Defensa y conflicto
Juegos de guerra, modelos de combate, entrenadores militares y física de armas: el origen de muchos de los métodos de esta taxonomía.
Los ejércitos estuvieron entre los primeros y mayores usuarios de la simulación, y buena parte de este conjunto de herramientas nació con ellos. Monte Carlo se desarrolló para la física de armas, la investigación operativa para la logística en tiempos de guerra y los simuladores de vuelo para entrenar pilotos. Los juegos de guerra son aún más antiguos. Los oficiales se entrenan con juegos de mesa desde principios del siglo XIX. Hoy los ministerios de defensa, las universidades y los institutos de investigación usan los mismos métodos para estudiar la estrategia, la escalada y el costo humano de la guerra.
Juegos de guerra profesionales
Oficiales y analistas que juegan los bandos opuestos de un escenario, jugada a jugada, con árbitros que deciden los resultados. Se usan para probar planes, no para predecir resultados.
Pregunta que responde: ¿Dónde falla el plan cuando un oponente que piensa se resiste?
Deja fuera: El juicio de un árbitro experto sustituye la física que falta, para ventaja o perjuicio de la validez.
Se ejecuta en: ninguna computadora. árbitros, mapas y personas; las computadoras solo ayudan a puntuarDesde: 1812 Kriegsspiel, a partir de la mesa de juego de guerra de Reisswitz padre (1811–12); las reglas de su hijo, de 1824, fueron adoptadas por los oficiales prusianos fuenteEn el árbol de Simulaciones: Kriegsspiel
Juegos de crisis político-militares
Equipos que hacen el papel de gobiernos en una crisis internacional que se agrava, organizados por universidades e institutos de investigación además de ministerios.
Pregunta que responde: ¿Cómo escalan las crisis, y qué permite a los líderes dar marcha atrás?
Deja fuera: Los jugadores suelen comportarse de forma más racional que los líderes reales bajo presión real.
Se ejecuta en: unos 109 FLOPS aproximado personas que hacen de gobiernos; poca o ninguna computaciónDesde: 1958 ya en 1958, los primeros juegos político-militares dirigidos por institutos de investigación de defensa
Juegos de guerra históricos
Batallas y campañas pasadas que se vuelven a librar en sus condiciones originales, usadas por historiadores y academias militares.
Pregunta que responde: ¿Era probable el resultado, o podría haber salido fácilmente de otro modo?
Deja fuera: Repetir una batalla en condiciones conocidas sigue sin poder poner a prueba decisiones verdaderamente nuevas.
Se ejecuta en: unos 1011 FLOPS aproximado un equipo de escritorio de aficionado o de académico, de segundos a minutos por ejecuciónDesde: 1913 H. G. Wells publicó Little Wars, reglas para recrear batallas con soldados de juguete
Modelos de combate y de campaña
Fuerzas que se desgastan unas contra otras con el tiempo, desde las ecuaciones de desgaste de Lanchester hasta grandes modelos estadísticos de campaña.
Pregunta que responde: ¿Cómo cambia el equilibrio de fuerzas el curso y el costo de una campaña?
Deja fuera: La eficacia real en combate depende de la moral y del liderazgo, que las ecuaciones no captan.
Se ejecuta en: unos 1012 FLOPS aproximado un equipo de escritorio, segundos por cada ejecución de las ecuacionesDesde: 1916 Frederick Lanchester publicó sus ecuaciones de desgaste en combate
Modelos de combate basados en agentes
Unidades individuales con sus propios sensores, órdenes y decisiones, que interactúan sobre un terreno simulado.
Pregunta que responde: ¿Cuánto cambian el resultado la comunicación, la moral y las decisiones locales?
Deja fuera: Las reglas de decisión simples para cada unidad rara vez captan el juicio de los soldados reales.
Se ejecuta en: unos 1014 FLOPS aproximado un clúster de investigación, minutos por ejecución de batallaDesde: 1997 ya en 1997, los primeros modelos de combate basados en agentes creados para institutos de investigación militar
Logística militar
Combustible, comida, munición, repuestos y transporte que se mueven por un teatro de operaciones.
Pregunta que responde: ¿Se puede abastecer a la fuerza, y dónde escaseará primero?
Deja fuera: La fricción, el clima y las averías del mundo real solo se representan en parte.
