Robots en el valle inexplicable

Esta semana en la empresa hemos terminado de dar los últimos retoques a un robot móvil que hemos construido para un cliente. No puedo quejarme de mi trabajo, la robótica me ha fascinado desde que tengo uso de razón. Supongo que no hay muchas personas que hayan tenido la oportunidad de convertir una vocación tan duradera en una forma de ganarse la vida.

El robot en el que he trabajado es una sencilla estructura de metacrilato y aluminio llena de cables y circuitos. No se parece en nada a la idea de robot humanoide que aparece en muchas películas y novelas de ciencia ficción. Pero aún así resulta curioso cómo la gente no puede evitar una sonrisa cuando lo ve en movimiento por primera vez. Y es que hay algo en los robots, por poco aspecto humano que tengan, que hace que uno los vea como algo más que simples máquinas. Supongo que tiene que ver con que su forma de moverse nos recuerda de alguna manera a un ser vivo.Pero existen robots que son específicamente diseñados para intentar parecer humanos. Y eso tiene sus problemas.

En muchos blogs se ha hablado ya de la teoría conocida como Teoría del Valle Inexplicable. Como otros lo han explicado muy bien antes que yo, no me extenderé en la explicación. En resumen, esta teoría dice que, por alguna razón no muy aclarada (de ahí el nombre de la teoría), objetos que parecen ligeramente humanos generan en las personas sentimientos de simpatía, pero cuando el parecido comienza a ser demasiado realista aparece un sentimiento de rechazo. En el momento en el que el objeto es indisguible de una persona real, el rechazo desaparece. El "objeto" puede ser un robot, un maniquí, un personaje de videojuego, o cualquier otra representación antropoide. Una cara humana está formada por cientos de músculos que se mueven según pautas muy complejas, y el cerebro es un órgano tremendamente eficaz a la hora de descubrir la más mínima anomalía en esas pautas.



Veamos algunos ejemplos de robots en relación con la teoría. En los dos siguientes vídeos vemos dos robots humanoides (androides) diseñados como juguetes. Por ello los diseñadores han tenido cuidado de no hacerlos demasiado humanos, pero además les han dado algunas características adicionales que provocan simpatía (cabezas grandes, ojos grandes...):




Ahora un ejemplo de androide (o debería decir ginoide?) que empieza a acercarse peligrosamente a la zona del valle inexplicable:



Por último, un ejemplo de robot cuyo aspecto se encuentra en el mismo fondo del valle inexplicable. Lo siento mucho por sus diseñadores, pero no creo que a nadie le pueda resultar agradable esa cabeza. Y no es que esté mal hecha, pero... no sé, hay algo demasiado extraño en ella:


Coninua...

El diseño de John Dobson

Continúo desarrollando el tema de los telescopios que empecé en la entrada anterior, y que (aviso para los que les aburra: sois libres de leer otra cosa) me dará para bastantes más. De todos modos, intentaré intercalar de vez en cuando algo diferente para no hacer del blog algo monotemático.

No es mi primera vez en este asunto de la construcción de telescopios. El primero lo construí hace 11 años. Después de un tiempo rediseñé por completo la parte mecánica (montura) para poder situarlo en un observatorio de cúpula, también de cosecha propia. En ambos casos la montura era un artefacto de metal de construcción bastante compleja, y esa complejidad, unida a la falta de herramientas adecuadas, hacía que los instrumentos adolecieran de algunos defectos. Esta vez voy a probar algo diferente. Voy a ir a lo más sencillo, pero también a lo más seguro.

