Mostrando las entradas con la etiqueta Juan Carlos Colín Ortega. Mostrar todas las entradas
Mostrando las entradas con la etiqueta Juan Carlos Colín Ortega. Mostrar todas las entradas

viernes, octubre 10, 2014

El engaño digital

Autor: Juan Carlos Colín Ortega, si quieres conocer más datos del autor, haz click aquí
Publicado en E-Consulta el 10 de septiembre de 2014


Todos los días somos engañados por algún aparato digital. Lo digital es algún fenómeno convertido a números, ¿cualquier clase de números?
En la naturaleza los fenómenos que observamos ocurren de forma continua, los objetos no aparecen y desaparecen intempestivamente y cuando así lo parece, es porque el objeto se movió o creció muy rápidamente y en realidad no apareció o desapareció un instante después. A esta continuidad o suavidad o encadenamiento de formas y sucesos en la naturaleza se le registra en ciertos ámbitos científicos, con instrumentos igualmente continuos a los que se les ha llamado analógicos. Podemos decir que fenómenos continuos son todos los cotidianos, todos los de siempre, todos los que se dan por naturaleza. La vibración de las cuerdas de un violín, el aire que vibra con ellas generando espacios alternados de baja y de alta presión, que nuestro tímpano detecta y nuestro oído procesa, todos ellos son ejemplos de procesos continuos. La medición de la velocidad en el tablero de un automóvil se realiza mediante la posición de una manecilla o aguja, siendo este el caso de un instrumento analógico (el velocímetro de aguja) que mide un proceso continuo (la velocidad del automóvil).
Si medimos repetidamente a lo largo del tiempo el nivel de alguna variable de un proceso observado, estaremos realizando un procesamiento llamado muestreo. Estamos tomando muestras del nivel de esa variable. La variable que se mide puede ser cualquiera: presión atmosférica o sanguínea, temperatura, posición, velocidad, aceleración, intensidad acústica, humedad o cualquier otra. Frecuentemente los instrumentos utilizados para medir este tipo de variables físicas nos generan una fluctuación eléctrica (señal analógica) proporcional a la fluctuación de la variable física. De esta forma, después de realizar el muestreo de una variable, tendremos una colección de todas las muestras que se tomaron en un determinado tiempo. Si a cada muestra se le asigna un número correspondiente a su magnitud, entonces el conjunto de estos números es la representación digital de la señal analógica correspondiente a la variable de interés. En tiempos recientes, la forma en la que almacenamos estos números es en conjuntos especiales de valores altos y bajos llamada código binario.
Las computadoras están construidas sobre una base de semiconductores (componentes electrónicos) a la que llamamos "electrónica digital". Está electrónica está diseñada para almacenar y procesar valores de voltaje que pueden pertenecer a dos categorías solamente: voltaje alto y voltaje bajo. De esta forma podemos almacenar valores altos (verdaderos, unos) mediante los voltajes altos y almacenar valores bajos (falsos, ceros) mediante voltajes bajos. Esta es la razón por la cual se utiliza el código binario en el almacenamiento de información computacional y es también la razón por la cual, la matemática de los números binarios es de capital importancia en el diseño y optimización de las computadoras. A esta matemática de lo binario la llamamos "booleana" o "de Boole" en honor al matemático inglés George Boole que vivió en el siglo XIX y desarrolló la matemática específica de números que solamente pueden tomar dos valores: el uno y el cero.
Con la evolución de la tecnología es entonces posible desde hace algunas pocas décadas registrar un fenómeno continuo mediante una serie de números binarios que a fin de cuentas no son otra cosa que una secuencia de unos y ceros. En un principio esto era un asunto de laboratorios de investigación avanzada pero hoy es exactamente lo que se realiza cuando escuchamos música de un CD, cuando vemos una película de un DVD o cuando accedemos a la Internet. Todo: fotografías, sonidos, videos, textos… todo está guardado como secuencias de unos y ceros.
Los medios para guardar un fenómeno de forma analógica como en un disco de acetato o como en una película de cine fotosensible se deterioran con el tiempo y con el uso hasta que dejan de servir. Cuando este medio es la digitalización, el registro no se deteriora con el tiempo ni con el uso por más frecuente que este sea. Esto no impide que pueda ser destruido por accidente o por dolo. El registro digital tiene también la particularidad de ser portable, esto significa que puede enviarse a través de algún medio de comunicación de datos como la Internet. Por otra parte, el registro del fenómeno puede copiarse de forma perfecta una y otra vez, lo cual representa un problema cuando el fenómeno es una obra con propiedad intelectual. Una copia hecha a mano de una pintura valiosa puede engañar a algunos pero el fraude será detectado por el experto. En el caso de una copia digital de una obra, la copia es exactamente igual al original de forma total.
Disfrutamos las obras digitales porque al observarlas sentimos estar observando el fenómeno real que representan. La digitalización se realiza lo suficientemente detallada (resolución) como para que los sentidos del ser humano sean engañados. El sonido se muestrea más de cuarenta mil veces por segundo para que al reconstruirse, se generen detalles del fenómeno que están en el límite máximo de la frecuencia sonora que el oído humano puede detectar. Se generan millones de colores diversos en las pantallas de televisión para que el sentido de la vista sea engañado y se sienta estar observando una excelente fotografía. La digital es una magnífica tecnología que nos permite usar la computación y la comunicación visuales e interactivas. Por otro lado, es magnífico tener un mundo continuo para vivirlo y sentirlo analógicamente.

