Prealimentación

El término Feed-forward (o prealimentacion) describe un tipo de sistema que reacciona a los cambios en su entorno, normalmente para mantener algún estado concreto del sistema. Un sistema que exhibe este tipo de comportamiento responde a las alteraciones de manera predefinida, en contraste con los sistemas retroalimentados.

Se necesitan muchos prerrequisitos para implementar un sistema feed-forward: las alteraciones deben poder medirse, sus efectos en la salida del sistema deben ser conocidos y el tiempo durante el que las alteraciones afectan a la salida debe ser mayor que el del sistema en sí. Si estas condiciones se cumplen, el sistema feed-forward debe ser afinado para que sea extremadamente efectivo.

El sistema feed-forward puede responder más rápidamente a los tipos de alteraciones medibles y conocidas, pero apenas lo consigue con aquellas de nueva aparición. Un sistema retroalimentado maneja cualquier alteración del comportamiento deseado, pero requiere que la variable medible del sistema (la salida) reaccione a las alteraciones para registrar así su aparición.

Un claro ejemplo de sistema retroalimentado es la regulación homeostática de los latidos del corazón en respuesta al ejercicio físico. Sin embargo, un sistema feed-forward se parece más un conjunto de respuestas aprendidas para indicaciones conocidas. Estos sistemas suelen utilizarse en teoría de control, fisiología o computación.

Elementos comunes a todos los sistemas feed-forward

Un sistema feed-forward puede ser ilustrado comparándolo con un lalasistema retroalimentado familiar, como puede ser el control de crucero de un coche. Cuando está activado, hace que el coche mantenga una velocidad constante. Cuando el coche intenta subir una cuesta, reduce la velocidad por debajo de la marcada, lo que obliga a abrir el gas para mantener la velocidad original (un controlador PI o PID haría esto, nótese que un buen control PID obligaría al coche a recuperar la velocidad tras un breve periodo de respuesta).

Por otra parte un sistema feed-forward en cierto modo pronosticaría la deceleración del coche. Por ejemplo, podría medir la pendiente de la carretera y, tras encontrar la cuesta, abriría el gas lo suficiente para afrontar el esfuerzo. De este modo el coche no frenaría en absoluto para corregir la aceleración.

Sin embargo, existen otros factores además de la pendiente de la cuesta para determinar la aceleración del coche: la temperatura y presión del motor, la composición del combustible, la velocidad del viento, etc. Basar la aceleración únicamente en la pendiente a afrontar podría no resultar en una velocidad constante. Puesto que no hay comparación entre la variable de salida (velocidad) y la de entrada, no es posible resolver este problema con un sistema puramente feed-forward.

Afortunadamente, ambos tipos de sistemas no son mutuamente excluyentes: el sistema feed-forward descrito podría ser combinado con el retroalimentado del sistema tradicional de control de crucero para poder dar una respuesta rápida y la correspondiente corrección si fuese necesario ante cualquier error de éste.

Los sistemas feed-forward no tienen los problemas de estabilidad propios de los retroalimentados. Sin embargo necesitan de una relación causa-efecto precalibrada. Esta es otra forma de explicar que estos sistemas deben aplicarse a alteraciones medibles con efectos conocidos.

Regulación genética y feed-forward

La regulación cruzada de los genes puede ser representada mediante un gráfico en el que éstos son nodos, y cada uno de ellos está enlazado con otro si el anterior es un factor de transcripción para el último. Algo que aparece predominantemente en todas las redes (E.Coli, levaduras,...) es que A activa B y A y B activan C. Esto se conoce como bucle feed forward y detecta cambios no temporales del entorno. Este sistema se observa en el desarrollo de las células hematopoyéticas.

Sistemas feed-forward en computación

Artículo principal: Perceptrón

En computación, el concepto feed-forward normalmente hace referencia a redes del tipo perceptrón multicapa en las que las salidas de las neuronas van a las siguientes capas pero no a las anteriores, de modo que no hay bucles de retroalimentación.

Telefonía de larga distancia

A principios de los 70, los sistemas coaxiales de conexión interurbana utilizaban amplificadores feed-forward para disminuir la distorsión en las líneas. Este complejo método permitía disponer de un mayor ancho de banda que los primeros sistemas retroalimentados. La fibra óptica, sin embargo, deja a estos sistemas totalmente obsoletos.

Lectura recomendada

• S. Mangan A. Zaslaver & U. Alon, "The coherent feed-forward loop serves as a sign-sensitive delay element in transcription networks", J. Molecular Biology 334:197-204 (2003).