El artículo, titulado « Almacenamiento de iones divalentes y halogenados en una celda simétrica redox-activa para un nexo eficiente entre aguas residuales y energía », presenta un nuevo paradigma para la implementación simultánea del tratamiento de agua y el almacenamiento de energía, abordando así el elevado consumo energético y los altos costos de las tecnologías electroquímicas de tratamiento de agua existentes. En particular, la investigación demuestra que la eficiencia energética puede mejorarse suministrando energía generada durante el proceso de regeneración del electrodo a dispositivos externos, lo que muestra un gran potencial de aplicación en diversas industrias, así como en la vida cotidiana.

▲ Diagrama de la tecnología de tratamiento electroquímico de agua con recuperación de energía, desarrollada por Samsung Research y SKKU

El estudio fue realizado conjuntamente por el equipo Life Solution de Samsung Research (Samsung Electronics) y el equipo de investigación dirigido por el profesor de ingeniería química HoSeok Park en SKKU. Samsung participó en todo el proceso —desde la concepción de la idea hasta el diseño, la implementación y la validación del experimento— contribuyendo sustancialmente a demostrar el potencial de esta tecnología única de tratamiento electroquímico del agua.

▲ (De izquierda a derecha) Los investigadores SungHyeon Ka, HyeRin Park, SangBaek Kim y el profesor HoSeok Park de SKKU, y los investigadores WonJi Jung, JeeYeon Kim y ChangHoon Oh del equipo Life Solution de Samsung Research.

Joule, una revista académica internacional que abarca tecnologías energéticas de vanguardia, fue fundada por Cell Press en 2017 y tiene una gran influencia en fisicoquímica, energía y combustibles, ciencia de los materiales y otros campos científicos. La publicación de este artículo representa un hito para Samsung Research y SKKU.

Superando los límites del tratamiento electroquímico del agua

Las tecnologías electroquímicas de tratamiento de agua se basan en la desionización capacitiva (CDI), donde se aplica voltaje a un electrodo, lo que provoca que los iones presentes en el agua se adsorban en él mediante fuerzas electrostáticas. Esto elimina los iones del agua, purificándola. El método es especialmente eficaz contra los iones de dureza (Ca²⁺, Mg²⁺) que reducen el poder detergente de los agentes de limpieza y provocan la acumulación de incrustaciones.

A diferencia de las tecnologías de tratamiento de agua basadas en membranas, que emplean finas barreras para permitir o bloquear selectivamente el paso de micropartículas líquidas o gaseosas, las tecnologías electroquímicas no utilizan filtros físicos. Por consiguiente, su mantenimiento y reparación son más sencillos, lo que convierte a estas tecnologías en un área de investigación activa.

A pesar de sus ventajas, las tecnologías electroquímicas de tratamiento de agua aún presentan ciertos desafíos. El proceso de regeneración de los electrodos consume energía adicional, y el uso necesario de membranas de intercambio iónico —que permiten selectivamente el paso de iones con una carga eléctrica específica, impidiendo su readsorción— sigue siendo un obstáculo para su comercialización debido al aumento de los costos.

Para superar estas limitaciones, el equipo de Samsung Research-SKKU desarrolló una tecnología electroquímica de tratamiento de agua de última generación que puede aplicarse sin membranas de intercambio iónico. Esta tecnología ofrece bajos costos de componentes, permite la eliminación de grandes volúmenes de iones de dureza y puede suministrar la energía generada en el proceso de regeneración de los electrodos a dispositivos externos, lo que abre la puerta a su potencial como solución multifuncional para el tratamiento de agua.

Un nuevo enfoque para el almacenamiento de iones con un electrodo de última generación

El equipo de investigación utilizó una nanoestructura basada en óxido metálico —un material novedoso en comparación con los electrodos convencionales— para crear su electrodo. En comparación con los diseños convencionales, este electrodo de reciente desarrollo demostró un aumento del 200 % en la capacidad de almacenamiento de iones y una mejora del 20 % en la velocidad de almacenamiento.

