Áreas de investigación

Los algoritmos y estructuras de datos (algoritmos de aquí en más) están en la base misma de la Ciencia de la Computación y la acompañan desde su origen. Su estudio se centra en la búsqueda de mecanismos eficientes (en tiempo de CPU, espacio, uso de red, acceso al disco, etc.) de llevar a cabo tareas computacionales. Asociado al diseño de algoritmos está su análisis; una disciplina cercana a las matemáticas que busca establecer el desempeño de estos. Asimismo debe considerarse la experimentación para completar un análisis adecuado del desempeño.

Las tareas de diseño, análisis y experimentación deben entrelazarse adecuadamente para obtener algoritmos que sean eficientes en la teoría y práctica. La falta de análisis y experimentación puede llevar al diseño de heurísticas que simplemente funcionen y que el día de mañana no escalen adecuadamente a problemas reales; que algoritmos que pueden desempeñarse bien en el entorno en que se diseñaron no lo hagan en otros, sin comprenderse las propiedades de funcionamiento que tienen. La falta de experimentación además puede traer como consecuencia el diseño de algoritmos con buenas propiedades teóricas pero ineficientes en la práctica.

Los algoritmos y estructuras de datos clásicos son los que resuelven problemas más generales (ordenamiento, diccionarios, etc.) y la investigación en ellos tiene un impacto en todas las áreas de la Computación. También existen problemas más enfocados a necesidades específicas donde se ha realizado menos investigación y por ende es más fácil hacer aportes nuevos. Pero a cambio, su aplicabilidad es más limitada.

 
Algunas áreas en las que se trabaja en el Departamento son análisis de algoritmos, algoritmos geométricos, algoritmos y estructuras de datos para búsqueda en texto y en la Web, estructuras de datos comprimidas, algoritmos adaptativos, índices en bases de datos multimediales, multidimensionales y métricas.

Investigadores del área
Jérémy Barbay
Benjamín Bustos
Gonzalo Navarro
Patricio Poblete

El diluvio de datos o explosión de la información es el fenómeno actual producido por el dramático incremento en la cantidad de datos generados y publicados por humanos, dispositivos, sensores, etc. La ciencia e ingeniería de los datos (CID) es el área que se encarga de lidiar con este problema, diseñando herramientas para extraer información relevante desde aquellas fuentes de datos voluminosos, heterogéneos, y/o complejos. Debido a la transversalidad del fenómeno del diluvio de datos la CID tiene hoy en día aplicaciones en muchas áreas del conocimiento, incluyendo, por ejemplo, astronomía, finanzas, geología, medicina, transportes, etc.

 
Nuestro objetivo es formar en los estudiantes la capacidad de analizar y representar grandes volúmenes de datos complejos, tales como: imágenes, video, redes sociales, sensores, series temporales, entre otros, utilizando técnicas de áreas como bases de datos, minería de datos, machine learning, cloud computing, multimedia, representación del conocimiento, social analytics, crowdsourcing e inteligencia artificial, para detectar patrones significativos en los datos, además de deducir y generar conocimiento a partir de estos.

Investigadores del área
Pablo Barceló
Benjamín Bustos
Claudio Gutiérrez
Aidan Hogan
Jorge Pérez
Bárbara Poblete
Gonzalo Navarro

La Criptografía busca definir y analizar lo que entendemos por seguridad computacional, estudiando los algoritmos, técnicas y protocolos para garantizarla. Los objetivos usuales en esta área son la privacidad de los datos transmitidos electrónicamente así como su integridad y autenticidad. Por ejemplo, la encriptación de datos permite garantizar que sólo el destinatario del mensaje pueda comprender su significado, mientras las firmas digitales permiten asegurar que el mensaje provenga de un remitente específico y que su contenido no haya sido modificado. La criptografía también estudia cómo llevar a cabo, en forma segura, procesos (protocolos) más complejos donde varios elementos interactúan remotamente. Votación electrónica segura, canales de comunicación que preserven el anonimato de los participantes o mecanismos de consulta de bases de datos en forma privada (que no revelan la información buscada a la base de datos) son ejemplos de protocolos criptográficos. El área de la criptografía también estudia los fundamentos teóricos (matemáticos) de dichas técnicas y protocolos, así como sus aplicaciones a otras áreas a fin de mantener privacidad, autenticidad y tolerancia a fallas.

El área de la seguridad computacional está estrechamente ligada a la criptografía pues estudia las técnicas y requerimientos prácticos para implementar sistemas seguros. En ella se incluyen temas como análisis de amenazas y objetivos (costo/beneficio), análisis y prevención de intrusión, prevención y detección de vulnerabilidades en la programación de software, técnicas de prevención y análisis de malware, y análisis de componentes no computacionales de seguridad (ingeniería social y metodologías de uso correcto de los mecanismos de seguridad).

