Las ramas de la ciencia no son disciplinas estancas que nada tienen que ver unas con otras. De hecho, cuanto más se retroalimenten entre sí, mejores serán los resultados. Tenemos el gran ejemplo de las vacunas del coronavirus, que surgieron de la colaboración entre bioquímicos, inmunólogos y médicos, entre otros profesionales. También hace poco un equipo de informáticos y biólogos ha unido fuerzas para intentar desentrañar el lenguaje de las ballenas. Y no es raro ver a los matemáticos uniéndose a los médicos, por ejemplo, para predecir la evolución de las epidemias. Por eso, no debería sorprendernos que muchos de los objetos cotidianos que usamos en nuestro día a día o que se emplean en sectores profesionales como la medicina provengan de la actividad de una ciencia que aparentemente nada tiene que ver: la astronomía.
Generalmente se trata de tecnologías que surgieron para resolver un problema en astrofísica, o incluso en la carrera espacial, y después pudieron adaptarse para su uso en otras disciplinas.
Los hay de todo tipo. Algunos los usamos cada día, casi sin darnos cuenta. De hecho, si estás leyendo este artículo estás usando al menos una de esas tecnologías. Pero puede que a lo largo de tu día hayas estado en contacto con alguna más. Aquí va una pequeña lista con ejemplos de algunos de ellos.
Hacia la astronomía y más allá
Antes de empezar a hablar de ejemplos de tecnologías que saltaron de la astronomía a los objetos cotidianos, vale la pena recordar por qué es importante invertir en esta disciplina. Por supuesto, por el conocimiento científico que nos aporta. Pero también porque, sin darnos cuenta, puede llegar a hacernos la vida mucho más sencilla.
Y sobre ello hemos hablado con Ana Guijarro Román, astrónoma técnica coordinadora del Observatorio de Calar Alto, en Almería. “El avance tecnológico y los inventos aparecen de tener una necesidad muy concreta y de desarrollar instrumentación que la solucione”, explica. “Hacerlo a nivel casero es menos eficaz, aunque posible. Cuando realmente se consiguen beneficios colaterales para el resto de la sociedad es cuando hay un proyecto específico en el que se involucran varios grupos y empresas y obtienen productos que además de solucionar la necesidad que había son capaces de dar el salto a la comercialización y al abaratamiento del invento”.
Y esto es algo que se tiene en cuenta a la hora de encontrar esa necesaria inversión. “En el desarrollo de esos aparatos siempre hay un enorme avance tecnológico que implica también una inversión económica grande”, señala Guijarro. “Para convencer a los inversores (pueden ser empresas o grupos privados o el mismo Estado a través de los centros de investigación, universidades, institutos...) hay que, en cierto modo, demostrar el triunfo del invento y la gran utilidad que va a tener para la ciencia, pero también hacerles ver que esa inversión conlleva un avance tecnológico en la región donde se realice”.
La tecnología por la que estás leyendo esto
No podíamos comenzar esta lista sin hablar del Wi-Fi, esa tecnología que nos permite conectarnos a internet allá donde vayamos, sin necesidad de cables.
Su invención es apasionante, pues comenzó para vencer a los nazis durante la Segunda Guerra Mundial, se reinventó para detectar pequeños agujeros negros y finalizó permitiendo que puedas estar leyendo este artículo en este mismo momento.
Los cimientos de esta tecnología los puso la gran Hedy Lamarr. Esta era una actriz muy famosa de principios del siglo XX, además de una gran amante de la ingeniería. Su gran problema fue casarse con un comerciante de armas simpatizante de los nazis, celoso y posesivo, que le prohibió tanto trabajar como actriz como estudiar ciencias. Aun así, ella, que tenía una gran inteligencia, fue formándose sin acudir a ninguna universidad, leyendo en casa y preguntando a los ingenieros de la fábrica de municiones de su marido, cuando le acompañaba en sus visitas. Así adquirió los conocimientos que no dudó en poner a disposición de las fuerzas Aliadas cuando consiguió escapar de él.
El Wi-Fi comenzó con el invento de Hedy Lamarr
Supo que los aviones que se enviaban a combatir contra los Nazis eran captados fácilmente por las fuerzas enemigas. Por eso, junto al músico George Antheil, diseñó un sistema de comunicación con señales radioeléctricas inmune a ruidos e interferencias, que además resultaba difícil de reconocer e interpretar. No llegó a usarse para esta guerra, pero terminó teniendo una gran utilidad para el ejército.
