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Oppenheim el ortodoxo
En el otoño de 1998, Yonina Eldar, PhD '02, era una estudiante graduada de 25 años en el Laboratorio de Investigación de Electrónica del MIT, que se reunió con su asesor, Alan Oppenheim '59, SM '61, ScD '64, para una discusión sobre el tema de su tesis. Eldar había estudiado física como estudiante, pero en los tres años intermedios obtuvo una maestría en procesamiento de señales, se unió a una empresa emergente que comercializa tecnología inalámbrica y se convirtió en madre. Estaba muy alejado de la física cuando vine a hablar con él, dice Eldar, ahora profesor de ingeniería eléctrica en el Technion en Israel y profesor invitado en Stanford.
Eldar esperaba que Oppenheim, quien ha dirigido el Grupo de Procesamiento de Señales Digitales del MIT desde mediados de la década de 1960, siguiera la práctica de la mayoría de los asesores de tesis y le presentara algunos de los problemas sin resolver en su campo antes de enviarla a casa para leer artículos que la ayudarían. concentrarse en uno de ellos. Pero eso no es lo que pasó.
De inmediato me dijo: 'Entonces, creo que sería bueno usar la mecánica cuántica en el procesamiento de señales', dice. Y yo me quedé mirándolo. Después de dominarme, dije: 'Claro, eso podría ser interesante. ¿Qué tenías en mente? 'Y me miró y dijo:' No tengo ni idea. ¿Por qué no vas a averiguarlo? '
Es un lugar común que las ideas innovadoras a menudo son el resultado de un pensamiento poco ortodoxo, pero pocos científicos intentan cultivar la heterodoxia con el celo que hace Oppenheim. La experiencia de Eldar no es atípica: Kevin Cuomo, por ejemplo, un graduado en 1993 del grupo de Oppenheim, escribió una tesis inspirada en la teoría del caos, una rama de las matemáticas más típicamente asociada con los sistemas meteorológicos que con el procesamiento de señales; Tom Baran, un estudiante de posgrado actual, está trazando analogías entre el procesamiento de señales y la termodinámica. Otros estudiantes han descubierto implicaciones para el procesamiento de señales en la geometría fractal y la física de los solitones (crestas de ondas que mantienen su forma mientras viajan largas distancias a una velocidad fija). Pero si bien las disertaciones de los estudiantes de Oppenheim pueden ser especulativas en sus orígenes, sus resultados son muy concretos: hasta ahora, han llevado a la presentación de 19 patentes, incluida una para el trabajo de Cuomo y cuatro para Eldar.
Los ejemplos más intuitivos de procesamiento de señales involucran señales de comunicación, como llamadas telefónicas, transmisiones de radio o transmisión de videos a través de Internet. El procesamiento puede significar filtrar el ruido de una llamada, separar la voz de un DJ de la onda electromagnética que la codifica o comprimir los datos de video para que ocupen menos ancho de banda. Pero muchos otros tipos de información también pueden considerarse señales. El promedio industrial Dow Jones, por ejemplo, es una señal que transmite información sobre la economía de Estados Unidos; el Wall Street Journal El promedio móvil de 30 días de Dow es una especie de procesador de señales que filtra parte del ruido de las fluctuaciones diarias. Una imagen digital también podría considerarse una señal: el color y el brillo de los píxeles sucesivos son como las frecuencias sucesivas de una transmisión de radio, y las técnicas de procesamiento de señales pueden agudizar una imagen o ayudar a identificar los objetos que contiene.
La gran variedad de señales, y de las formas de procesarlas, le da a Oppenheim la confianza de que no importa cuán lejos los lleven las exploraciones intelectuales de sus estudiantes, eventualmente encontrarán el camino de regreso a algún problema práctico. Así que los empuja a que se extiendan más lejos. Estar un poco asustado es bueno, dice. Si no trabaja al borde de su zona de confort, su zona de confort se encogerá.