Se ejecuta en: unos 1013 FLOPS aproximado el servidor de un mando logístico, minutos por escenarioDesde: 1955 ya en 1955, los primeros estudios de investigación operativa de las cadenas de suministro militares
Disuasión y carreras armamentistas
Estados rivales que construyen y recortan armas en respuesta unos de otros, como ecuaciones de retroalimentación o juegos repetidos.
Pregunta que responde: ¿Cuándo es estable una carrera armamentista y cuándo se desboca?
Deja fuera: Supone un comportamiento estatal racional y simplificado. La política real es más desordenada.
Se ejecuta en: unos 1011 FLOPS aproximado un equipo de escritorio, segundos para ejecutar las ecuaciones o los juegosDesde: 1939 El modelo matemático de las carreras armamentistas de Lewis Fry Richardson
Modelos de conflicto civil
Modelos de las ciencias sociales sobre cómo interactúan el agravio, la legitimidad y la vigilancia policial para producir disturbios o guerra civil.
Pregunta que responde: ¿Por qué estalla la violencia en unos lugares y en otros no?
Deja fuera: El agravio y la legitimidad son difíciles de cuantificar, así que los resultados dependen mucho de los supuestos.
Se ejecuta en: unos 1013 FLOPS aproximado un clúster de investigación, minutos por ejecuciónDesde: 2002 Los modelos basados en agentes de violencia civil de Joshua Epstein
Agentes de juegos de guerra con modelos de lenguaje
Modelos de lenguaje hacen de líderes nacionales en un juego de crisis por turnos, y eligen acciones diplomáticas y militares.
Pregunta que responde: ¿Cómo escalan o desescalan los agentes modelo en una crisis simulada?
Deja fuera: Las elecciones del modelo dependen de las instrucciones y no coinciden con las de los líderes reales.
Se ejecuta en: unos 1013 FLOPS aproximado Muchas llamadas al modelo por partidaDesde: 2024 Escalation risks from language models in military and diplomatic decision-making (2024) fuente
Simulación de combate de enjambres
Muchas aeronaves o embarcaciones sencillas no tripuladas con reglas locales atacan o defienden, y la simulación prueba cómo le va a un enjambre frente a un objetivo protegido.
Pregunta que responde: ¿Puede un enjambre abrumar un objetivo defendido?
Deja fuera: Las comunicaciones, la interferencia y las reglas de enfrentamiento están simplificadas.
Se ejecuta en: unos 109 FLOPS aproximado miles de agentes en una estación de trabajo.Desde: 2002 Lin y sus colegas, simulación de un enjambre de vehículos aéreos de combate no tripulados. fuente
Epidemias de virus informáticos y de malware
Las computadoras son nodos que contagian un programa a sus vecinas, con curas antivirus, de modo que la propagación sigue modelos epidémicos.
Pregunta que responde: ¿Con qué rapidez se propaga el malware, y qué ritmo de parches lo detiene?
Deja fuera: La adaptación del atacante y las topologías de red reales están simplificadas.
Se ejecuta en: unos 105 FLOPS aproximado ecuaciones epidémicas o simulaciones en red en una laptop.Desde: 1991 Kephart y White, modelos epidemiológicos de grafos dirigidos de virus informáticos. fuente
Planificación de la deriva en búsqueda y rescate
Se simulan miles de posibles trayectorias de deriva de un objeto o una persona perdidos, con corrientes y vientos, para hallar dónde buscar.
Pregunta que responde: ¿Cuál es el lugar más probable donde buscar primero?
Deja fuera: Las corrientes y el viento son inciertos y el objeto puede comportarse de otro modo que el modelo.
Se ejecuta en: unos 108 FLOPS aproximado Deriva Monte Carlo de muchas partículas en una estación de trabajo.Desde: 1980 Richardson y Discenza, el sistema de planificación de búsquedas asistido por computadora de la Guardia Costera. fuente
Teoría de la búsqueda antisubmarina
La probabilidad de encontrar un submarino oculto se calcula a partir de las rutas de los buscadores, la velocidad del objetivo y el alcance al que puede detectarse.
Pregunta que responde: ¿Dónde y cómo deben buscar barcos y aviones para encontrar antes un submarino?
Deja fuera: El alcance de detección depende de las condiciones del océano y del ruido, que no se conocen bien, y el blanco puede eludirlo.