Los materiales de electrodo convencionales eliminan los iones mediante fuerzas electrostáticas, lo que requiere costosas membranas de intercambio iónico para evitar la readsorción durante la regeneración del electrodo. El nuevo electrodo, en cambio, permite almacenar iones y desorberlos espontáneamente mediante intercambio electrónico directo, eliminando así la necesidad de una membrana de intercambio iónico.

▲ El mecanismo de almacenamiento de iones del nuevo electrodo

El potencial para evolucionar hacia un sistema energético multifuncional

Para un funcionamiento repetido, las tecnologías existentes de tratamiento electroquímico de agua también requieren la regeneración de los electrodos mediante el suministro de energía adicional. Durante este proceso, una fuga repentina de iones puede provocar una sobrecorriente e invertir la polaridad de los electrodos, lo que imposibilita el aprovechamiento de la energía almacenada.

El electrodo de tratamiento de agua de última generación desarrollado por Samsung Research y SKKU no presenta este problema, ya que la regeneración espontánea del electrodo se logra sin necesidad de alimentación externa. Además, puede recuperar la energía almacenada y suministrarla a dispositivos cercanos. El equipo también descubrió que la potencia requerida para operar un módulo electroquímico de tratamiento de agua con esta tecnología es de 76 Wh/kg, aproximadamente la mitad que la de las tecnologías existentes.

▲ Experimento para verificar el funcionamiento del módulo

Futura expansión a electrodomésticos y soluciones ambientales

Gracias a su innovador electrodo, el módulo electroquímico de tratamiento de agua desarrollado por Samsung Research y SKKU tiene el potencial de funcionar como una unidad multifuncional capaz de tratar el agua y, al mismo tiempo, proporcionar energía de respaldo a diversos electrodomésticos que utilizan agua, como lavavajillas, lavadoras y purificadores de agua. Se espera que desempeñe un papel clave como tecnología innovadora del futuro.

Partiendo de este estudio, Samsung planea fortalecer la colaboración entre la industria y la academia, y ampliar sus esfuerzos de investigación para asegurar las tecnologías clave que definirán el futuro de los sectores ambiental y energético. Mediante estas iniciativas, la compañía busca acelerar el desarrollo de soluciones innovadoras para un futuro más sostenible.

Este consorcio está liderado por la compañía estadounidense de telecomunicaciones Verizon, e incluye empresas clave en los campos de TI y tecnología de las comunicaciones, incluidas Samsung Electronics, Meta, Ericsson, Nokia y Qualcomm.

Las empresas participantes colaborarán para construir y comercializar el ecosistema 6G, incluido el diseño de nuevos casos de uso, dispositivos y tecnologías de red.

Para ello, planeamos

• Descubrir nuevas bandas de espectro y realizar pruebas de ancho de banda,
• Fortalecer la cooperación con organizaciones de estándares globales como 3GPP
• Desarrollar prototipos y realizar pruebas de campo a través del establecimiento de un centro de investigación 6G.

En particular, Samsung Electronics planea realizar investigaciones activas para la era 6G, incluyendo el descubrimiento de nuevas experiencias de usuario y el desarrollo de tecnologías de comunicación relacionadas mediante el uso de tecnologías de comunicación inalámbrica impulsadas por IA.

“Samsung Electronics trabajará en estrecha colaboración con las grandes empresas tecnológicas mundiales para verificar las tecnologías de redes de comunicación e inteligencia artificial que liderarán el futuro de la tecnología inalámbrica y avanzarán hacia la era 6G que brinda experiencias de usuario innovadoras”, afirmó el vicepresidente Jin-Gook Jeong, director del Centro de investigación de comunicaciones de próxima generación en Samsung Research.

Mientras tanto, Samsung Electronics y Verizon introdujeron proactivamente estaciones base virtualizadas en 2020 y lanzaron con éxito servicios comerciales. Gracias a ello, proporcionan servicios de red estables y colaboran en el desarrollo de estaciones base de próxima generación basadas en IA y en la transición a 6G.

Además, Samsung Electronics está operando el Centro de Investigación de Comunicaciones de Próxima Generación bajo Samsung Research para fortalecer la investigación sobre la tecnología de comunicación 6G y la cooperación tecnológica con los operadores móviles.

