Sistema y estructura

El concepto de sistema, que se discute en este artículo, es de gran importancia en la Física y en las ingenierías. Es, además un concepto previo al de estructura, esencial también en muchas disciplinas técnicas y no técnicas, como la Informática y la Gramática Estructural.

Un sistema es un "recorte" del universo

Si bien todo en el universo interactúa entre sí, la influencia o el efecto mutuo de ciertas partes es mucho menor que la de otras. Así, la posición de las estrellas no determina nuestro comportamiento (pese a lo que dicen los horóscopos), ni encender o apagar la luz de la habitación modifica la operación de un reproductor de MP3. Es posible, por ello, "recortar" partes del universo y estudiar su comportamiento como si todas las demás no existieran. Si la selección está bien hecha, conteniendo todo aquello que interactúa entre sí de modo apreciable, se obtiene un sistema. Si se quieren estudiar los problemas del tránsito, por ejemplo, el sistema que los caracteriza no puede contener solo 1 automóvil, ni siquiera unos pocos. Una parte importante del desarrollo de las ciencias y las tecnologías consiste en la capacidad de elegir e identificar sistemas que nos permitan analizar mejor tanto procesos del mundo inanimado como del animado.

Los sistemas no existen con independencia de las personas. Son construcciones mentales que dependen críticamente del aspecto o problema que se desea analizar.

Estructura

Estructura cristalina del cloruro de sodio (NaCl). Las esferas violeta re-presentan iones Na⁺ y las verdes Cl^-.

Un sistema está constituido por partes claramente diferenciables, sus elementos, relacionadas entre sí de algún modo particular, combinación que constituye su estructura. Esta estructura es un ordenamiento que se atribuye a los elementos mediante sus relaciones. Los elementos pueden ser objetos materiales, como piezas metálicas de un puente, o ideales, como las palabras de una oración. Es decir, las estructuras son ordenamientos reales o ideales de elementos.

La diferencia fundamental entre un sistema general y un sistema mecánico es que en los últimos los elementos pueden discernirse o definirse con cierta facilidad porque tienen atributos independientes de la existencia de los restantes elementos o de su vinculación con ellos. Además, en los sistemas mecánicos hay un conjunto bien definido de relaciones posibles entre las partes, conjunto que es conocido e independiente del caso particular bajo análisis. En un sistema mecánico, por lo tanto, sólo pueden ser reemplazados los elementos o modificados sus atributos mediante influencias exteriores al sistema. Las relaciones entre elementos, sin embargo, pueden ser modificadas desde el interior del sistema aunque no hayan influencias exteriores (caso de los sistemas cerrados o aislados).

Un ejemplo típico de sistema mecánico es una bicicleta, que está formada por piezas (los elementos del sistema) sujetas entre sí o que pueden girar unas dentro de otras según relaciones bien determinadas. Además, la bicicleta puede desarmarse totalmente sin que las piezas pierdan sus características. En cambio, cuando un electrón se asocia a un protón para formar un átomo de hidrógeno el sistema así formado no es mecánico porque el electrón pierde atributos que tenía cuando era libre y adquiere otros nuevos (propiedades emergentes). Un átomo de hidrógeno no tiene ninguna propiedad en común con las de un electrón y un protón separados, por lo que no es un sistema mecánico, el sistema que forma es más que la suma de sus partes aunque se les agreguen nuevas relaciones.

El concepto de estructura no está limitado a las ingenierías, también se usa en Biología, en Ciencias Sociales y en casi todos los campos bien estructurados del saber, probablemente porque refleja rasgos intrínsecos del pensamiento humano.

Etimología

El vocablo estructura proviene del latino structura, un derivado del verbo struere que significa apilar. De este verbo se derivan también, lo que ilustra sobre el rasgo invocado, palabras como construir, reconstruir, destruir, instruir, obstruir, instrumento, industria.

