El Instituto de Física Interdisciplinar y Sistemas Complejos (IFISC) es un instituto mixto del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) y la Universidad de las Islas Baleares (UIB), ubicado en el campus de la UIB, en Palma de Mallorca. En el recuadro su director Emilio Hernández García.
Creado en 2007, el IFISC se ha consolidado como un centro de referencia internacional en el estudio de los sistemas complejos y como un actor relevante en la definición de nuevas tendencias científicas a escala europea. En 2017 y 2021 recibió la acreditación “Unidad de Excelencia María de Maeztu”, lo que reforzó su posición dentro del ecosistema español de investigación de excelencia y su integración en la alianza SOMMa.
El IFISC desarrolla una investigación marcadamente interdisciplinar y estratégica. Su actividad combina estudios fundamentales en teoría de redes, física estadística y no lineal, procesos estocásticos y fenómenos colectivos, con aplicaciones en ámbitos como la robustez medioambiental y la biodiversidad, el modelado de epidemias y movilidad humana, y el desarrollo de métodos de inteligencia artificial orientados a la transformación digital.
Algunos hitos científicos recientes del IFISC
Inteligencia artificial con dispositivos fotónicos
En el IFISC se han desarrollado sistemas novedosos que permiten implementar técnicas de inteligencia artificial mediante dispositivos fotónicos, como los láseres de semiconductor. Una atención especial se ha dedicado a la llamada computación de reservorio, un método de procesamiento de información inspirado en algunos principios funcionales del cerebro. Esta técnica utiliza una red de elementos interconectados, denominada reservorio, para manejar y analizar datos, y resulta especialmente útil en tareas de reconocimiento de patrones, predicción de tendencias y clasificación de información.
La aportación más destacada del IFISC en este ámbito ha sido el uso de la luz, en lugar de la electricidad, para realizar este tipo de operaciones. En la computación de reservorio fotónico, las señales luminosas interactúan dentro de sistemas formados por láseres y componentes de fibra óptica, lo que permite procesar datos de una forma no convencional y muy eficiente.
Uno de los avances más relevantes logrados por investigadores del IFISC ha sido el diseño e implementación de un reservorio simple basado en un único láser y una fibra óptica. Este sistema ha demostrado una gran eficiencia en tareas complejas, con una arquitectura sencilla y un consumo energético muy reducido. La complejidad que en otras aproximaciones se obtiene mediante un gran número de elementos físicos se consigue aquí a través de sucesivas retroalimentaciones del mismo láser.
Este tipo de computación, capaz de operar a velocidades millones de veces superiores a las del cerebro humano y con una elevada eficiencia energética, resulta especialmente prometedor para aplicaciones que requieren análisis en tiempo real, como los vehículos autónomos o la predicción de mercados. Además, el desarrollo de chips fotónicos para construir reservorios robustos podría contribuir, a medio plazo, a reducir el consumo energético de los centros de datos.
Movilidad urbana y modelos de ciudad
El IFISC ha desarrollado metodologías basadas en datos de telefonía móvil que permiten analizar la movilidad de las personas en entornos urbanos, clasificar distintos patrones de desplazamiento y orientar actuaciones sobre las infraestructuras de transporte público y privado.
Estos estudios han permitido identificar dos grandes modelos de ciudad. En el primero, más frecuente en Europa y Asia, la movilidad se concentra en torno al centro urbano y se apoya en redes sólidas de transporte público. En el segundo, predominante en Norteamérica y Oceanía, los desplazamientos aparecen más dispersos por el conjunto del área urbana y dependen en mayor medida del transporte privado.
Los resultados muestran que el modelo centralizado ofrece un acceso más eficiente a los servicios, genera menores emisiones contaminantes y puede incluso mejorar la supervivencia en situaciones que requieren asistencia médica inmediata. Sin embargo, también presenta una mayor vulnerabilidad ante brotes epidémicos, como se observó durante la pandemia de COVID-19, debido a la concentración de flujos de movilidad y contactos.
Por ello, las ciudades compactas y bien conectadas presentan ventajas claras en términos ambientales, de accesibilidad y calidad de vida, pero deben disponer también de sistemas eficaces de vigilancia, análisis y respuesta rápida ante amenazas de salud pública.
Las metodologías de análisis y monitorización desarrolladas por el IFISC están disponibles para su aplicación inmediata ante circunstancias sobrevenidas, como ya se demostró durante la pandemia. A más largo plazo, estos estudios proporcionan criterios útiles para orientar el crecimiento urbano y la planificación de infraestructuras de transporte más eficientes, sostenibles y resilientes.
Modelización de enfermedades causadas por la bacteria Xylella fastidiosa en plantas
El IFISC ha realizado aportaciones relevantes al análisis y modelización de enfermedades causadas en plantas por la bacteria Xylella fastidiosa (Xf). Esta bacteria coloniza los tejidos vasculares de numerosas especies vegetales y se transmite principalmente mediante insectos vectores, aunque también puede propagarse a través de injertos.