En las redes de comunicación móvil, la RAN, que conecta los teléfonos móviles con la red central, es un componente crítico que determina la experiencia del usuario en términos de velocidad de transmisión y calidad de la comunicación. Como la RAN representa la mayor parte del consumo energético de toda la red de comunicación, incluida la red central y los centros de datos, la necesidad de tecnología de ahorro de energía es alta.

Samsung está actualmente investigando tecnologías AI-RAN, que integran IA en la RAN. En particular, en el Silicon Valley Future Wireless Summit, celebrado en noviembre pasado, se demostraron tecnologías AI-RAN en colaboración con socios de la industria, demostrando capacidades para mejorar la velocidad de transmisión de datos de las estaciones base (es decir, la cantidad de datos transmitidos exitosamente por una estación base durante un período determinado), la cobertura de comunicación (es decir, el rango geográfico donde están disponibles los servicios de comunicación proporcionados por una estación base) y la eficiencia energética, entre otros.

Un ejemplo es el uso de tecnología de IA para mejorar el rendimiento de la estimación de canales inalámbricos, que determina el estado de las señales entre estaciones base y teléfonos móviles. El resultado mostró que la velocidad de transmisión de datos en el enlace descendente desde la estación base al teléfono móvil y en el enlace ascendente desde el teléfono móvil a la estación base se mejoró significativamente en comparación con la RAN 5G.

Además, se demostró que la eficiencia energética aumentó al aplicar energía de manera adaptativa según la intensidad de las señales transmitidas.

Estas demostraciones pioneras en la industria, presentadas a los operadores de telecomunicaciones con resultados de pruebas de concepto, Proof of Concept (PoC) en inglés, aplicando IA en toda la RAN, han identificado el potencial de la IA para mejorar significativamente el rendimiento de la comunicación, la experiencia del usuario y la eficiencia energética en las futuras redes de comunicación.

“Agradecemos a nuestros socios por colaborar en estas innovadoras tecnologías inalámbricas basadas en IA,” dijo Charlie Zhang, Vicepresidente Senior de Samsung Research America y Head del equipo de Investigación 6G en Samsung Research “Samsung Electronics continuará trabajando con nuestros socios del ecosistema para liderar la innovación que hará realidad la AI-RAN en los próximos años.”

Los líderes de los principales operadores inalámbricos globales quedaron muy satisfechos con los prometedores resultados de la integración de la última tecnología de IA en el diseño de las futuras RAN y apreciaron los esfuerzos de Samsung en liderar los esfuerzos de la industria en la tecnología inalámbrica nativa de IA.

Además, los líderes de los socios globales de Samsung, que también fueron colaboradores de estas demostraciones, estaban emocionados de ser parte del esfuerzo colectivo para liderar el camino hacia una red de próxima generación nativa de IA, y compartieron su visión sobre cómo la IA puede ayudar a moldear el futuro de las comunicaciones inalámbricas.

Las exitosas demostraciones son ampliamente reconocidas como un prometedor punto de partida para la colaboración de la industria con el fin de llevar la tecnología inalámbrica nativa de IA a las futuras redes de acceso por radio. Samsung planea aprovechar el impulso de la innovación y continuar trabajando con socios en el ecosistema a través de asociaciones industriales como AI-RAN Alliance, donde Samsung es miembro fundador, para mejorar la experiencia de los usuarios haciendo realidad la promesa de la IA en la RAN.

Samsung Electronics anunció que exhibirá proyectos innovadores desarrollados a través de su programa C-Lab en VivaTech 2023. El evento más tecnológico y de startups más grande de Europa, tendrá lugar del 14 al 17 de junio en el centro de exposiciones y conferencias Paris Expo Porte de Versailles.

Samsung establecerá un espacio de exhibición de C-Lab en el “K-Startup Hall“ para mostrar un proyecto de C-Lab Inside, un programa de emprendimiento interno para empleados, y cuatro startups fomentadas por C-Lab Outside, un programa para startups externas.

Los proyectos y startups de C-Lab podrán medir la respuesta del mercado global y fortalecer su caso de negocios frente a una gran cantidad de visitantes de VivaTech. También pueden participar en consultas de inversión y cooperación empresarial in situ.