Investigador del área
Alejandro Hevia

La Informática Educativa estudia el uso, efectos y consecuencias del diseño, uso e integración de las tecnologías de la información (TI) en el proceso educativo. Intenta acercar al aprendiz al conocimiento y manejo de las últimas tecnologías digitales, como computadores de última generación, dispositivos móviles e interfaces touch, para fines de enseñanza y aprendizaje. Asimismo, estudia cómo estas tecnologías pueden contribuir a potenciar y expandir la mente de los aprendices, de manera que sus aprendizajes sean más significativos y creativos.

Esta área de investigación considera también el diseño, desarrollo, uso y evaluación de tecnologías para apoyar el aprendizaje y la cognición, concentrándose en el diseño y desarrollo de aplicaciones y videojuegos educativos, y en la determinación de su impacto en el aprendizaje y la cognición, en especial, en el desarrollo de habilidades cognitivas de alto orden. Dentro de esta área también se estudia cómo estas y otras tecnologías de la información y comunicación pueden integrarse al currículo educacional para fines de aprendizaje y enseñanza.

Una subárea que hoy en día tiene mucha relevancia es la del aprendizaje colaborativo apoyado por computadoras. Aquí las redes de computadores juegan un papel preponderante permitiendo que un grupo de aprendices intercambie información y conocimiento. Tambien se investiga el rol que las redes sociales podrían tener en el aprendizaje formal o informal.

Investigador del área
Jaime Sánchez
Nelson Baloian

Dentro de la Ciencia de la Computación es el área encargada de construir software de calidad en presencia de recursos limitados, considerando tanto los aspectos relativos al producto de software como el proceso a través del cual éste se construye.

Se entiende como producto de software toda una serie de artefactos entre los cuales se encuentran el código fuente, datos, archivos de configuración, especificaciones de requisitos, casos de prueba, arquitectura del software y código ejecutable, entre otros. Todos y cada uno de estos elementos presenta sus propios desafíos en lo referente a su especificación, contenido y notación o lenguaje adecuado en cada caso.

Todo proceso se define como una serie de tareas desarrolladas por un conjunto de roles para producir ciertos artefactos. En el caso de la Ingeniería de Software, los artefactos son los antes mencionados. Sin embargo, existen múltiples y variadas propuestas acerca de cuál es la mejor forma de construirlos, quién debe tomar parte en este proceso y cuál es el orden de las tareas en el proceso de desarrollo. El proceso más apropiado depende de las características de la organización que llevará a cabo el desarrollo, y del contexto específico del proyecto a abordar. Entre las variables de contexto a considerar está la naturaleza del software a construir y los recursos disponibles para hacerlo.

Investigadores del área
María Cecilia Bastarrica
Alexandre Bergel
Sergio Ochoa
Romain Robbes
Jocelyn Simmonds
Éric Tanter
 

La investigación en esta área consiste en estudiar la interacción del usuario y las interfaces usuarias. Implica también el diseño y desarrollo de interfaces e interacción, así como la evaluación de la usabilidad.

Consiste en diseñar interfaces multimodales centradas en el usuario, utilizando modelos de user-centered design. La usabilidad es evaluada en contextos de uso, con usuarios finales y expertos, mediante la realización de tareas, aplicación de heurísticas y realización de inspecciones en profundidad y cognitivas de las interfaces.

 
En particular, en esta área de investigación nos centramos en el diseño, uso y evaluación de la interacción e interfaces multimodales interactivas basadas en sonido espacial y háptica, que apoyen el desarrollo del intelecto de niños y jóvenes ciegos y con visión. En este sentido, diseñamos y desarrollamos entornos de software interactivos y videojuegos basados en sonido espacial, los que nos permiten investigar el impacto de la interacción y uso de dichas interfaces multimodales en el desarrollo de las estructuras y esquemas cognitivos de estos usuarios, centrados en habilidades de dominio general: espacialidad, temporalidad, memoria, abstracción espacial, percepción háptica, integración cognitiva, resolución de problemas, navegación, orientación y movilidad, y mapas mentales, entre otros, así como también en su impacto en habilidades de dominio específico: aprendizaje de la ciencia y matemáticas.

Más recientemente, esta línea de investigación ha expandido su línea de acción incorporando el estudio del impacto del uso de interfaces multimodales de videojuegos basadas en sonido espacial y háptica en la plasticidad cerebral, de manera de analizar cómo el diseño y uso de estas interfaces puede ayudar a la adaptación y rewiring del cerebro para fortalecer la transferencia en el aprendizaje y la rehabilitación.