Xylella fastidiosa afecta a más de 600 especies de plantas, entre ellas olivos, viñas y almendros. Su presencia altera el transporte de agua en la planta, provoca síntomas de estrés hídrico y puede acabar causando su muerte. Aunque es endémica del continente americano, en los últimos años se ha establecido también en Europa, con impactos especialmente graves. En Apulia, Italia, ha provocado la destrucción de millones de olivos, mientras que en Baleares afecta de forma significativa a almendros, viñas y olivos centenarios.
Para contribuir a abordar este problema, el IFISC ha aplicado técnicas que van desde el análisis mediante inteligencia artificial de imágenes obtenidas por satélite y drones hasta el modelado matemático de los procesos de infección y propagación. Entre sus resultados destacan nuevas metodologías para estimar el riesgo de establecimiento de la enfermedad en viñedos, especialmente en relación con la enfermedad de Pierce, y para cuantificar cómo los incrementos de temperatura asociados al cambio climático pueden modificar ese riesgo en distintas regiones europeas productoras de vino de calidad.
Asimismo, estos modelos permiten estimar parámetros críticos que influyen en la supervivencia de olivos y almendros infectados. A medio plazo, estas líneas de trabajo pueden ayudar a priorizar la asignación de recursos en las zonas con mayor riesgo real de desarrollo de la enfermedad. A corto plazo, están contribuyendo a identificar el momento óptimo para actuar sobre el principal insecto vector en Europa, Philaenus spumarius.
Formación de profesionales e investigadores
Formación de profesionales e investigadores
La formación científica avanzada constituye una actividad fundamental del IFISC y se desarrolla en distintos niveles académicos. Por una parte, el programa de becas SURF (Summer Undergraduate Research Fellowship) permite a estudiantes de los últimos cursos de grado realizar una estancia de investigación de un mes en el instituto. Esta experiencia les ofrece una primera inmersión en la investigación en sistemas complejos y les permite integrarse en grupos de trabajo junto a investigadores del centro.
El IFISC también ha creado e imparte el Máster en Física de Sistemas Complejos, acreditado como máster oficial de la Universidad de las Islas Baleares. El programa está diseñado para proporcionar a los estudiantes las herramientas conceptuales y metodológicas necesarias para abordar desafíos científicos y sociales complejos desde una perspectiva interdisciplinar. Su plan de estudios integra conocimientos de física, matemáticas, fotónica, ingeniería, biología, ciencias sociales, informática y ciencia de datos, ofreciendo una visión amplia e integrada de los sistemas complejos. El inglés como idioma oficial del máster facilita, además, la participación de estudiantes internacionales.
Junto a estas iniciativas, la formación doctoral constituye otro de los compromisos centrales del IFISC. A través de sus programas y líneas de investigación, el instituto contribuye a formar profesionales y académicos de alto nivel científico y tecnológico, con la perspectiva multidisciplinar que caracteriza el estudio de los sistemas complejos.
En conjunto, estas actividades tienen un impacto directo en el entorno académico y productivo, tanto a corto como a medio plazo, y contribuyen al avance del conocimiento científico y a la formación de nuevas generaciones de investigadores.
Divulgación científica: un compromiso del IFISC
La divulgación de la investigación en sistemas complejos constituye una prioridad para el IFISC. Esta actividad abarca tanto los resultados generados por el propio personal del instituto como avances relevantes del campo de los sistemas complejos en general.
El instituto participa anualmente en numerosas iniciativas de divulgación de ámbito local, como la Noche Europea de los Investigadores, ferias de la ciencia y formatos innovadores como “Ciència a Tot Tren”, basado en charlas científicas en un tren y desarrollado en colaboración con instituciones científicas de las Islas Baleares. Además, el IFISC organiza sus propias actividades, entre ellas charlas abiertas con figuras de referencia en el estudio de los sistemas complejos y propuestas de divulgación más experimentales, como el late night “La Resistència Científica”.
A través de estas iniciativas, la labor divulgativa del IFISC no solo comunica el trabajo de sus investigadores, sino que también contribuye a fortalecer la cultura científica local. Sus actividades fomentan la educación científica, ayudan a combatir la desinformación y acercan la investigación a públicos diversos, incluidos jóvenes que pueden encontrar en ellas un primer estímulo para orientarse hacia carreras científicas y tecnológicas.
A corto plazo, estas acciones incrementan el interés y la curiosidad por la ciencia. A medio y largo plazo, favorecen una comprensión más sólida de los principios científicos entre la ciudadanía y pueden despertar nuevas vocaciones investigadoras. Dado que los sistemas complejos apenas están presentes en los currículos académicos convencionales, las actividades divulgativas del IFISC representan una oportunidad especialmente valiosa para dar a conocer al público general un área científica fundamental, interdisciplinar y con gran proyección futura.