Relumino, una solución de ayuda visual para personas con baja visión, fue seleccionada como un proyecto de C-Lab Inside en 2016 y, desde entonces, ha sido desarrollada y perfeccionada por Samsung Research.

La solución se denomina “Relumino”, que significa “devolver la luz”. Esta innovadora propuesta consta de dos elementos principales: la aplicación para smartphones llamada Relumino, que utiliza la visión residual de las personas con baja visión para mejorar el reconocimiento de objetos mediante el procesamiento de imágenes, y un dispositivo vestible similar a unas gafas conocido como Relumino Glasses.

Habiendo presentado previamente su solución Relumino en MWC 2017 y CES 2018, Samsung presentará Relumino Glasses al mercado global en VivaTech 2023 y demostrará cómo mejoró la experiencia del usuario de la tecnología para brindar mayor comodidad y evitar la fatiga.

Creado en octubre de 2018, C-Lab Outside es un programa de aceleración de startups lanzado para vigorizar el ecosistema de startups en Corea. Las startups inscritas en el programa C-Lab Outside cuentan con espacios de trabajo, tutoría experta de los empleados de Samsung, marketing digital y consultoría financiera. El apoyo adicional incluye asociaciones potenciales con Samsung y oportunidades para participar en exhibiciones de TI como CES, VivaTech y KES (Korea Electronics Show).

Lanzado en diciembre de 2012, C-Lab Inside fomenta las ideas innovadoras de los empleados mientras introduce una cultura corporativa que pone la creatividad en primer plano. El programa apoya el desarrollo de ideas de todas las áreas de negocio. Aprovechando el éxito de la iniciativa C-Lab Inside, C-Lab Outside ha ampliado el apoyo de Samsung para nuevas empresas a startups e innovaciones fuera de la red de Samsung desde 2018.

La empresa ha fomentado un total de 866 startups y proyectos hasta la fecha, incluidos 475 a través de C-Lab Outside y 391 a través de C-Lab Inside.

Hay muchas expectativas en la actualidad puestas en el campo de la robótica, con su inmenso potencial y prometedoras futuras aplicaciones. Sin embargo, en la actualidad existe una gran distancia entre lo que el público espera y lo que los científicos e ingenieros consideran técnicamente factible. El Centro de Inteligencia Artificial de Samsung en Nueva York cuenta con un equipo de investigadores altamente calificados, liderados por el experto en robótica e IA Dr. Daniel D. Lee, que trabaja para reducir esa distancia. Samsung Newsroom habló con el Dr. Lee sobre el trabajo que se realiza en el centro, así como también sobre la capacidad de las instalaciones para fomentar la colaboración en diversas áreas y atraer a los mejores expertos.

Retos para superar

Cuando se le preguntó sobre la prioridad de su centro, Lee explicó que el Centro de IA de Nueva York se centra en “la investigación fundamental sobre la intersección de IA, robótica y neurociencia”. El objetivo del centro es “resolver problemas desafiantes” en esta intersección, y un buen ejemplo es el problema de la manipulación robótica^[1].

En pocas palabras, los robots deben tener muchas más habilidades antes de estar listos para ayudar a los humanos en su vida cotidiana con tareas físicas. El primer paso consiste en dotar a los robots de la inteligencia necesaria para percibir y comprender su entorno. Luego, deben ser capaces de tomar decisiones rápidas en situaciones impredecibles. Finalmente, deben ser diestros y ágiles para realizar las acciones apropiadas. Sin embargo, es imposible para los diseñadores de robots prever cada contingencia que estos encontrarán en sus entornos del mundo real. Por lo tanto, los robots deben poder aprender de la experiencia tal como lo hacen los humanos.

En este momento, los métodos de aprendizaje automático más comunes no son adecuados para enseñar a los robots, ya que requieren enormes cantidades de datos de entrenamiento. Lee explicó que hay varios desafíos que deben abordarse con respecto al aprendizaje automático para la robótica.