Y no solo eso. También fue usado por John O’Sullivan, un radioastrónomo australiano que en 1999 se basó en aquella tecnología, conocida como técnica del espectro expandido, para diseñar un mecanismo capaz de mejorar el procesado de las imágenes obtenidas con los interferómetros y detectar de forma más precisa y eficiente la explosión de pequeños agujeros negros.
Más tarde, esa tecnología inalámbrica evolucionó para usarse a grandísima escala como el Wi-Fi que conocemos hoy en día.
Objetos cotidianos: de la astronomía a tu cocina
Ana Guijarro nos ha contado un caso especialmente interesante de aplicaciones de la investigación en astronomía para el desarrollo de objetos cotidianos.
Como siempre, todo surgió con la aparición de un problema que había que solucionar. “Se necesitaban espejos para los telescopios cada vez más grandes para poder detectar objetos más lejanos”, narra. “Los espejos más grandes tenían que seguir siendo muy precisos y perfectos para llegar a los límites de resolución óptica. Además tenían que ser indeformables para que el propio peso del espejo no lo doblara y se obtuviera imágenes distorsionadas”.
El material con el que están fabricadas las vitrocerámicas de cocina surgió para fabricar espejos para telescopios
Y fue el óptico Carl Zeiss el que encontró una ingeniosa solución para ese problema. Al menos, él fue el que dio con el material de partida. “Esa búsqueda de encontrar el material del espejo llevó al óptico Carl Zeiss al descubrimiento de la cerámica vitrificada, que era prácticamente indeformable ante flexiones y, lo más importante, ante diferencias de temperaturas”, explica la astrónoma consultada por este medio. “Junto a Otto Schott fundaron una empresa productora de esos materiales vitrocerámicos de Zerodur y Ceran, con los que se construyen la mayoría de los espejos del mundo, y además dieron el salto a fabricar unas placas para usarlas en las cocinas debido a su gran resistencia al calor y a los cambios de temperatura".
Al producir mucho pudieron abaratar los costes y ofrecer un producto que se podía comercializar. Y así fue como nació esa vitrocerámica que tantas personas tienen en sus casas hoy en día.
¿Qué tienen que ver las estrellas con el termómetro de oído?
Los termómetros de oído son objetos cotidianos porque muchas personas tienen uno en casa para medir la fiebre, especialmente a los niños.
La tecnología que emplean resulta de gran utilidad para este fin, pero antes de eso fue-y sigue siendo- muy útil para los astrónomos, como también nos cuenta Ana Guijarro. “Para conocer, entre otros parámetros, la composición, la temperatura, la velocidad o la distancia de los astros del cielo lo único que tenemos es su luz”, comienza. “Examinando esa luz tenemos que ser capaces de responder esas incógnitas. ¿Cómo lo hacemos? Pues recolectando esa luz, los fotones, de la manera más completa y precisa posible. No nos conformamos con recoger la luz que nos llega en el rango del visible, que es la que detectan nuestros ojos, hay otros rangos de luz que nosotros no vemos, pero otros instrumentos sí”.
Esto es algo que se aplica en astronomía, pero también en otras disciplinas de la ciencia, como la química, pues podemos conocer la composición de una sustancia al observar cómo emite y absorbe la luz en cada frecuencia.
El termómetro de oído calcula la temperatura determinando la longitud de la onda de las radiaciones que se emiten desde el cuerpo
También es útil en medicina. “Cada rango de luz me ofrece una información del astro del mismo modo que ocurre cuando detectamos el cuerpo humano con rayos X y solo vemos sus huesos, o lo miramos con una cámara infrarroja con la que solo veríamos las partes con distintas temperaturas, como las venas o el corazón”, compara Guijarro. “Con los astros pasa lo mismo, podemos usar detectores de luz infrarrojos y veríamos las estrellas más viejas y frías, o detectores ultravioletas y ver las estrellas jóvenes y calientes. Tenemos una ecuación que nos relaciona la temperatura con el máximo de radiación que emite un cuerpo; así que, si detectamos ese máximo, sabremos la temperatura de un cuerpo celeste, sin tener que ponerle un termómetro de contacto”.
Y ya hemos llegado al termómetro, porque eso precisamente es lo que hacen los termómetros de oído. “Detectan la radiación que emitimos y nos dan su temperatura. Si estamos a 37º C emitiremos radiación a longitudes de onda de 935 nm, luz infrarroja. Si emitimos a 926 nm es que estamos a 40º C”.