Se ejecuta en: unos 106 FLOPS aproximado de segundos a minutos en una laptop.Desde: 1956 La teoría de la búsqueda de Koopman, bases cinemáticas, en Operations Research. fuente
Simuladores militares de vuelo y de misión
Cabinas en red en las que las tripulaciones vuelan misiones juntas contra oponentes generados por computadora.
Pregunta que responde: ¿Pueden las tripulaciones trabajar juntas bajo presión en una misión demasiado costosa o arriesgada para ensayarla de verdad?
Deja fuera: Los adversarios generados por computadora combaten de forma predecible en comparación con oponentes reales.
Se ejecuta en: unos 1013 FLOPS aproximado computadoras simuladoras en red, en tiempo realDesde: 1985 ya en 1985, SIMNET, un programa de DARPA que puso en red simuladores de combate
Entrenadores de vehículos y de tripulaciones
Torretas de tanque, salas de operaciones de buques, salas de control de submarinos y cabinas de helicóptero, en réplica.
Pregunta que responde: ¿Conoce cada miembro de la tripulación su papel cuando ocurren fallos?
Deja fuera: Las maquetas confinadas no pueden reproducir del todo el movimiento y la tensión de un vehículo real.
Se ejecuta en: unos 1012 FLOPS aproximado la propia computadora del simulador, en tiempo realDesde: 1954 ya en 1954, los primeros entrenadores de tiro para tripulaciones de vehículos blindados
Ejercicios de entrenamiento en red
Unidades reales, simuladores tripulados y fuerzas generadas por computadora unidos en un solo ejercicio compartido en muchos sitios.
Pregunta que responde: ¿Pueden grandes formaciones coordinarse entre servicios y países?
Deja fuera: Los retrasos de red y las simplificaciones hacen que no todas las unidades se comporten como lo harían en vivo.
Se ejecuta en: unos 1014 FLOPS aproximado muchos nodos de simulador y computadora enlazados, en tiempo realDesde: 1983 SIMNET, un programa de defensa de la década de 1980 que conectó por primera vez simuladores en red para ejercicios conjuntos
Entrenadores de puntería y de uso de la fuerza
Campos de tiro con pantallas y láseres y con escenarios ramificados, usados por las fuerzas armadas y la policía, que incluyen la práctica de la desescalada.
Pregunta que responde: ¿Toma el alumno la decisión correcta, incluida la de no disparar?
Deja fuera: Los actores en pantalla reaccionan según un guion, no con la imprevisibilidad de una persona real.
Se ejecuta en: unos 1012 FLOPS aproximado un equipo de escritorio con proyección y sensores, en tiempo realDesde: 1985 ya en 1985, los primeros entrenadores de escenarios ramificados para decisiones policiales y militares
Campos de ciberentrenamiento
Redes informáticas simuladas enteras donde los defensores practican cómo detectar y detener ataques.
Pregunta que responde: ¿Puede el equipo detectar y contener una intrusión a tiempo?
Deja fuera: Los ataques con guion en un campo de pruebas son menos graves que los de un adversario real decidido.
Se ejecuta en: unos 1013 FLOPS aproximado un clúster de máquinas virtuales, en tiempo realDesde: 2009 ya en 2009, los primeros campos dedicados para ensayar el ataque y la defensa cibernéticos
Entrenadores de sanitarios de combate
Maniquíes que sangran, respiran y responden a los primeros auxilios en el campo de batalla, para practicar la atención de traumatismos bajo fuego simulado.
Pregunta que responde: ¿Puede el sanitario detener la hemorragia y mantener con vida al herido bajo presión?
Deja fuera: El miedo y el agotamiento reales del combate son difíciles de recrear en un ejercicio de entrenamiento.
Se ejecuta en: unos 1010 FLOPS aproximado un controlador integrado dentro del maniquí, en tiempo realDesde: 1997 ya en 1997, los primeros maniquíes de trauma de alta fidelidad para la formación de sanitarios de combate
Gimnasios de ciberdefensa autónoma
Una red simulada en la que agentes de ataque y de defensa que aprenden actúan y se puntúan.
Pregunta que responde: ¿Pueden los agentes aprender a defender una red frente a un atacante?
Deja fuera: La topología de la red y los ataques son mucho más simples que los reales.
Se ejecuta en: unos 1011 FLOPS aproximado Entrenamiento barato con muchos episodiosDesde: 2021 CybORG: a gym for the development of autonomous cyber agents (2021) fuente
Simulación del arsenal nuclear
Desde las prohibiciones de pruebas nucleares, las ojivas que envejecen se evalúan simulando su física en lugar de probarlas. Este trabajo dio lugar a algunas de las mayores supercomputadoras del mundo.