“Tratar con el mundo físico es mucho más difícil para la IA que jugar videojuegos o Go”, explicó. “Actualmente estamos desarrollando métodos de aprendizaje de IA que pueden lidiar con la incertidumbre y la diversidad del mundo físico para que sea más frecuente ver a los robots en hogares y lugares de trabajo. Compararía el estado actual con los computadores en la década de 1980, durante la transformación de mainframes a computadoras personales”.

El Centro de Inteligencia Artificial de Nueva York está abordando estos desafíos para proporcionar una experiencia de inteligencia artificial y robótica más rica. Por ejemplo, recientemente ha desarrollado nuevos métodos de IA que pueden enseñar a los robots de manera eficiente utilizando datos limitados. Un método recientemente creado entrena una red neuronal para generar trayectorias de movimiento para un brazo de robot directamente desde las imágenes de una cámara.

Conseguir control sobre la manipulación robótica

Para que los robots lleguen a manejar cosas para las personas, deben aprender a tocar, agarrar y mover una variedad de objetos presentes en el mundo cotidiano. Lee explicó cómo el problema de la manipulación robótica habilidosa es un área de enfoque para el Centro de IA de Nueva York.

Lee comentó que “en la actualidad, las máquinas no pueden igualarse a los humanos y animales en la capacidad para manipular objetos domésticos. Es por eso que estamos investigando cómo se pueden aplicar soluciones basadas en IA para lograr avances en esta área”. Extrapolando aún más, Lee agregó que la manipulación robótica diestra “requiere la capacidad de manejar con precisión y solidez los objetos que exhiben propiedades materiales inciertas”.

“La manipulación es relativamente fácil si los objetos y los entornos se controlan cuidadosamente, como en una fábrica. Pero se vuelve mucho más difícil en entornos desconocidos y desordenados, donde se enfrentan a una gran variedad de objetos”.

A modo de ejemplo, Lee expuso las capacidades que se necesitarían para que un robot sirviera una copa de vino fría en un restaurant. “¿Qué tan pesado es el vidrio y qué tan resbaladizo es debido a la condensación?” Y agregó: “Es imposible modelar completamente todas las características físicas posibles de la copa de vino, por lo que el aprendizaje automático es fundamental en el entrenamiento de robots para manejar las situaciones difíciles”.

Innovación colaborativa

A medida que el sector de la IA se vuelve más sofisticado, se hace cada vez más claro que las soluciones de colaboración son fundamentales para que los investigadores superen los desafíos que enfrentan. En un área tan compleja y multifacética como la manipulación robótica, las contribuciones y colaboraciones de “los mejores y más brillantes del mundo” serán esenciales, comentó Lee. Él destaca el valor de trabajar con otros centros de inteligencia artificial de Samsung e instituciones académicas, y dice que “resolver problemas fundamentales en inteligencia artificial para impactar positivamente a la sociedad requiere recurrir a la capacidad y las habilidades de numerosos expertos a nivel mundial”.

Y agregó: “Los Centros de IA de Samsung solicitan colaboraciones con investigadores que pueden ayudar a abordar estos complejos desafíos. Actualmente contamos con varios docentes de instituciones académicas líderes que colaboran con nosotros en Nueva York”.

Atraer expertos

Lee destacó cuán beneficioso ha sido para su equipo estar ubicado en Nueva York, y dice que “ciertamente, esta ciudad es una de las más grandes y diversas del mundo. Es un imán para la investigación y los expertos en ingeniería de primera categoría”.

Atraer a los mejores es sumamente importante para mantenerse a la vanguardia de los futuros avances de IA; Lee dijo que el centro ha sido afortunado en esta área. “Desde que empezamos las actividades en el centro hemos sido beneficiados de poder atraer y reclutar algunos investigadores sobresalientes.”

“Nuestro equipo está compuesto por científicos e ingenieros expertos que crean teorías y algoritmos innovadores, y desarrollos tecnológicos de vanguardia”, agregó Lee; “también ha sido genial trabajar con ellos para publicar en conferencias y revistas académicas líderes”.

