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Los desarrollos de alta tecnología tales como los equipos de ultrasonido y las imágenes por resonancia magnética, hacen más fácil para los doctores realizar diagnósticos y salvar pacientes, sin tener que someterlos a exámenes estresantes y arriesgados.
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Las ondas de ultrasonido son generadas por cristales que oscilan rápidamente en un campo eléctrico alterno, y tienen un rango de frecuencia de más de 20 kilohertz – más altas de lo que puede detectar el oído humano. Durante un examen médico por ultrasonido, también llamado sonografía, un aparato denominado transductor emite ondas acústicas y también recibe el sonido que es reflejado. Un gel permite que las ondas de ultrasonido de alta frecuencia penetren en el cuerpo más fácilmente. Una vez dentro del cuerpo, impactan con distintos tipos de tejido: el aire, los huesos y otros tejidos mineralizados absorben el ultrasonido casi completamente. Por lo tanto, este procedimiento de diagnóstico no es utilizable para examinar el esqueleto o los pulmones.
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Hoy en día, resolvemos la mayoría de nuestras necesidades energéticas, consumiendo combustibles fósiles tales como el carbón, el petróleo o el gas. Cada día, esto produce millones de toneladas de óxido, de dióxido de sulfuro, de monóxido de carbono y de polvo, así como billones de toneladas de dióxido de carbono, el gas del efecto invernadero. Pero existen alternativas tales como células solares y centrales eléctricas eólicas e hidroeléctricas.
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La máquina de vapor sentó las bases para la industrialización. Luego de unos pocos años, se convirtió en la fuerza impulsora del trabajo en fábricas y minas.
Uno de los primeros motores a pistón fue desarrollado por el físico francés Denis Papin, en 1690. El sencillo dispositivo consistía en un cilindro simple, que simultáneamente servía como caldera, funcionando principalmente con aire, más que con presión de vapor. Hacia el final del Siglo XVII, ingenieros como el Marqués de Worcester y Thomas Savery, construyeron también algunos de los primeros motores a vapor. El motor de Savery fue utilizado en minería como bomba para drenar el agua de los túneles.
En 1705, el inglés Thomas Newcomen desarrolló los primeros motores de vapor que funcionaban con caldera, cilindro y pistón. En estos motores de vara, una larga barra oscilaba de arriba hacia abajo, transfiriendo la energía a un pistón que se movía dentro del cilindro. Cuando el pistón se elevaba, el vapor entraba al cilindro, se condensaba y la presión del aire empujaba al pistón nuevamente hacia abajo.
El ingeniero escocés James Watt mejoró la invención de Newcomen, que era económicamente poco rentable debido a la gran pérdida de calor. Por eso es considerado como el padre de la máquina a vapor moderna. El primer avance importante que realizó, fue construir un motor con un espacio separado para la condensación del vapor. Este invento, que fue patentado en 1769, mejoró considerablemente la eficacia de la máquina de vapor. La pérdida de vapor resultante del alternado calentamiento y enfriamiento del cilindro, fue prácticamente eliminada por completo gracias a este motor.
Otra diferencia crucial en el motor de Watt, fue el uso del vapor de agua más que el de la presión del aire. Además, Watt inventó un proceso por el cual, con un pistón que se movía hacia adelante y hacia atrás en un motor, se podía mover una rueda. En un principio utilizó un sistema de ruedas dentadas, y más adelante usó un cigüeñal. Además, Watt equipó sus motores con válvulas para regular la velocidad, logrando una velocidad de operación constante con la ayuda del uso de tutores.
A comienzos del Siglo XIX, el ingeniero en minería inglés Richard Trevithick, y el inventor norteamericano Oliver Evans, construyeron exitosamente el primer motor de vapor de alta presión. Trevithick utilizó este modelo para propulsar la primera locomotora de vapor del mundo.