lunes, noviembre 25, 2013

Tú tenías mucha razón, le hago caso al corazón

Autor: Juan Carlos Colin Ortega
Publicado: La Primera de Puebla, 19 de noviembre de 2013

    Desde hace un siglo se utiliza la observación de la actividad eléctrica del 
corazón para evaluar su funcionamiento por encima de otros métodos 
como la auscultación; hoy gracias a la tecnología computacional, esto  podría cambiar. El corazón humano es uno de los órganos esenciales sin  cuyo funcionamiento la vida no podría continuar en el organismo. El  corazón en cada latido realiza un ciclo complejo controlado por el sistema  nervioso autónomo junto con múltiples y sofisticados sensores de  condiciones fisiológicas en el organismo. La función primordial del  corazón es hacer circular la sangre a través de todo el cuerpo para fines  de nutrición y oxigenación de las células que lo componen. El ciclo inicia  cuando se recibe la sangre venosa cargada de dióxido de carbono, que  viene de todo el organismo, en la cavidad llamada aurícula derecha que  una vez llena se contrae para que la sangre pase a través de la válvula  Tricúspide hacia otra cavidad llamada ventrículo derecho. Este ventrículo  al contraerse envía la sangre a través de la válvula Pulmonar hacia los  pulmones para que sea depurada del dióxido de carbono y enriquecida con  oxígeno regresando después a través de la vena pulmonar hacia la  aurícula izquierda. Una vez llena esta aurícula, se contrae para hacer  pasar esta sangre a través de la válvula Mitral hacia el ventrículo  izquierdo que es la estructura muscular más fuerte de todo el corazón. El  ventrículo izquierdo se contraerá para hacer pasar la sangre a través de la  válvula Aórtica hacia la arteria más grande del organismo llamada Aorta y  de ahí hacia todos los órganos del cuerpo humano para cumplir su misión  de oxigenación. Todo este ciclo se efectúa por medio de contracciones  musculares del corazón, mismas que son disparadas por señales  eléctricas. Existe una acumulación de células nerviosas especiales qué  hacen las veces de un marcapasos fisiológico natural del corazón; este cúmulo celular se conoce como Nodo Atrial. Este nodo emite una señal  eléctrica que dispara la contracción de las aurículas y que además es detectada por otra acumulación de células llamada Nodo Aurículo- Ventricular, el cual genera un retraso natural para dar tiempo de que la  sangre pase de las aurículas hacia los ventrículos y una vez transcurrido  este tiempo de espera, el nodo emite una señal eléctrica que se conduce a  través de un conductor natural llamado ?Haz de His? para desde ahí  diseminarse por todo el tejido muscular ventricular a través de las fibras  de Purkinje iniciándose la contracción ventricular. El ciclo eléctrico puede  registrarse mediante un instrumento llamado Electrocardiógrafo que fue  desarrollado por el médico holandés Willem Einthoven en los albores del  siglo 20 y desde entonces se utiliza como uno de los principales medios  para valorar el estado del corazón humano. Este instrumento genera una  gráfica llamada Electrocardiograma que puede ser interpretada por los  médicos para detectar patrones de funcionamiento en la fisiología  cardiaca. Mediante la observación de la actividad eléctrica es posible  detectar anomalías en la fisiología como: zonas del corazón que han  dejado de funcionar por motivo de un infarto o problemas en la  conducción eléctrica al interior del corazón conocidos como bloqueos de  rama, entre otras afecciones. Además del fenómeno eléctrico, el corazón  al funcionar también hace ruido. Considerando que el sonido es un  fenómeno vibratorio, es necesario observar al corazón cómo un  mecanismo. El corazón es similar a un par de bombas de tipo pistón  acopladas, que realizan su ciclo de bombeo de 80 a 100 mil veces cada día  desplazando una cantidad de líquido equivalente a un tinaco de agua de  los que se instalan en las azoteas de las casas. El corazón contiene cuatro válvulas unidireccionales de fluido (tipo ¿check?) que  impiden que la sangre regrese a la cavidad de origen. Las válvulas al abrir  y cerrar generan vibraciones que se convierten en sonido. Por otra parte  la sangre al pasar rápidamente por estructuras estrechas del corazón  genera ruido de tipo turbulento. La combinación de todos estos ruidos da  como resultado el sonido del corazón. La gráfica de este sonido se conoce  como fonocardiograma. En el fonocardiograma pueden observarse cuatro  sonidos principales que generalmente corresponden a un latido normal de  corazón sano. También pueden aparecer otro tipo de ruidos conocidos  como ¿soplos? que en personas adultas suelen indicar anomalías en la  función del corazón. Mediante la observación del sonido cardiaco es  posible detectar principalmente anomalías en el funcionamiento de las  válvulas como son la estenosis o la insuficiencia valvular, así como otro  tipo de bloqueos y conducciones anormales. Con la tecnología  computacional actual es posible aplicar la inteligencia artificial en el  análisis y procesamiento de fonocardiogramas digitalizados obteniéndose  un producto que puede romper con la idea de que el registro del sonido  cardiaco tiene poco impacto en el diagnóstico médico. Si se logra  potenciar el beneficio del uso del sonido del corazón humano mediante la 
aplicación avanzada de hardware y software y así aumentar  considerablemente el valor diagnóstico de este tipo de pruebas, se habrá  descubierto un camino más económico y accesible para atención médica  en lugares marginados o apartados de las ciudades. La innovación se dará  con el uso de un instrumento que podría llamarse fonocardiógrafo digital  de nueva generación o como le llamaron en 2012 en el Hospital número 20  del IMSS ¿La Margarita? en la ciudad de Puebla, México cuando La Ibero  Puebla presentó un proyecto sobre fonocardiografía digital: ¿Un  instrumento diagnóstico renovado?.