Eldar reconoce que la amplitud de las preguntas que Oppenheim les plantea a sus alumnos podría ser desalentadora. Pero sabes que él ha hecho esto un millón de veces antes, dice, por lo que en realidad es motivador, aunque realmente no tienes idea de lo que estás buscando. Baran está de acuerdo. No es que nadie esté realmente preocupado por si van a tener una tesis o no, dice. Al tiene una habilidad asombrosa para ver cómo muchas de estas ideas se integran juntas.
El nacimiento del procesamiento de señales digitales
La primera tesis poco convencional que Oppenheim llevó a cabo fue la suya. Hoy en día, la mayor parte del procesamiento de señales se realiza sobre la marcha mediante chips de computadora, pero eso no era cierto cuando Oppenheim era un estudiante de posgrado a principios de la década de 1960. En ese momento, los ingenieros eléctricos probarían nuevos algoritmos de procesamiento de señales en computadoras, pero los algoritmos podrían tardar horas o incluso días en ejecutarse. Una vez que un algoritmo había demostrado su eficacia en las simulaciones, tenía que conectarse a un circuito analógico antes de que pudiera utilizarse.
Pero el joven Oppenheim estaba convencido de que la tecnología informática mejoraría hasta el punto de poder seguir el ritmo de las señales en tiempo real. Mirando hacia atrás, no puedo decidir si fue la ingenuidad de un niño que piensa que si sigue agitando los brazos, eventualmente volará, dice Oppenheim. Pero no tenía ninguna duda de que algún día la tecnología lo haría posible.
Para su tesis, Oppenheim describió un enfoque del procesamiento de señales que era totalmente impráctico con circuitos analógicos. Después de graduarse, se unió a la facultad del MIT, pero pronto se ausentó para hacer simulaciones de procesamiento de señales en Lincoln Lab. Las grandes computadoras que ejecutaban esas simulaciones eran efectivamente procesadores de señales digitales; simplemente estaban procesando muy lentamente, en datos almacenados en lugar de señales en vivo. Cuando Oppenheim regresó a la docencia, ofreció el primer curso del Instituto sobre procesamiento de señales digitales y, la primavera siguiente, con la ayuda de Ronald Schafer de Bell Labs, comenzó a organizar sus notas en el primer libro de texto del campo, que se publicó en 1975 y está todavía se utiliza mucho en la actualidad.
Al describir el estilo de investigación de su grupo, a Oppenheim le gusta la metáfora. ¿Sabes lo inteligente que es una bola de boliche? le gusta preguntar. Una bola de boliche colocada en la cima de una colina, explica, encontrará el camino de menor energía hasta el fondo, pero para calcular el mismo camino, un humano tendría que resolver un complicado conjunto de ecuaciones diferenciales. Oppenheim cree que la naturaleza puede sugerir formas altamente eficientes de resolver problemas complicados, y buscar inspiración en la naturaleza es uno de los temas que unifican las diversas investigaciones de su grupo.
La disertación de Eldar es un ejemplo de ello. Las partículas extremadamente pequeñas —el ámbito de la física cuántica— pueden describirse mediante una serie de propiedades. Algunos pueden entenderse intuitivamente, como posición y energía; otros son más esotéricos, como el giro y la carga de color. Pero uno de los principios centrales de la física cuántica, el principio de incertidumbre de Heisenberg, sostiene que medir cualquiera de esas propiedades hace que una de las otras sea incognoscible. La adquisición de información sobre una propiedad destruye la información sobre otra.
Oppenheim y Eldar vieron una analogía en el caso de una señal tan corrompida por el ruido que recuperar toda la información que contenía originalmente es imposible. La física cuántica les proporcionó una nueva forma de pensar sobre la realización de mediciones en la señal, con el fin de extraer información de alto valor.