El más antiguo uso de estructura documentado en la lengua castellana data de la primera mitad del siglo XVII, cuanto Enrique de Villena publicó su Traducción y glosas de La Eneida. Allí expresa:

Sabida por Añio, rey de los ombres de aquella isla e saçerdote de Phebo, nuestra venida saliónos a resçebir al camino, las sagradas guarnesçido sienes con guirlanda de laurel coronado. Conosçió el antiguo Anchises, amigo suyo; e, dadas las manos, resçebido alegremente, entramos en el templo, adorando en la estructura ho hedifiçio antiguo.

Estructuras portantes

Las estructuras más fáciles de comprender son las estructuras portantes usadas por los ingenieros.

Estructuras atómicas, moleculares y cristalinas

En el caso de la sustancia cloruro de sodio en estado cristalino (sal gema): los elementos son los iones de sodio y de cloro; las relaciones son su ubicación espacial relativa, donde cada Na⁺ está rodeado por un octaedro de iones Cl^- y cada Cl^- por un octaedro de Na⁺.

Fuentes

• Bastide, Roger (compilador); Sentido y usos del término estructura en las ciencias del hombre; Editorial Paidós; ciudad de Buenos Aires; 1971.
• Explore Beautiful Structures. Figuras de estructuras atómicas, moleculares y cristalinas.

Determinismo

Otra de las características importantes de un sistema mecánico es que cuando se le aplican influencias externas (estímulos) su comportamiento (respuesta) es totalmente determinista. Éste es el clásico esquema estímulo-respuesta de la psicología conductista de Skinner. Este determinismo no necesariamente existe en los sistemas no mecánicos donde un estímulo puede modificar no sólo relaciones (lo que también sucede en los sistemas mecánicos) sino también elementos (lo que es imposible en sistemas mecánicos de no mediar reemplazos). Como consecuencia de ésto un sistema no mecánico puede responder de manera diferente a dos estímulos idénticos sucesivos (caso del aprendizaje).

El comportamiento de los sistemas mecánicos depende solamente de los estímulos y no de la historia previa del sistema. Los sistemas no mecánicos, en cambio, exhiben en general lo que en Física se llama histéresis y que en el caso del comportamiento humanos podríamos llamar (de modo un poco laxo) aprendizaje: sus respuestas dependen de toda su historia previa. Los sistemas rigurosamente mecánicos no presentan histéresis. Si el ejemplo de una bicicleta rota parece contradecir lo recién afirmado es porque los sistemas mecánicos son idealizaciones donde es esencial la constancia de cada uno de los elementos (violada por la pieza rota).

Subsistemas

Un sistema mecánico puede siempre descomponerse en sistemas más pequeños relacionados entre sí, o subsistemas. Los elementos son los más pequeños subsistemas en que puede descomponerse un sistema mecánico. Esta característica de los sistemas mecánicos es la que los hace pasible de ser estudiados por métodos analíticos, reduccionistas. Esta misma característica es la que permite el proceso inverso de síntesis sistémica: la construcción del sistema mediante el agregado sucesivo de partes apropiadamente relacionadas (el armado de la bicicleta). La síntesis sistémica es también posible en los sistemas no mecánicos, sólo que en este caso es mucho más difícil prever cual será el resultado de la vinculación de dos elementos. Esto es algo así como cultivar una semilla y saber si crecerá una zanahoria o un algarrobo, de aquí la importancia práctica de los sistemas mecánicos. En la Electrónica, donde los circuitos son sistemas no mecánicos que dependen de la configuración final de todos sus componentes, la introducción de componentes discretos como los circuitos integrados mecaniza sustancialmente la tarea de diseño (la síntesis sistémica), aunque con limitaciones a veces severas.