Antes de nada, voy a definir algunos términos. La montura es la parte mecánica que soporta el tubo óptico de un telescopio y es la que permite que éste pueda dirigirse hacia el punto que se desea observar. Una montura altazimutal es la que tiene uno de sus ejes vertical y el otro horizontal. Es el sistema de ejes más sencillo, el que todo el mundo se imagina aunque no tenga ni idea de telescopios. Un eje para girar el tubo hacia arriba y hacia abajo (altura) y otro para girarlo hacia derecha e izquierda (azimut). Una montura ecuatorial es la que tiene uno de sus ejes paralelo al eje de rotación de la Tierra, de forma que es posible compensar el movimiento aparente de los astros haciendo girar al telescopio en torno a él a la velocidad de una vuelta cada 24 horas. Este mecanismo de seguimiento es completamente necesario si se desea hacer fotografía astronómica.

Fue a principios de los 60 cuando un monje hinduista retirado llamado John Lowry Dobson comenzó a construir telescopios reflectores de tipo Newton con un diseño altazimutal que acabaría revolucionando la astronomía amateur. La mayor parte de sus compañeros de afición en aquella época estaban convencidos de que la única forma de construir un telescopio casero de calidad era utilizando caras herramientas de precisión para trabajar metal. Las únicas monturas "serias" eran las ecuatoriales. Eran las únicas que permitían mantener el objeto observado en el ocular durante largos períodos de tiempo, utilizando un motor y engranajes. Y tenían su parte de razón. Pero el diseño de Dobson tenía la enorme ventaja de que no necesitaba herramientas ni materiales caros. Se podía construir una montura muy robusta utilizando poco más que unas tablas de madera y en pocos días de trabajo.


El diseño de Dobson fue perfeccionado por otros, como Richard Berry o Ivar Hamberg, hasta llegar a constituir una obra maestra de la ingeniería, manteniendo el espíritu inicial de sencillez y "baja tecnología". A pesar de su aspecto simplón, cada detalle de una buena montura Dobson está ideado para lograr la máxima robustez y la suavidad de movimiento. La evolución de este diseño ha permitido a los astrónomos aficionados acceder a aperturas cada vez mayores.


En los últimos años una nueva revolución, la digital, ha permitido dotar a los telescopios de tipo Dobson, y a cualquier tipo de montura altazimutal, de sistemas de seguimiento con las mismas prestaciones que los de las monturas ecuatoriales. La automatización necesaria para lograr esto es mucho más compleja, pero eso no es problema, debido al abaratamiento de los componentes electrónicos y a la producción en masa.

Para realizar el seguimiento de un objeto con una montura altazimutal ambos ejes tienen que estar motorizados, sea con motores paso a paso o con servomotores. El sistema de control debe realizar varias veces por segundo la trasformación de coordenadas celestes ecuatoriales a altazimutales, teniendo en cuenta la localización geográfica del telescopio y la fecha y hora actuales. Pero es un desperdicio hacer que el circuito haga sólamente eso, por lo que este tipo de sistemas de guiado tienen siempre muchas más capacidades, hasta el punto de poder convertir el telescopio en un completo sistema automatizado. Un buen ejemplo de este tipo de sistemas es el creado por Mel Bartels, especialmente concebido para su uso en telescopios Dobson, aunque no únicamente.

La conclusión a la que he llegado, como muchos otros antes que yo, es que cada vez hay menos razones para utilizar monturas ecuatoriales. Los grandes observatorios modernos usan invariablemente monturas altazimutales, y por algo será. Espero no tener que cambiar de idea tras acabar de construir el nuevo telescopio
Coninua...

Construyendo un telescopio

Estos días estoy dedicando mi poco tiempo libre a construir un telescopio. Como tengo el blog un poco abandonado he decidido escribir sobre ello e ir comentando aquí mis avances. Hoy explicaré cómo funciona la óptica.

La inmensa mayoría de los telescopios construidos por aficionados son de tipo newtoniano, llamados así, claro está, porque su inventor fue Sir Isaac Newton. A su vez, los telescopios newtonianos son un tipo de telescopios reflectores, lo que quiere decir que su funcionamiento se basa en la reflexión de la luz por medio de espejos, no en la refracción por medio de lentes como es el caso de los telescopios refractores.