Del telescopio a tu móvil
Los primeros astrónomos solo disponían de sus ojos para mirar al cielo. Después surgieron los primeros y rudimentarios telescopios. Pero sus ojos seguían siendo la principal herramienta que les permitía captar y procesar las imágenes que veían a través de ellos.
Los primeros humanos, fuese cuál fuese su profesión, solo disponían de su propia voz para comunicarse. Más tarde llegaron las notas enviadas por mensajeros, el correo postal y los telegramas. Pero la comunicación sin duda experimentó una gran revolución cuando irrumpió en ella la invención de uno de los objetos cotidianos más famosos: el teléfono.
" Dentro de todos nuestros móviles hay un CCD, desarrollado en astronomía, que toma las fotos más bonitas de nuestras familias "
Ana Guijarro, astrónoma
Tanto los telescopios como los teléfonos siguieron avanzando, de modo que los que hoy tenemos nada tienen que ver con los primeros. Y de todas las mejoras que se introdujeron en ambos inventos la cámara de fotos fue una de las más importantes. Por eso, no es raro que algunas de las tecnologías desarrolladas para mejorar el procesado de imágenes de los telescopios hayan terminado saltando hacia nuestros smartphones. Es el caso, por ejemplo, del CCD.
Bueno, en realidad estos dispositivos se inventaron con otros propósitos, relacionados con el almacenamiento y la captura de datos. Sin embargo, fue en astronomía en la rama en la que más rápido se perfeccionaron, ya que permitían simplificar el proceso de adquisición y procesado de imágenes con los telescopios. Y después llegó el gran salto. “Este desarrollo ha sido exponencial y el paso a la comercialización fue muy rápido, llegando a ser dispositivos muy pequeños, eficientes y sobre todo, muy baratos, de modo que ahora mismo todos llevamos uno encima”, señala Ana Guijarro. “Dentro de todos nuestros móviles hay un CCD, desarrollado en astronomía, que toma las fotos más bonitas de nuestras familias”.
Objetos cotidianos para no salir ardiendo
No todo es investigación en astronomía. Son muchos los objetos cotidianos que han surgido a raíz de la carrera espacial. Ejemplos de ello son el velcro, cuya fama llegó cuando la NASA lo introdujo en sus trajes espaciales, o los tejidos ignífugos, que también forman parte de las vestimentas de los astronautas.
Pero no solo de tejidos vive el astronauta. Durante la carrera espacial se han desarrollado numerosos inventos dirigidos a mantenerles a salvo en sus estancias más allá de la Tierra. Por ejemplo, es el caso del detector de humos. Aunque, en realidad, para conocer el origen de este invento tenemos que viajar un poco más atrás, cuando solo la imaginación de Julio Verne había visitado ya el espacio.
El primer detector de humos se patentó en 1890
En 1890, el físico estadounidense Francis Robbins Upton patentó el primer detector de fuego eléctrico. Poco después, en 1902, se inventó una pequeña variación del mismo en Europa, de la mano del ingeniero electricista George Andrew Darby.
El aparato en cuestión disponía de un circuito eléctrico que se cerraba si la temperatura de la estancia superaba un límite que se estableció en relación al calor que se suele alcanzar en presencia de fuego. Si esto ocurría, saltaba una alarma.
Aquel dispositivo se fue perfeccionando y adaptando a diferentes circunstancias, pero fue la carrera espacial la que más lo acercó a lo que conocemos hoy en día. Ocurrió en los años 70 del siglo pasado, cuando la NASA se unió a la compañía Honeywell para desarrollar un mecanismo que permitiera detectar la presencia de un posible incendio incipiente en Skylab. Este era el nombre que se dio a la primera estación espacial estadounidense, que orbitó la Tierra desde 1973 hasta 1979. La mejora principal que incluyó el detector de humos de Skylab es que se podía ajustar a diferentes niveles de sensibilidad, para evitar falsas alarmas.
Era el detalle que le faltaba a aquel invento de Upton y Darby; que, más de un siglo después, ha salvado millones de vidas. Sobre todo en la Tierra, pero también en el espacio.
También en programación
Más allá de los objetos cotidianos, la carrera espacial y la astronomía han perfeccionado herramientas que han resultado tener multitud de aplicaciones aquí en la Tierra.
Es el caso de algunos lenguajes de programación, como el IDL. Este es un lenguaje orientado al análisis de datos, que se desarrolló por primera vez en los años 70, en el Laboratorio de Física Atmosférica y Espacial de la Universidad de Colorado Boulder.
