de monumentos cercanos del que están solicitando información a través de esta app.

Con esta app, cualquier persona cuenta con alas para descubrir y aprender más sobre arte y patrimonio, así que todo lo que hay que hacer para ‘volar’ es llevar el móvil encima y no dejar atrás ningún monumento sin fotografiar.

Más información en #CienciaDirecta: Diseñan un sistema de inteligencia artificial basado en ciencia ciudadana para reconocer estilos arquitectónicos en monumentos

Versión en inglés: Designing an artificial intelligence system based on citizen science to recognize architectural styles of monuments