Los telescopios reflectores tienen ciertas ventajas: permiten disponer de mayores aperturas (diámetro del objetivo, que al final es lo que más importa) a igualdad de precio, no presentan aberración cromática, no necesitan tubos demasiado largos en comparación con su diámetro... y algunas más. En grandes aperturas, no hay rival para los reflectores. Es curioso que el telescopio refractor (el típico catalejo) siga siendo la imagen que a la gente le viene a la cabeza cuando oyen la palabra "telescopio". Prácticamente todos los grandes telescopios del mundo, incluyendo el Hubble, son reflectores.

En el diagrama siguiente se ve el funcionamiento de un telescopio de tipo Newton.



La luz que viene de un objeto muy lejano (esto es otra forma de decir que sus rayos de luz son paralelos) entra por el extremo abierto del tubo y atraviesa éste hasta el espejo primario. Este espejo es la pieza más importante de todo el telescopio, y la más cara. Su superficie en forma de paraboloide de revolución hace que la luz se concentre en un punto, el punto focal. La distancia entre el centro del espejo y ese punto se llama distancia focal, y al diámetro del espejo se le llama apertura.
Pero de nada sirve concentrar la luz en un punto que se encuentra en medio del camino visual. Hay que desviar la luz hacia otro sitio. Para eso necesitamos otro espejo, llamado secundario, que se encuentra centrado en el extremo abierto del tubo, es plano y está inclinado 45 grados respecto al eje del tubo. Unas chapas metálicas forman la llamada araña, que sustenta el espejo secundario en su posición sin interrumpir apenas el camino de la luz. El punto focal se encuentra entonces a un lado del tubo y fuera de él. Ahí es donde se topa con el ocular, que es un conjunto de lentes que permite que la imagen se forme en nuestro ojo. El ocular se puede intercambiar, con lo lo que lograremos más o menos aumentos de una misma imagen.

Todo el mundo se hace la misma pregunta cuando empieza a comprender el diseño de un telescopio reflector: ¿No tapa el espejo secundario parte del campo visual del telescopio? ¿cómo es entonces que no se ve un círculo negro en medio de la imagen cuando uno mira por el ocular?. Pues sí es cierto que el secundario se interpone en el campo visual, pero el único efecto que eso produce es una ligera reducción de la luminosidad de la imagen (menos de un 4%, en mi telescopio). Para entenderlo rápidamente, digamos que la imagen del espejo secundario está tan "desenfocada" que no se ve. Por la misma razón no podemos ver nuestras propias pestañas. La explicación está en la geometría, pero no voy a explicar más, que ya me estoy enrollando más de lo que pretendía.
Coninua...

El cerebro escindido

La epilepsia es una enfermedad del sistema nervioso central que, en casos extremos, puede llegar a hacer la vida imposible al que la sufre. Aunque la causa de un ataque epiléptico parece no estar muy clara, se sabe que su efecto es un fallo general simultáneo en todo el cerebro. Para explicarlo, algunos neurólogos utilizan como símil cotidiano el acople que se produce en ocasiones entre un micrófono y un altavoz cuando el volumen es demasiado alto (efecto Larsen). Un pequeño sonido es recogido por el micrófono, amplificado y transmitido al altavoz. El micrófono captura de nuevo el sonido más fuerte que viene del altavoz, lo amplifica aún más, lo vuelve a transmitir, y así sucesivamente. En el caso de la epilepsia la perturbación que se transmite no es un sonido, sino impulsos nervisosos que viajan entre los dos hemisferios cerebrales a través del gran manojo de nervios que los une, llamado cuerpo calloso.

En algún momento alguien tuvo una feliz inspiración: Si las perturbaciones causantes de la epilepsia se transmiten por el cuerpo calloso, ¡cortémoslo! Después de todo, no parece que tenga ninguna función importante, sólo está ahí para comunicar entre sí las dos mitades del cerebro.