Pregunta que responde: ¿Sigue siendo seguro y fiable el arsenal sin pruebas explosivas?
Deja fuera: Simular materiales que envejecen sin ensayos reales deja todavía cierta incertidumbre en la física.
Se ejecuta en: unos 1018 FLOPS de manual una de las mayores supercomputadoras del mundo, una gran parte de ella, durante semanasDesde: 1995 comienza el Programa de Gestión de Reservas de Estados Unidos tras la moratoria de pruebas
Balística
Proyectiles a través del cañón, el aire y el blanco, como tres problemas separados.
Pregunta que responde: ¿Dónde caerá el proyectil, y qué ocurre en el impacto?
Deja fuera: El viento y la variación de fabricación siguen haciendo más difícil predecir los disparos individuales que el promedio.
Se ejecuta en: unos 1012 FLOPS aproximado un equipo de escritorio, segundos por cada tiro simuladoDesde: 1945 ENIAC, una de las primeras computadoras electrónicas, cuyo primer trabajo calculó tablas de tiro de artillería
Protección contra explosiones e impactos
Ondas de choque e impactos que golpean edificios, vehículos y chalecos antibalas, usados para diseñar protecciones.
Pregunta que responde: ¿Sobrevivirán la estructura y las personas que hay dentro?
Deja fuera: Los detalles finos de la fractura y la fragmentación siguen siendo difíciles de captar con exactitud.
Se ejecuta en: unos 1015 FLOPS aproximado un clúster universitario o de un laboratorio de defensa, horas por casoDesde: 1961 ya en 1961, los primeros hidrocódigos de laboratorios nacionales modelan ondas expansivas
Rendimiento de radares y sensores
Señales de radar, sónar e infrarrojos que viajan por el entorno y rebotan en los blancos.
Pregunta que responde: ¿Qué puede detectar el sensor, a qué distancia y con este tiempo meteorológico?
Deja fuera: El clima real y el desorden del terreno son más difíciles de captar por completo de lo que supone el modelo.
Se ejecuta en: unos 1014 FLOPS aproximado el clúster de un contratista de defensa, minutos por escenarioDesde: 1963 ya en 1963, los primeros modelos por computadora de la propagación del radar y de los ecos parásitos
Simulación de armas de energía dirigida
Un haz láser o de microondas de alta potencia que viaja por el aire y calienta o inutiliza un blanco.
Pregunta que responde: ¿Cuánta potencia llega al objetivo, y cuánto tarda en surtir efecto?
Deja fuera: La turbulencia atmosférica y el polvo reales dispersan el haz de forma más impredecible de lo que supone el modelo.
Se ejecuta en: unos 1014 FLOPS aproximado el clúster de un laboratorio de defensa, horas por escenarioDesde: 1974 ya en 1974, los primeros modelos de propagación de haces para armas láser de alta energía
Simulación de torpedos y armas submarinas
La trayectoria, el guiado y la explosión de un torpedo o una mina naval a través del agua, y el sonido que hace al hacerlo.
Pregunta que responde: ¿Encontrará, alcanzará e inutilizará el objetivo?
Deja fuera: El ruido oceánico real y las capas de agua a distintas temperaturas confunden la guía más de lo que supone el modelo limpio.
Se ejecuta en: unos 1014 FLOPS aproximado un clúster de investigación naval, horas por escenarioDesde: 1960 ya en 1960, los primeros modelos digitales de guiado e hidrodinámica de torpedos
Penachos de riesgos químicos, biológicos y radiológicos
La liberación de un agente peligroso es llevada por el viento y la turbulencia en un modelo de penacho para predecir la huella y la dosis.
Pregunta que responde: ¿Quién está expuesto tras una liberación y adónde debe evacuar?
Deja fuera: El terreno urbano y las condiciones de viento inciertas limitan la precisión.
Se ejecuta en: unos 109 FLOPS aproximado modelos de bocanadas que se ejecutan en segundos o minutos en una estación de trabajo.Desde: 1996 Sykes y colegas, SCIPUFF, a generalised dispersion model. fuente
Efectos climáticos de una guerra nuclear
Modelos climáticos a los que se da el humo de ciudades en llamas, para rastrear el enfriamiento y las pérdidas de cosechas que resultarían.