Cómo la robótica podría revolucionar nuestras vidas

Hablando de cómo él imagina que los robots encajarán en la sociedad del futuro, Lee señaló que, en su infancia, algunos le llamaban la atención porque eran lindos y divertidos, pero que la gente tendía a usarlos menos a medida que la novedad desaparecía. Para que las personas vean a los robots como valiosos y relevantes, los nuevos sistemas deben tener suficiente inteligencia para que se vuelvan indispensables en nuestra vida cotidiana.

“Los sistemas robóticos inteligentes tienen el potencial de revolucionar por completo la forma en que las personas realizarán sus actividades en el futuro”, extrapola Lee; “a corto plazo, veremos mejoras modestas en tareas simples en entornos restringidos. Pero los sistemas más completos que puedan manejar una variedad de quehaceres y tareas complejas requerirán más avances de investigación. Los Centros de IA de Samsung están ayudando a generar esos nuevos avances”.

Cuando se le pide que describa su visión definitiva para la inteligencia artificial y la inteligencia robótica, Lee dijo: “Crecí leyendo y viendo historias de ciencia ficción que preveían robots increíbles ayudando a los humanos. Sería genial si algunas de esas visiones  realmente cobrasen vida”.

^[1] La capacidad de los robots de interactuar y mover objetos físicos en diversos entornos.

El Laboratorio de Comprensión de Lenguas liderado por el Dr. Kim acaparó recientemente la atención mundial después de ganar los principales concursos mundiales de comprensión de lectura de máquinas realizados por Microsoft y la Universidad de Washington. Samsung Newsroom visitó Samsung Research AI Center en Seocho-gu, Corea, para entrevistar al Dr. Kim sobre el desempeño de IA en las competiciones de comprensión de lectura de máquinas y un plan futuro de evolución para algoritmos de inteligencia artificial.

– Cuéntenos sobre los concursos MS MARCO y TriviaQA celebrados por Microsoft y la Universidad de Washington, respectivamente, donde su equipo ocupó el primer puesto.
 
– Ha habido muchos concursos mundiales de lectura de máquinas en los que la IA presenta soluciones a un problema. MS MARCO y TriviaQA se encuentran entre los cinco mejores concursos mundiales en comprensión de lectura de máquina. Los algoritmos de inteligencia artificial se prueban para verificar si pueden comprender y analizar preguntas para ofrecer respuestas. Esas pruebas se diseñan haciendo referencia a las consultas de los usuarios de Internet y los resultados de búsqueda.
 
– ¿Cuál cree que fue el factor crítico para sobresalir en las competiciones de inteligencia artificial que requieren niveles tan altos de experiencia técnica?
 
El algoritmo ConZNet desarrollado por el Laboratorio de comprensión de lenguas en Samsung Reseach está mejorando su inteligencia al considerar entornos de usuario reales. El algoritmo toma en cuenta el lenguaje natural, como la forma en que las personas envían consultas y respuestas en Internet. Pudimos ganar esas competencias porque las competiciones MS MARCO y TriviaQA son sobre capacidades de IA en entornos de usuario reales. En verdad, nuestro algoritmo estaba un poco por detrás de otros competidores en las pruebas que requieren una respuesta simple a una pregunta después de analizar un párrafo corto. Pero debido a que tales tecnologías tienen baja relevancia para entornos reales que usan tecnologías de inteligencia artificial, nos estamos centrando en las otras pruebas, como MS MARCO, en el proceso continuo de I + D.
 
– ¿Aplica los algoritmos ganadores a los servicios al cliente en la vida real?
 
Recientemente se realizó un evento Open Lab para presentar los laboratorios de Samsung Research a otros departamentos de Samsung Electronics. En el evento, discutimos en profundidad con los ingenieros de nuestros departamentos de electrodomésticos y de smartphones sobre los algoritmos de inteligencia artificial. Los departamentos que se ocupan de los servicios al cliente también mostraron gran interés en lo que hacemos, porque los servicios de atención al cliente basados en inteligencia artificial, incluidos los chatbots, están surgiendo como un tema candente. Esperamos que las tecnologías desarrolladas en Samsung Research se adopten naturalmente en los productos y servicios de Samsung Electronics.
 

Dr. Kim y los desarrolladores del Laboratorio de Comprensión del Idioma de Samsung Research participando en una reunión de ideación.