Sistemas dinámicos

Los sistemas mecánicos que nos interesan no son estáticos sino dinámicos: varían a través del tiempo debido tanto al reemplazo de elementos como a la modificación de las relaciones entre ellos. En el caso del mundo físico las transformaciones se producen naturalmente y sólo en algunos casos pueden ser controladas o simuladas en el laboratorio. En el caso del procesamiento electrónico de datos la evolución se origina en las transformaciones que se producen por la aplicación de operaciones a los elementos y sus relaciones. Los ingrediente básicos de un sistema mecánico dinámico son, por lo tanto, conjuntos de:

1. elementos independientes con atributos bien definidos;
2. relaciones permisibles entre elementos;
3. operaciones de transformación de elementos;
4. operaciones de transformación de relaciones.

Sistemas abiertos

Los sistemas abiertos son aquellos cuyo funcionamiento depende o está fuertemente condicionado por la interacción con otros sistemas y, por ellos, son subsistemas de un sistema mayor. Tal es el caso del desplazamiento del sistema bicicleta + ciclista que requiere de la presencia del suelo; o el de un programa de computación que requiere, para poder efectuar sus cálculos, de datos proporcionados por el usuario.

Niveles

Otro concepto de especial importancia para el proceso de síntesis sistémica es el de nivel. Previo a su discusión es necesario señalar que es conveniente redefinir los elementos según las características de las tareas (operaciones) que se harán sobre el sistema. En el caso de la bicicleta, por ejemplo, podemos tomar como elementos, en vez de las piezas individuales, subsistemas formados por varias piezas. Así hablamos de las ruedas, del bastidor, del manubrio, del asiento, aunque cada uno de estos elementos de nivel superior esté formado por varias piezas o elementos de nivel inferior. Para diferenciar entre los elementos mínimos y los formados por agrupaciones más complejas, llamaremos elementos básicos a los primeros.

La elección de los elementos más apropiados para el análisis de un sistema es parte esencial del proceso de modelización (simulación de la realidad) constantemente usado en las ciencias. Así, al estudiar los seres humanos (el sistema), un psicólogo considerará como elementos a áreas de la personalidad tales como la afectiva, la cognoscitiva, la inconsciente, la sensorial, dejando de lado aspectos físicos como el color de ojos. Un médico clínico considerará como elementos a los órganos y los estudiará desde el punto de vista de sus funciones (énfasis funcional que es característico de las tecnologías). Un biólogo, en cambio, tomará a los órganos como conjuntos de células especializadas, mientras que al biólogo molecular le interesarán las estructuras de las sustancias constituyentes de esas células y sus propiedades reproductivas y físicoquímicas. El anterior es un ejemplo del diferente análisis que se puede hacer del mismo sistema según la elección del nivel, de los elementos (conjuntos de elementos básicos) y de las relaciones elegidas para la descripción de su comportamiento, elección que es una modelización. No debe cometerse el error de creer que la estructura de niveles forma el esquema de árbol rigurosamente jerarquizado característico de las taxonomías, ya que puede suceder que lo que es un elemento en un nivel superior tome sólo partes o no tenga ninguna relación con elementos de niveles inferiores.

Un nivel es, por lo dicho, un modo particular y no necesariamente único de elegir los elementos y relaciones (estructura) y transformaciones (operaciones) del sistema de interés en una escala o punto de vista particular. Diferentes niveles no son en general excluyentes entre sí y puede ser conveniente (como sucede en los procesadores de escritos) usar varios de ellos simultáneamente. El uso de niveles apropiados permite procesar más eficientemente un sistema o representarlo con más facilidad para facilitar su comprensión/explicación.

Fuentes generales

• Bastide, R & Levi-Strauss, C & Lagache, D & Lefebvre, H & otros; Sentidos y usos del término estructura; Editorial Paidos; Ciudad de Buenos Aires; 1971.
• Bertalanffy, Ludwig von; Teoría general de los sistemas; Edit. Fondo de Cultura Económica; México; 1984.
• Solivérez, Carlos Eduardo; Desarrollo de Software Educativo mediante Síntesis Sistémica: Escritura Electrónica; Congreso Usuaria '88, Buenos Aires; 1988.

Véase también

• Estructura del lenguaje.
• Estructuralismo económico.