Este tipo de intervención es conocida como comisurotomía o callosotomía, y efectivamente, con ella se logra eliminar, o al menos reducir, los ataques epilépticos en enfermos graves. Contrariamente a lo que se pueda pensar, cortar un cerebro en dos no tiene un efecto demasiado dramático en su dueño. El individuo sigue con su vida habitual y se comporta de un modo normal. Bueno, casi. Los amigos y familiares no suelen notar nada extraño, pero el paciente se da cuenta de que algo no va del todo bien.

Cada hemisferio de nuestro cerebro procesa parte de la infomación que viene del resto de cuerpo y es capaz de controlar el movimiento de parte del cuerpo. Concretamente, el hemisferio derecho controla el lado izquierdo del cuerpo y procesa la información visual de la mitad izquierda de nuestro campo visual. Y viceversa. Pero los hemisferios no se reparten todos los trabajos de igual manera. Hay tareas que son realizadas principalmente por uno de ellos. Por ejemplo, el hemisferio izquierdo es generalmente el que controla el habla.

En los años 60 un psicólogo llamado Michael Gazzaniga comenzó a estudiar experimentalmente los efectos que tenían sobre los pacientes las operaciones de escisión cerebral. Los resultados fueron tremendamente curiosos, a la vez que muy útiles para aprender cómo funciona nuestra mente. Un experimento típico consistía en mostrar una imagen durante un instante a un paciente, pero únicamente en una de las mitades de su campo visual. Por ejemplo, si al paciente se le muestra la imagen de un tenedor en el lado izquierdo, sólo la ve el hemisferio derecho. Si al paciente se le preguna qué ha visto, no podrá decir nada, ya que es el hemisferio izquierdo el que controla el habla. Sin embargo, si se le manda dibujar lo que ha visto podrá hacerlo, pero sólo con la mano izquierda. La otra no sabrá qué dibujar.

Realmente, la mente de estas personas ha quedado dividida en dos. Son como dos mentes siamesas. Ambas comparten un mismo cuerpo, pero no siempre se ponen de acuerdo sobre lo que deben hacer. Se dan situaciones, por ejemplo, en las que un individuo está intentando bajarse el pantalón con una mano y subírselo con la otra. O está leyendo un libro y tiene que sentarse sobre su mano izquierda porque ésta no hace más que pasar las páginas antes de haberlas leído.

He encontrado un par de vídeos asombrosos sobre los experimentos de Gazzaniga. La mala noticia es que están en inglés y sin subtítulos. Pero incluso aunque no entiendas lo que dicen, creo que es fácil comprender lo que ocurre en cada experimento. Aquí va el primero.


El segundo es más antiguo, pero más explicativo. Es especialmente curioso el momento en el que uno de los sujetos intenta resolver un puzzle con cada mano por separado y después con las dos juntas.


Coninua...

Agua superenfriada

Después de un par de semanas sumamente interesantes de trabajo en el extranjero vuelvo a la vida cotidiana y a continuar añadiendo entradas en el blog. Todavía estoy perezoso, así que hoy toca entrada con poco texto y aprovechando material de Youtube.

He encontrado algunos vídeos que demuestran el comportamiento del agua superenfriada. El fenómeno se produce cuando logramos reducir la temperatura del agua por debajo de cero grados centígrados sin que ésta se congele. El agua superenfriada está en equilibrio inestable. Si añadimos un pequeño cristal de hielo el agua puede comenzar a congelarse repentinamente a su alrededor, utilizando la geometría ordenada del cristal como referencia (fenómeno que se conoce como nucleación). Una agitación o vibración también puede producir el mismo efecto. Por supuesto, el agua no es el único líquido que puede superenfriarse.





Como curiosidad, aquí va la explicación a un fenómeno que observamos habitualmente: En la alta atmósfera existen a menudo gotas de agua superenfriada. Al pasar un avión se producen grandes cambios de presión que hacen que estas gotas se conviertan en diminutos cristales de hielo. Esa es la razón por la que normalmente los aviones que vuelan a gran altura dejan una gran estela blanca tras de sí. Coninua...