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Varios inventores estudiaron relativamente temprano, la idea de crear luz con el encendido de alambres. Entre 1830 y 1840, se llevaron a cabo experimentos con alambres de platino y tiras de carbón, que brillaban con la ayuda de la electricidad. Los bulbos de vidrio ya eran utilizados en ellos para evitar la oxidación. Sin embargo, el platino se consumía rápidamente y las bombas eran incapaces de crear el vacío suficiente. El suministro de electricidad era también un inconveniente, ya que en esos tiempos únicamente se conseguían baterías. No fue hasta 1866 en que Werner von Siemens descubrió el principio del dínamo, y construyó máquinas que proveían un flujo constante de electricidad.
En 1854, el mecánico de precisión alemán, Heinrich Göbel construyó la primera bombilla eléctrica que se consumía durante un período sostenido de tiempo. Utilizó como filamentos hilos de bambú carbonizados, y evacuó el gas del bulbo llenándolo con mercurio, dejándolo luego salir para sellar el bulbo cerrado.
El norteamericano Thomas Alva Edison desarrolló la primera bombilla de luz incandescente comercialmente exitosa, en 1879. Era un bulbo de carbón que se produjo masivamente. También proveyó los accesorios necesarios, tales como interruptores, portalámparas, distribuidores y dínamos apropiados. Como la publicidad ya era importante para el éxito en aquellos tiempos, Edison exhibió una muy admirada instalación de miles de sus bombillas, en la Exhibición de Electricidad de París, en 1881.
En el 1900, se desarrolló el primer filamento de osmio metálico. Este tipo de lámpara de osmio consumía la mitad de energía que la lámpara de carbón, mientras que producía la misma cantidad de luz. En 1903 se desarrolló la primera bombilla con filamento de tántalo en Berlín, y muy poco después, se probaron los filamentos de tungsteno, el metal con el punto más alto de fusión. La lámpara de tungsteno consumía sólo una tercera parte de la energía requerida por la lámpara de carbón, para alcanzar la misma luminosidad – este mismo material es utilizado en las bombillas actuales.
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“El caballo no come ensalada de pepinos” fueron las primeras palabras que el físico y maestro alemán Johann Philipp Reis dijo en su teléfono en 1861. Eligió esta curiosa frase para estar seguro de que se lo entendía palabra por palabra, sin que el oyente fuera capaz de adivinar el significado de la oración a través de la idea original.
Su aparato telefónico era capaz de convertir los sonidos en corriente eléctrica y de reproducirlos en otro lugar. Pero el inventor estaba evidentemente muy adelantado a su tiempo: su creación fue considerada una locura.
En 1872, más de diez años después, el inventor y maestro escocés Alexander Graham Bell construyó en Boston un teléfono electromagnético, con el cual un discurso podía ser transmitido a larga distancia. Su trabajo con personas sordas lo había inspirado para investigar acerca de la creación física del sonido.
El 10 de Marzo de 1876, Bell presentó su Teléfono de Caja al público, en una prueba de aproximadamente ocho kilómetros. El principio básico mediante el cual operaba este equipo, se aplica aún en la actualidad. Una fina membrana de acero absorbe las ondas sonoras de las palabras y vibra en una forma que se corresponde exactamente con la modulación de esas ondas. La membrana convierte el patrón de las ondas sonoras en vibraciones análogas de corriente, cuya intensidad, fluctúa según la modulación original. En el receptor, los impulsos eléctricos son recogidos por un electroimán que hace que otra membrana vibre. Ésta emite entonces las ondas sonoras que la persona al otro lado recibe a través del oído.
En 1877, Thomas Alva Edison logró con éxito establecer comunicaciones telefónicas a través de distancias largas, gracias a la emisión de impulsos eléctricos más fuertes. Más aún, desarrolló también un micrófono y un altavoz por separado. Si el receptor era colgado en el gancho provisto, la conexión se interrumpía. A partir de allí, las cosas comenzaron realmente. La invención del micrófono de carbón en 1878 mejoró significativamente la calidad de la transmisión. En 1884, se creaba la primera línea de larga distancia desde Nueva York hacia Boston, y en el 1900 ya había centrales telefónicas automáticas en casi todo el mundo. En 1956, se instaló el cable transatlántico submarino, para la comunicación telefónica entre Escocia y Terranova y, en 1972, se inventó el video teléfono.