Otro de los lemas de Oppenheim es que uno más uno puede ser igual a tres: es decir, la mejor solución a un problema puede no solo ser contradictoria sino aparentemente idiota. En algunos entornos académicos, dice Oppenheim, proponer una idea poco convencional provocará una burla inmediata. No me va bien en ese tipo de atmósfera, dice. Me callo y pierdo la capacidad de pensar con rapidez. Pero en otros entornos, dice, si deja sin pensar que uno y uno son tres, sus colegas lo ayudarán a darle sentido a la proposición de una manera que, en última instancia, le brinde una nueva perspectiva a un problema obsoleto. Ese es el tipo de entorno, dice Oppenheim, que intenta fomentar en las reuniones de su grupo.
En las reuniones de grupo semanales, no hay agenda, dice Cuomo, quien después de 20 años en MIT Lincoln Lab es ahora ingeniero en Photonic Systems en Billerica, Massachusetts. Simplemente entra, y lo que sea que esté en la mente de alguien, lo discutes. Se siente como un esfuerzo de equipo de una manera que otros grupos de investigación no lo hacen. Baran agrega: Aprendes muy rápido que ninguna idea es una mala idea.
Maestro del maestro
No todo el mundo tiene el lujo de adoptar el enfoque despreocupado de Oppenheim, señala Jim Preisig, un científico de la Institución Oceanográfica Woods Hole que se graduó del grupo de Oppenheim en 1992. Tendría subvenciones que le daban mucho margen de maniobra exactamente en los problemas que estábamos resolviendo. Preisig dice. Y se necesita alguien de su estatura para poder hacer eso. Pero para Eldar, esa es una razón más para valorar haber estudiado con Oppenheim. Una vez que estás en tu trayectoria profesional y estás tratando de construir un laboratorio, formar un grupo, no puedes quedarte ahí sentado durante tres años y decir: 'Oye, voy a ver cómo se aplica la teoría de cuerdas a esto'. problema '', dice ella. Entonces, tener esos años es, creo, algo realmente precioso.
Lo sepa o no, Eldar se hace eco de los consejos que Oppenheim recibió de su propio asesor de tesis, Amar Bose '51, SM '52, ScD '56, fundador de Bose Corporation y profesor del MIT durante más de 40 años. Oppenheim dice que cuando estaba escribiendo su tesis doctoral, tuvo problemas para interesar a los profesores en su enfoque aparentemente poco práctico del procesamiento de señales. Estaba considerando abandonar el proyecto. Bose había accedido a asesorar a Oppenheim debido a su relación personal, aunque el tema de la tesis estaba algo fuera de su área de especialización. Él dijo: '¿Estás emocionado por eso? ¿Crees en eso? ”, Recuerda Oppenheim. Luego dijo: 'Esta es probablemente la última vez en su vida que podrá responder a una pregunta solo porque es interesante. Si crees en ello, deberías hacerlo '.
Otra cosa que Oppenheim dice que aprendió de Bose fue apreciar hasta dónde podía llegar su influencia como maestro. Lo maravilloso de la enseñanza es que impacta a una generación, ellos se van y se convierten en maestros e impactan a una generación, y así sucesivamente, dice.
En 1988, Oppenheim ganó el premio educativo más alto del IEEE, que fue presentado en una ceremonia presidida por James Kaiser, SM ‘54, ScD ‘59, a la que asistieron más de mil personas. Antes de presentar a Oppenheim, Kaiser preguntó cuántos miembros de la audiencia habían sido estudiantes en su grupo de investigación. Cerca de una docena de personas se pusieron de pie. Entonces Kaiser preguntó a quién había aconsejado uno de los estudiantes de Oppenheim. Un grupo más grande se puso de pie. Entonces Kaiser le pidió a cualquiera que hubiera tomado una de las clases de Oppenheim que se pusiera de pie, luego a una de las clases de sus estudiantes, luego a cualquiera que hubiera leído el libro de Oppenheim. Al final, casi todos en la sala estaban de pie.