lunes, septiembre 23, 2013

AC / DC La Gran Batalla

Autor: Juan Carlos Colín Ortega
Publicado: Síntesis Puebla, 03 de septiembre de 2013

La corriente alterna (AC) pronto tendrá que compartir su reinado con la corriente directa (DC). En los albores del siglo XX tuvo lugar una batalla fascinante pero poco conocida. Por un lado Thomas Alva Edison trataba de popularizar el uso de la corriente directa para uso doméstico. Llegó a tener plantas que surtían energía en ciudades importantes. Por otra parte el científico serbio Nikola Tesla realizaba propuestas con el uso de la corriente alterna, mismas que fueron aprovechadas por el empresario George Westinghouse quien lanzó la distribución de la corriente alterna para el consumo del público en general. 
     Analizando desde el punto de vista científico los pros y los contras de estos dos sistemas de distribución de energía podemos observar que es más sencilla la producción de la corriente directa pero tiene demasiadas pérdidas conforme se distribuye a distancias grandes.La corriente alterna por otra parte puede transportarse sin pérdidas considerables a grandes distancias alternando la polaridad del voltaje en los conductores eléctricos, y sin que un flujo importante de electrones tenga que trasladarse significativamente a lo largo del material conductor evitando así la producción de calor. 
     Para utilizar la corriente alterna hay que pagar el precio de tener que generarla con más complejidad y para poder utilizarla en el punto final debemos disminuir el voltaje alto y convertir esa corriente alterna en corriente directa para la mayoría de los aparatos eléctricos de uso doméstico. A fin de cuentas se demostró que la corriente alterna tenía más beneficios que dificultades, Edison perdió la batalla: AC es lo que se ha venido usando hasta ahora. 
     De acuerdo con la teoría de Electricidad y Magnetismo, las cargas eléctricas se reparten en la periferia de un objeto sólido. Es por esto que los electrones viajan solamente por la periferia de los conductores y para soportar el calor de una corriente grande se debe aumentar el grosor o "calibre" del conductor y por lo tanto su diámetro. Tómese en cuenta que al aumentar el diámetro, el área de la sección transversal del conductor aumentará a razón del cuadrado del radio; esto quiere decir que el peso del conductor aumentará conforme al cuadrado del radio del mismo.Así que para transportar una gran cantidad de energía eléctrica utilizando corriente directa los conductores deben tener un gran diámetro y por lo tanto un gran peso y un costo muy alto pues se utilizan metales como el cobre. 
     En el otro mundo, el de la corriente alterna, se utilizan altos voltajes para que las corrientes sean pequeñas y desde el momento de la generación, la corriente eléctrica se produce con una fluctuación de voltaje o potencial dando lugar a lo que se conoce como "corriente alterna". En este caso no es necesario que los conductores sean de gran diámetro. 
     Hoy en día estamos siendo testigos de la llegada gradual de las energías alternativas, por ejemplo: celdas fotovoltaicas y energía eólica, que se almacenan en baterías para su uso durante el día. Todas las baterías proporcionan DC, así que pronto veremos en el mercado, que la mayoría de los artefactos electrodomésticos cuentan con entradas de alimentación de energía en corriente directa. Preparémonos en corto plazo para esta convivencia del reinado de la corriente alterna con el de la corriente directa.