Siempre, y en cualquier lado – comunicación inalámbrica e ilimitada
El teléfono se volvió portátil el 20 de febrero de 1942. Ese día, el norteamericano, Donald M. Mitchell solicitó una patente para su teléfono móvil: el “Radio portátil de transmisión y recepción”. El dispositivo transmitía utilizando ondas cortas, tenía un rango limitado y pesaba no menos de 2,5 Kg.
Tuvieron que pasar otros 35 años antes de que los teléfonos móviles pudieran ser utilizados por la gente común. No fue hasta 1983 que Motorola presentó el primer teléfono móvil comercial del mundo, el "Dyna TAC 8000X".
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En 1876, una impactante idea técnica se hizo realidad: el ingeniero mecánico alemán, Nicolaus August Otto, construyó el primer motor de cuatro tiempos. El principio de “inducción, compresión, ignición y extracción” que él aplicó en su motor de energía de combustión continúa siendo utilizado, sin modificaciones, en los motores fabricados en la actualidad.
El primer motor de combustión funcional, ya había sido construido por el belga Etienne Lenoir en 1859. El motor a gas, que era similar a un motor de vapor horizontal, trabajaba con una mezcla de gas de iluminación y aire. El movimiento del pistón succionaba la mezcla de gases hacia el cilindro, donde era encendido con una chispa eléctrica. La explosión empujaba al pistón nuevamente hacia abajo. En su recorrido, los gases resultantes de la combustión eran expulsados por el otro extremo del pistón, y el trabajo de inducción se repetía.
En 1867, Nicolaus August Otto desarrolló un motor mejorado, conocido como el motor atmosférico de pistón libre. Este motor fue premiado con la medalla dorada en la Feria Mundial de París en 1867, a pesar del ruido que produjo durante su funcionamiento. El hecho de que consumiera combustible, lo hacía un 60 por ciento más rentable que los motores fabricados por otros productores.
En la primavera de 1876, le siguió el “motor Otto”. Se trataba de un motor a gas de cuatro tiempos con carga comprimida, que inicialmente era operado con la ayuda de una llama de gas como fuente externa para la ignición. Justo antes de que finalizara el movimiento del pistón, se introducía la llama en el cilindro, donde encendía la mezcla de aire y combustible, por lo que sólo era posible el uso de combustibles gaseosos. El principio básico utilizado era, y continúa siendo, sencillo: el combustible es succionado, comprimido y luego quemado. En el cuarto tiempo, los gases resultantes de la combustión, son expulsados.
Luego de un corto período de tiempo, el “nuevo motor” de Otto fue rediseñado por Maybach, hasta que estuvo listo para la producción en serie, siendo introducido en el mercado en 1876 con el nombre de “Motor Deutzer A” con una potencia de aproximadamente 3 caballos de fuerza. Ya al año siguiente, la potencia del motor pudo ser aumentada a 5 caballos de fuerza. En 1883, Otto finalmente construyó un motor que también funcionaba con petróleo. Karl Benz perfeccionó el motor de cuatro tiempos y presentó el primer automóvil en 1886.
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Sin microchips, no existirían las calculadoras, las computadoras personales ni las portátiles. Los delgadísimos chips - también llamados circuitos integrados– almacenan cantidades incontables de información.
Los microchips están hechos de silicio, y su producción lleva mucho tiempo. Con el objetivo de crear los patrones conductores actuales, se utilizan diversas técnicas para superponer otros materiales como aluminio o cobre, sobre la superficie de silicio.
Cada partícula de polvo es demasiado: donde casi un billón de transistores se amontonan en apenas un centímetro cuadrado, cualquier contaminación, por pequeña que sea, resulta desastrosa.