Este lenguaje se usa en muchos ámbitos, como la búsqueda de petróleo
Una de sus primeras aplicaciones fue interpretar la información obtenida por Mariner 7 y Mariner 9, dos naves espaciales robóticas que la NASA envió para explorar Marte en 1969 y 1971, respectivamente.
Desde entonces, se ha usado en multitud de misiones espaciales. Por ejemplo, la Agencia Espacial Europea (ESA) lo usó para procesar casi todas las imágenes del cometa Halley tomadas por la nave espacial Giotto en los 80. Además, ha sido esencial para identificar y reparar algunas anomalías en el Telescopio Espacial Hubble.
Este lenguaje de programación se desarrolló con este tipo de fines, pero con el tiempo se le han ido dando otras aplicaciones mucho más terrestres. Literalmente, pues algunas compañías petroleras ya lo están usando para la búsqueda de combustible.
Astronomía para salvar vidas
Durante siglos, la astronomía ha tratado de desentrañar algunos de los misterios que el ojo no ve.
La medicina busca lo mismo, aunque con misterios diferentes. Por eso, algunas de las herramientas que se han usado para escudriñar la inmensidad del universo se han adaptado con el paso del tiempo para indagar en el interior del cuerpo humano.
La técnica de síntesis de apertura está detrás de herramientas como la tomografía computarizada o la imagen por resonancia magnética
Y no hay mejor ejemplo de todo esto que la técnica de síntesis de apertura. Este es un tipo de interferometría. Es decir, utiliza la superposición de ondas para provocar el fenómeno de interferencia y aprovecharlo para extraer información. Se usa para mezclar señales de un conjunto de telescopios, produciendo imágenes con la misma resolución angular que tendría un instrumento tan grande como todos los telescopios juntos. Lo desarrolló el equipo del astrofísico Martin Ryle, quien en 1974 se llevó el Premio Nobel precisamente por este invento. Desde entonces se ha empleado en tareas tan impresionantes como la obtención de la primera imagen de un agujero negro.
Pero no solo se ha usado en astronomía. Esta tecnología está detrás de herramientas tan usadas en medicina como la tomografía computarizada, la imagen por resonancia magnética o la tomografía de emisión de positrones. No se trata de objetos cotidianos que tengamos en casa, pero sí de una gran herramienta que ayudó tanto a poner cara por primera vez a un agujero negro como a obtener millones de diagnósticos en todo el mundo.
Lo que queda por llegar
A pesar de la cantidad de años que hace que la astronomía ha intervenido en el desarrollo de objetos cotidianos y ha colaborado con otras ramas de la ciencia, esto no ha hecho más que empezar.
Aún nos queda mucho por conocer en este aspecto. De hecho, Ana Guijarro nos cuenta que algunas tecnologías están avanzando muchísimo actualmente en su carrera de diversificación a otras ramas de la ciencia. Es, por ejemplo, el caso de la óptica adaptativa.
“Por culpa de la atmósfera terrestre las imágenes en astronomía aparecen borrosas. Como solución tenemos la opción de mandar telescopios al espacio en satélites artificiales. O podemos corregir las imágenes que obtenemos en los observatorios conociendo la perturbación que produce la atmósfera en ese momento. Es decir, usar la óptica adaptativa, que se basa en la deformación de un espejo especial dependiendo de las aberraciones ópticas que produce la atmósfera. Ese espejo deformable se adapta a esas aberraciones y las corrige de tal forma que las imágenes del astro las obtenemos con la calidad y nitidez que tendríamos si no tuviéramos atmósfera. Para esto necesitamos que el espejo deformable aprenda y corrija a un ritmo de unas 1000 veces por segundo. Este gran desarrollo está ocasionando aplicaciones en campos como la oftalmología, redes neuronales, inteligencia artificial... Y todo lo que queda por venir”.
Ana Guijarro, astrónoma
Podemos estar preparados, porque la astronomía aún tiene muchos regalos que hacer a la sociedad. Es cierto que se necesita mucha inversión, pero la repercusión que tiene sobre otros ámbitos es impagable. Porque la ciencia siempre debe estar al servicio de la sociedad y eso es algo que los astrónomos saben bien. “Los científicos estamos casi obligados a salir de nuestros laboratorios y observatorios para enseñar lo que hacemos y que la gente conozca de primera voz la investigación y los desarrollos tecnológicos que ocurren a su alrededor”. La mejor posesión de un ser humano es su libertad. Y por eso todo esto es tan importante; porque, como bien nos cuenta Guijarro, “una población con conocimiento es menos manipulable y más libre”.