Anillos de Niven y esferas de Dyson. Parte II

En la entrada anterior escribí acerca de una hipotética estructura artificial de tamaño colosal llamado anillo de Niven. Larry Niven ideó este tipo de construcción para su novela Mundo Anillo inspirándose en otra estructura aún mayor, imaginada por el genial físico teórico Freeman Dyson: la esfera de Dyson.

Una esfera de Dyson, como se puede uno imaginar si ha leído el post anterior, es una gigantesca esfera artificial cuyo radio sería del orden de una unidad astronómica y que rodearía a una estrella. El objetivo es aprovechar la mayor cantidad de energía de posible de la estrella central.

Dyson propuso su idea en un artículo titulado "Search for Artificial Stellar Sources of Infrared Radiation", en el que explicaba cómo una esfera de ese tipo podría ser algo a lo que toda civilización suficientemente dearrollada tendiese a largo plazo. La esfera que Dyson sugería no era una estructura sólida, como en el caso del anillo de Niven, sino un conjunto enormemente numeroso de elementos independientes. De esta forma no hay problemas con la estabilidad gravitatoria del sistema ni con la resistencia de los materiales utilizados. A pesar de ello la idea de una esfera sólida de semejante tamaño cautivó a algunos autores de ciencia-ficción, que no se dejaron amedrentar por las leyes físicas.

Una forma "realista" de construir una esfera es la llamada "enjambre de Dyson". En este caso los elementos, como los satélites artificiales alrededor de la Tierra, se mantendrían en órbitas individuales alrededor de la estrella. Un conjunto de ellos formaría un anillo circular, otro conjunto formaría otro anillo con un ángulo ligeramente diferente y así sucesivamente, hasta formar una esfera.


El gran problema del enjambre sería la coordinación de las construcciones para evitar choques y ocultaciones entre ellas. Además, cuantos más elementos existan en órbita, mayores serán las perturbaciones gravitatorias entre ellos, perturbaciones que tenderían a desbaratar todo el sistema de órbitas.

Otra forma de construir la esfera, y mi favorita, sería haciendo que cada elemento se sustenga por si mismo, manteniéndose en su posición de forma estática, sin orbitar en torno a la estrella. Esto podría hacerse aprovechando la presión de radiación.


Cada elemento sería una especie de velero con una gran superficie y una masa muy reducida. De este modo se podría lograr que la presión ejercida por la luz y el viento "solar" lo empujen hacia fuera con la misma intensidad con que la gravedad lo atrae hacia adentro. El empuje de la radiación es muy pequeño, por lo que la masa del velero por unidad de superficie tendría que ser muy pequeña, del orden de 0.78 g por metro cuadrado. No existe ningún material tan ligero, pero no parece haber ningún tipo de impedimento físico para lograrlo. Por ejemplo, se ha sugerido que podría ser posible la fabricación de mallas a base de nanotubos de carbono cuya densidad superficial sería menor a 0.1 g por metro cuadrado. Claro que no todo serían velas. Harían falta mástiles para soportarlas y dirigir la tensión, y sobretodo, habría que tener en cuenta la masa de la carga útil. Para sustentar un pequeño peso haría falta una enorme superficie de velas.

Una de las conclusiones a las que Freeman Dyson llegó fue que una esfera que englobe a una estrella, no importa cómo esté construida, reemitiría parte de la radiación absorbida en forma de infrarrojos. La radiación, además, presentaría el espectro de emisión de un cuerpo negro a una temperatura de unos 300 grados Kelvin. Es un resultado muy interesante, porque una esfera tan grande emitiendo en infrarrojos puede observarse desde muchos miles de años luz de distancia. Se han realizado y se siguen realizando investigaciones serias cuyo objetivo es localizar posibles esferas de Dyson.

Lo mejor de todo es que se han encontrado objetos cuyas características parecen corresponder con las esperadas para una esfera de Dyson. Sólo de pensar en las implicaciones de un resultado así hace que a uno se le pongan los pelos de punta, ¿no?. De todas formas no hay que dejarse llevar, ya que pueden existir explicaciones naturales para los fenómenos observados. Por ejemplo, una nebulosa oscura y densa rodeando una estrella podría emitir con una distribución de radiación infrarroja similar a la de una esfera de Dyson.
Coninua...