El norteamericano pionero en electrónica, Jack Kilby, que fue galardonado con el Premio Nobel de Física por su impactante trabajo en el año 2000, es considerado el inventor del microchip. El físico presentó su microchip al público en los laboratorios de Texas Instruments en 1958. Cinco transistores habían sido soldados sobre una pieza de germanio para crear un circuito – este chip tenía apenas el tamaño de un gancho para papeles.
Las estructuras de los microchips se volvieron más y más pequeñas. Los fabricantes tuvieron éxito al duplicar el número de transistores en un chip cada 18 meses, tal como lo predijo la ley de Moore. Sin embargo, a medida que los tamaños se han reducido a escalas de átomos, los fabricantes se están acercando cada vez más a los límites de la miniaturización. Ha llegado el tiempo de probar acercamientos completamente nuevos. Para ésto, los investigadores están actualmente buscando soluciones tales como el uso de pequeños “mini tubos de carbón”, los cuales esperan utilizar en los microchips del futuro.
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Charles Babbage fue uno de los primeros en lograr grandes avances en la invención de la computadora. Ya en el Siglo XIX, desarrolló el concepto de una máquina calculadora libremente programable, con una memoria, una unidad de control y una calculadora. Sin embargo, sólo fue capaz de concretar su concepto parcialmente.
Finalmente, en 1940, la computadora se hizo realidad. Varios ingenieros tuvieron éxito en desarrollarla en forma independiente, durante la Segunda Guerra Mundial. Sin embargo, en la actualidad, el ingeniero civil alemán Konrad Zuse es considerado “el padre de la computadora”. Zuse había fabricado máquinas calculadoras desde 1936, y en 1941 creó la “Z3”, la primera calculadora controlada mediante un programa. A pesar de que la máquina con la que logró su hazaña era tan grande como tres refrigeradores, ésta ya contenía todos los componentes que tienen las computadoras actuales: el procesador de datos, la memoria y una unidad de salida.
La computadora personal –una computadora de bajo costo para todos
El 12 de agosto de 1981, International Business Machines (IBM), presentó en Nueva York la primera computadora personal, la legendaria "IBM 5150 PC". Había comenzado el increíble ascenso de la computación.
En los Estados Unidos, la primera generación de computadoras personales costó alrededor de 3.500 dólares, incluyendo el monitor. En el año 1981, IBM vendió alrededor de 35.000 de esas computadoras. Pero la demanda creció rápidamente en enormes proporciones. En total, IBM vendió cerca de tres millones de estas primeras computadoras, que estuvieron disponibles hasta 1987.
Ya en 1976, el pionero Steve Wozniak, había fabricado una computadora pequeña y utilizable, la "Apple I". Con un valor de más de 20.000 dólares, era prohibitivamente costosa para aquellos que deseaban utilizarla en sus casas. La "Apple II", que llegó al mercado en 1977, fue la primer micro computadora comercialmente exitosa.
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En febrero de 1804, el primer tren a vapor de la historia hizo su primer viaje. Hasta entonces, los animales habían sido los más importantes medios de viaje y transporte. Ahora era posible transportar cargas más grandes, más rápidamente y a través de mayores distancias.
A fin de cuentas, Richard Trevithick inventó la locomotora de vapor como resultado de una apuesta. Él quería que su locomotora reemplazara a los caballos que arrastraban pesadamente a los carros, desde una fundición hasta un canal cercano.
Las condiciones previas a la innovación del ingeniero inglés, eran dos inventos que ya habían sido realizados: los rieles, utilizados en minería, y un motor de vapor relativamente potente. Entonces Trevithick combinó ambos. Colocó el motor a vapor sobre las vías, y utilizó su potencia para mover las ruedas. ¡La primera locomotora había nacido!
El 13 de febrero de 1804, el tren emprendió su primer viaje. Durante unas buenas cuatro horas, la locomotora de Trevithick recorrió la distancia desde la fundición hasta un canal cercano, a una velocidad máxima de 8 kilómetros por hora. La apuesta había sido ganada.