Investigador del área
José A. Pino
Jaime Sánchez

 
Los lenguajes de programación son el medio con el cual los programadores construyen sistemas computacionales. Su rol central en el desarrollo de software hace que los lenguajes tienen que soportar varias aristas importantes, a veces contradictorias entre si, como correctitud, robustez, eficiencia, modularidad, adaptabilidad, legibilidad, y mantenibilidad. Por ende, existen muchísimos lenguajes de programación hoy en día, la mayoría en evolución constante, y siguen surgiendo nuevos lenguajes regularmente, para así adaptarse a los nuevos desafíos tecnológicos que enfrentan los sistemas de software.

 
En este contexto, investigamos múltiples facetas de los lenguajes de programación, y de la programación en general, tanto teóricas como aplicadas: diseño de mecanismos más convenientes para realizar ciertas tareas, formalización de lenguajes y estudio de sus propiedades semánticas, técnicas de implementación y optimización, análisis estático y dinámico de programas, estudios empíricos de la programación en la práctica, ambientes de desarrollo, etc.

Investigadores del área
Alexandre Bergel
Eric Tanter

La discretización un concepto importante que cruza todos los campos relacionados con ingeniería y ciencia computacional, y que da soporte a la computación gráfica, la visualización científica, la visualización realista, el diseño de las arquitecturas de hardware gráficas, y todas las aplicaciones de estos temas. Se refiere a la necesidad de modelar objetos geométricos continuos en base a una cantidad finita y adecuada de información para los fines requeridos por una aplicación específica.

El grupo de investigadores de esta área realiza investigación en métodos para la modelación geométrica discreta de objetos, principalmente en algoritmos para triangulaciones y para mallas mixtas, tanto secuenciales como paralelos, y en sus aplicaciones a ingeniería, medicina, astronomía, computación gráfica y visualización científica. Además, se abordan problemas relacionados al análisis y reconocimiento de imágenes.

Investigadoras del área
Nancy Hitschfeld
María Cecilia Rivara

Llamamos sistema distribuido a cualquier sistema multiprocesador donde cada uno de estos tiene una memoria local no compartida con el resto de los procesadores. La única forma de comunicación entre ellos es el envío de mensajes a través de una red de comunicaciones. Para dar una interfaz de más alto nivel al programador, se requiere construir un ambiente de ejecución distribuido de software.

 
Su foco principal está centrado en problemas del área conocida como Sistemas de Computación, que engloba la investigación en redes, sistemas operativos y paralelismo. Después de dos décadas de investigación en hardware y software paralelos, han surgido nuevas aproximaciones a los problemas de esta área. Por una parte, el hardware ha convergido a dispositivos (computadores, teléfonos inteligentes, sensores) independientes interconectados por una red. Por otra parte, la programación de algoritmos portables no puede tomar en cuenta ningún detalle del hardware. Por ello es interesante explorar nuevos modelos de programación paralela de modo de determinar cuáles son los más adecuados para aplicaciones masivas en Internet.

Investigadores del área
Javier Bustos
José Miguel Piquer 
 

La adopción de las tecnologías de Internet, y la integración de las redes de comunicación en las actividades diarias, ha tenido como consecuencia un interés creciente en el papel que las tecnologías de información y comunicaciones puedan tener en soportar mecanismos de colaboración. Hemos sido incluso testigos de una necesidad, por parte de los usuarios, de evolucionar de un modo de trabajo autónomo (esencialmente de consumo de información) hacia uno de trabajo más productivo, caracterizado por la colaboración en torno a una actividad común. Hoy esta colaboración es posible gracias a sistemas de software que operan en forma distribuida, y se comunican a través de diversos medios; por ejemplo: sistemas de teleconferencia, educación a distancia, teletrabajo y redes sociales.

El área de Trabajo Colaborativo Asistido por Computadoras (CSCW en inglés) se interesa fundamentalmente en el diseño y desarrollo de sistemas colaborativos, los cuales asisten a un grupo de personas a realizar tareas específicas con un objetivo común. Estos sistemas típicamente proveen una interfaz a un ambiente compartido y mecanismos de percepción de trabajo en equipo.

Esta área es un paraguas que ha dado lugar al desarrollo de diversas subáreas de estudio, como por ejemplo: el Aprendizaje Colaborativo soportado por Computador (CSCL en inglés), la Computación Social, la Computación Móvil y los Sistemas Ubicuos y Pervasivos. Siguiendo la línea de trabajo establecida por CSCW, las sub-áreas abordan aspectos de diseño, construcción y uso de sistemas colaborativos para fines específicos o áreas de aplicación particulares.

Investigadores del área
Nelson Baloian
Sergio Ochoa
José A. Pino