Pregunta que responde: ¿A cuántas personas dañaría una guerra nuclear lejos de donde se libre?
Deja fuera: Todavía se debate cuánto humo llega realmente a la estratosfera.
Se ejecuta en: unos 1016 FLOPS aproximado una supercomputadora nacional de modelado climático, una parte de ella durante semanasDesde: 1983 el estudio TTAPS modeló el humo de ciudades en llamas que enfriaba el clima
Desplazamientos y flujos de refugiados
Personas que huyen de un conflicto y eligen rutas y destinos, usadas por los organismos humanitarios para planificar la ayuda.
Pregunta que responde: ¿Adónde irá la gente, y dónde debe esperar la ayuda?
Deja fuera: Las decisiones reales de la gente sobre adónde huir son más difíciles de predecir de lo que supone el modelo.
Se ejecuta en: unos 1013 FLOPS aproximado el servidor de una agencia humanitaria, minutos por escenarioDesde: 2015 ya en 2015, los primeros modelos basados en agentes pronostican el movimiento de refugiados en tiempos de guerra
Respuesta a víctimas y humanitaria
Personas heridas, equipos médicos, suministros y rutas de evacuación después de un conflicto o un desastre.
Pregunta que responde: ¿Cómo se puede salvar el mayor número de vidas con los recursos disponibles?
Deja fuera: Supone que los suministros y el transporte llegan según lo previsto, algo que rara vez ocurre en la práctica.
Se ejecuta en: unos 1012 FLOPS aproximado un equipo de escritorio de planificación de un hospital o de las fuerzas armadas, minutos por escenarioDesde: 1996 ya en 1996, las primeras simulaciones de eventos discretos de triaje y evacuación de víctimas masivas
Planificación del desminado y de la limpieza de municiones sin explotar
Campos minados sospechosos cartografiados y programados para su limpieza, equilibrando la seguridad, el costo y la tierra que la gente necesita recuperar.
Pregunta que responde: ¿Qué campos deben despejarse primero, y cuánto tardará?
Deja fuera: Los registros reales de dónde se colocaron las minas suelen ser incompletos o erróneos.
Se ejecuta en: unos 1010 FLOPS aproximado la laptop de una organización humanitaria de desminado, minutos por escenarioDesde: 1994 ya en 1994, los primeros modelos de planificación para el desminado humanitario
Modelado económico y de reconstrucción de guerra
La economía de un país después de un conflicto, con seguimiento de la infraestructura dañada, los trabajadores perdidos y la ayuda y la inversión necesarias para reconstruir.
Pregunta que responde: ¿Cuánto durará la recuperación, y adónde debe ir primero el dinero de la reconstrucción?
Deja fuera: La reconstrucción real depende de una estabilidad política que el modelo económico no puede prever.
Se ejecuta en: unos 1011 FLOPS aproximado el equipo de escritorio de una agencia de desarrollo, minutos por escenarioDesde: 1993 ya en 1993, los primeros modelos económicos de reconstrucción posconflicto
Modelado de sanciones y de guerra económica
El comercio, la moneda y los suministros de un país bloqueado o sancionado, para seguir cuánta presión económica se acumula y a quién perjudica de verdad.
Pregunta que responde: ¿Cuánto dolor económico causarán estas sanciones, y cuánto tiempo puede resistir el objetivo?
Deja fuera: Las sanciones reales se filtran por el contrabando y por terceros países más de lo que supone el modelo limpio.
Se ejecuta en: unos 1011 FLOPS aproximado el equipo de escritorio de un instituto de investigación, minutos por escenarioDesde: 1985 ya en 1985, los primeros modelos económicos de sanciones comerciales y bloqueos
Modelos de respuesta a ataques biológicos
Cómo se propaga una enfermedad tras una liberación deliberada, con vacunación, aislamiento y capacidad hospitalaria añadidos, para poder comparar los planes de respuesta.
Pregunta que responde: ¿Es mejor la vacunación masiva o el rastreo dirigido después de una liberación?
Deja fuera: Supone las propiedades del patógeno y el retraso antes de la detección.
Se ejecuta en: unos 107 FLOPS aproximado simulaciones epidémicas en una laptop.Desde: 2002 Kaplan, Craft y Wein, respuesta de emergencia a un ataque de viruela: el argumento a favor de la vacunación masiva. fuente