En 1825, se inauguró en Inglaterra la primera línea ferroviaria pública propulsada a vapor, entre Stockton y Darlington. Sin embargo en un principio, la “Locomotora Nº1” de George Stephenson transportaba únicamente cargas.
En 1829, el ingeniero inglés participó de una competencia con “Rocket”, su locomotora de vapor. Los participantes debían viajar 56 kilómetros, cargar combustible y agua y luego emprender el viaje de regreso transportando una pesada carga. “Rocket” triunfó con un promedio de 24 kilómetros por hora.
El próximo gran proyecto de Stephenson era una ruta ferroviaria entre Liverpool y Manchester. En 1830, se inauguró la primera línea ferroviaria para pasajeros. Dos años más tarde, abrió en Francia la primer línea de trenes propulsados a vapor. Le siguió, en 1835, la apertura de una línea ferroviaria en Alemania. La era del ferrocarril había comenzado.
Con el transcurso del tiempo, la locomotora de vapor fue reemplazada por la locomotora eléctrica y la diesel, que probaron ser más poderosas y rentables. Ya en 1842, el inventor escocés Davidson había construido la primera locomotora con un sistema de energía eléctrica. En 1879, Werner von Siemens desarrolló la primera locomotora con corriente directa, con una potencia de 3 caballos de fuerza. La primera línea ferroviaria eléctrica fue finalmente inaugurada entre Baltimore y Ohio, en los Estados Unidos, en 1894. En 1908, el italiano Belluzo construyó la primera locomotora accionada por turbinas a gas. En 1912 le siguió la primera locomotora diesel, para ese entonces los trenes lograban los 1.000 caballos de fuerza. Velocidades superiores fueron logradas luego por el Shinkansen, el tren de alta velocidad japonés (1964, 210 km/h), el ICE alemán (1988, 406,9 km/h), y el TGV francés con 515,3 kilómetros por hora en 1990.
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Ya durante la Edad Media, existía la idea de un carro que no tuviera que ser tirado por animales o personas. Pero debió pasar mucho tiempo antes de que pudiera ser llevada a cabo. No fue hasta que los motores de Etienne Lenoir (1859) y luego de Nicolaus August Otto (1876) fueran inventados, que se dispuso de motores compactos y poderosos.
En un principio, los ingenieros Gottlieb Daimler y Wilhelm Maybach trabajaron e investigaron en la fábrica Deutzer de motores a gas de Otto. Luego, en 1882, fundaron su propia compañía. Daimler perfeccionó el motor con un tubo de ignición brillante, y utilizó un combustible con una alta densidad de energía – el petróleo. En 1885 construyó una motocicleta junto con Maybach, que fue el primer vehículo con motor a combustión. Su motor de 1 cilindro, también conocido como “reloj de abuelo”, tenía una potencia de 0,5 caballos de fuerza.
Hacia 1885, Karl Benz había mejorado su motor con un sistema de ignición eléctrica, hasta el punto de que le fue posible integrarlo a un vehículo. El vehículo que eligió tenía tres ruedas y un marco de caño de acero. En 1886, Benz obtuvo una patente alemana para el primer automóvil del mundo. Un año después, comenzó la producción en serie del automóvil en su fábrica de Mannheim.
En 1888, Daimler lo siguió con un automóvil de 4 ruedas impulsado por un motor de 1,1 caballos de fuerza. Sin embargo, los primeros automóviles no fueron bien recibidos en Alemania. En cambio, los franceses fueron más abiertos: la tercera compañía automotriz del mundo, la Société des Automobiles Peugeot, fue fundada en 1896 y trabajó arduamente hasta convertirse en uno de los fabricantes líderes de automóviles en el año 1900, con una gama de 15 vehículos a motor.