Anillos de Niven y esferas de Dyson. Parte I

En 1970 Larry Niven publica "Mundo anillo", una obra de ciencia ficción, ya convertida en clásico, que ha cautivado como pocas otras la imaginación de varias generaciones de lectores. En su libro Niven describe una estructura artificial de proporciones colosales, casi inimaginables, conocida ahora como "anillo de Niven".

Un anillo de Niven es el resultado de la desesperación de una raza extraterrestre con un enorme desarrollo tecnológico por aumentar su espacio vital, como consecuencia de la superpoblación que existía en su planeta natal. La idea es construir una estructura que abarque toda la órbita del planeta alrededor de su estrella. Un anillo con una cara plana, habitable, mirando hacia dentro y cuyo radio sería el idóneo para recibir la cantidad justa de energía de la estrella. La aceleración centrípeta producida por la rotación del anillo sustituiría a la aceleración gravitatoria.


Niven describe el anillo de su novela como un paraíso desde el punto de vista humano. Así, la estrella central es de tipo espectral G3 (el Sol es de tipo G2, muy parecido), el radio del anillo es de aproximadamente una unidad astronómica y la "fuerza de la gravedad" es 0.992 veces la terrestre. Unas enormes cordilleras de 1600 kilómetros de altura en los bordes del anillo retienen los gases de la atmósfera, evitando que se dispersen hacia el vacío del espacio. Además, los períodos de luz y oscuridad son producidos por otro anillo interior formado por placas separadas entre sí que proyectan su sombra en el anillo principal. La rotación diferencial de los dos anillos produce una secuencia periódica de intervalos de sombra y luz que actuaría como los días y las noches terrestres.

No es fácil hacerse una idea de las dimensiones de una estructura así. Está alejada en muchos órdenes de magnitud de las escalas a la que nos movemos las personas. Haciendo cálculos resulta que la circunferencia total sería de unos 970 millones de kilómetros. Eso son unos 54 minutos-luz. Las comunicaciones entre dos puntos opuestos del anillo serían realmente lentas. La superficie habitable del anillo, teniendo en cuenta la anchura de 1600000 Km descrita por Niven, sería de unos 3 millones de veces la de la Tierra. Suficiente para vivir cómodamente y sin apreturas, diría yo.

Pero aparte de las dificultades obvias de carácter práctico que acarrearía su construcción, resulta que un anillo de Niven no es una estructura físicamente posible, al menos según los conocimientos actuales. Para empezar, la tensión que debería soportar el material del que está construido el anillo sería del orden de la interacción nuclear fuerte, que es la que mantiene unidos los neutrones y protones dentro del núcleo de los átomos. No se conoce ningún material ni remotamente parecido, y no hay muchas posibilidades de que algún día se pueda conseguir. Por otro lado está el problema de la inestabilidad gravitatoria. El anillo, como hicieron saber algunos físicos del MIT (aunque no hace falta ser físico para calcularlo), no se mantendría en su posición por sí solo, ya que la tracción gravitatoria de la estrella central tiraría de él con la misma intensidad en cualquier dirección.

Es una lástima que una estructura así no pueda existir, pero eso no quiere decir que no podamos disfrutar imaginándola. Para eso están las novelas de ciencia-ficción. Además, nunca se sabe cuántas cosas nos quedan por descubrir. Como dice la tercera ley de Clarke: "cualquier tecnología suficientemente avanzada es indistinguible de la magia".

Y ya puestos a no reparar en las limitaciones de la tecnología actual, vamos a dar una vuelta de tuerca más. El anillo de Niven es una obra de ingeniería imponente, pero tiene un hermano mayor: la esfera de Dyson. Hablaré de ella en la siguiente entrada.
Coninua...