Como los primeros automóviles eran ensamblados manualmente pieza por pieza, resultaban, en principio, poco económicos. Ésto continuó hasta 1913, cuando el norteamericano Henry Ford revolucionó la industria automotriz con la producción en serie. Como consecuencia, los precios bajaron considerablemente y los gráficos de las ventas se elevaron. Mientras que un Ford T costaba 850 dólares en 1908, luego de la introducción de la línea de montaje, podía conseguirse por 300 dólares. El automóvil se volvió accesible.
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Hace ya 500 años atrás, Leonardo da Vinci se avocó a la tecnología del vuelo y diseñó varios dispositivos voladores. El inglés Sir George Cayley comprendió que esas máquinas voladoras, impulsadas por los músculos y basadas en el movimiento del aleteo de las aves, no conducían a ningún lado, por lo que se dedicó a la construcción de planeadores. Estableció los principales factores del vuelo – el despegue, la propulsión y la dirección– los cuales tuvo en cuenta durante sus intentos de construir aparatos voladores. Finalmente, uno de sus asistentes despegó brevemente con la máquina voladora de Cayley, en noviembre de 1809.
El ingeniero berlinés Otto Lilienthal emprendió el primer vuelo tripulado exitoso, con el fin de cubrir cualquier distancia. En 1891, despegó desde una colina con su planeador de mano y voló 25 metros completos. Durante los años siguientes, Lilienthal realizó más de 2.000 intentos de vuelo y perfeccionó el manejo y la estabilidad de sus aparatos voladores. Sin embargo, no fue capaz de concretar su plan de incorporar un motor a gasolina en un planeador, ya que murió en un choque el 9 de agosto de 1896.
El cerrajero entrenado Gustav Weißkopf, que cambió su nombre por el de Gustave Whitehead después de emigrar a los Estados Unidos, desarrolló un aparato volador con alas, que podían ser dobladas hacia atrás. Se dice que el 14 de agosto de ese mismo año (es decir dos años antes que los hermanos Wright), Weißkopf logró completar exitosamente un vuelo impulsado. Aparentemente, voló una distancia de aproximadamente 800 metros, con su monoplano casero impulsado a motor: el “Nº 21”.
El 17 de diciembre de 1903, Orville Wright se elevó en el aire con el biplano “Flyer I”, el cual había despegado del suelo utilizando la energía de un motor, y voló alrededor de 36 metros en 12 segundos. Orville y su hermano Wilbur realizaron un total de cuatro intentos de vuelo ese día -permaneciendo finalmente en el aire por un total de 59 segundos. Durante esos intentos, su “Flyer”, que estaba equipado con un motor a gasolina de 12 caballos de fuerza, así como con un elevador a diapasón y un timón, voló distancias de entre 36 y 265 metros. Los primeros pasos hacia el vuelo propulsado y controlado habían sido dados.
En 1904, los hermanos Wright fueron los primeros que tuvieron éxito en dirigir un avión y volarlo, realizando un círculo completo. En 1909, el francés Louis Blériot voló sobre el Canal Inglés. El 20/21 de Mayo de 1927, el norteamericano Charles Lindbergh se convirtió en la primera persona en volar sola sobre el Atlántico, sin detenerse. Le llevó 33 horas y media recorrer los 5.810 kilómetros desde Nueva York hasta París.
El año 1939 vio el primer avión a reacción, el “Heinkel 178”. En 1947, el norteamericano Charles Yeager fue la primera persona en quebrar la barrera del sonido con su avión cohete, el “Bell X-1”. En 1952, el jet inglés "De Havilland Comet" anunció el comienzo de la era de los aviones a reacción en la aviación civil. El jet supersónico “Concorde” comenzó a brindar un servicio regular a pasajeros en 1976.
Alrededor de 100 años después de los primeros intentos de vuelos propulsados, está comenzando un nuevo capítulo en la historia de la aviación. Se espera que el "Airbus A380" entre en servicio en el 2006. Con 555 asientos, el gigante volador será el avión de pasajeros más grande que haya despegado jamás.
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