jueves, abril 18, 2013

Desarrollo tecnológico con sentido comunitario


Autor: Juan Carlos Colín Ortega
Publicado: en lado B, 08 de abril de 2013

     El desarrollo de la ciencia y la tecnología está subordinado con frecuencia a intereses financieros, bélicos, partidistas y de control del poder. Reconozcamos los esfuerzos de los estudiantes investigadores que por el contrario, buscan mejorar las condiciones de vida de las personas menos favorecidas. Siempre que se estudia el fenómeno de un grupo vulnerable de la humanidad, se cae en el riesgo de solamente hacer una abstracción del problema y olvidarse de cada persona que en ese momento sufre de la carencia que se estudia, se piensa en la pobreza olvidándose de la persona pobre, o en la discapacidad olvidándose de la persona discapacitada.
     En México existen más de 10 millones de discapacitados, de los cuales uno de cada 15 tiene problemas visuales (datos del INEGI, década del 2000), y según la Organización Mundial de la Salud cada 5 minutos una persona pierde la vista en el mundo. Describir la problemática puede servir como punto de arranque y motivación para un proyecto de desarrollo tecnológico. A manera de ejemplo puede observarse desde este ángulo el traslado urbano de una persona invidente.
     Cuando una persona normal camina, va verificando de forma continua e inconsciente mediante su sentido de la vista, la posición en la que se encuentra. Cualquier desviación en la ruta deseada, es registrada y corregida de inmediato. Lo mismo sucede al conducir un automóvil o viajar en transporte público, la persona verifica datos como que sea la ruta correcta de transporte público, que no sea demasiado tarde para solicitar la parada, e incluso que el conductor no se desvíe impropiamente de la ruta. Esta realimentación continua genera tranquilidad en la persona que se desplaza, y también la posibilidad de corregir las desviaciones en el itinerario ideal.
     Ahora imaginemos que no existe tal realimentación. En el mejor de los casos todo saldrá bien y la persona llegará a su destino, pero tarde o temprano ocurrirá algún evento que cause una desviación. Al no registrarse oportunamente tal desviación, la persona cree que se encuentra en donde no está en realidad y tratará de continuar con su ruta. El resultado será llegar a un lugar muy diferente al deseado. Por otra parte debe considerarse la angustia permanente que la persona sufre al tener la duda de la certeza de su posición. Las personas invidentes aprenden los pasos a seguir para llegar de un lugar a otro pero no tienen esa corrección frecuente de la ruta que permite el sentido de la vista. Aún cuando el invidente trata de compensar esto preguntando a las personas cercanas y reconociendo de forma táctil el lugar donde se encuentra, no tiene una certeza de obtener el dato en el momento en que es necesario y con precisión.
     El contacto con este tipo de problemáticas motivó hace unos años (2006) la formación de un grupo de investigación relacionada con la Cibernética en la Ibero Puebla, cuyo fin es desarrollar tecnología orientada a beneficiar de forma tangible a las personas que sufren de alguna discapacidad o que no tienen acceso a tecnología para la salud, apoyándolas para mejorar su nivel de vida. Desde entonces se han desarrollado prototipos como: localizador para ciegos, reconocimiento de patrones para interacción humano-máquina, transductor cardiaco, visualizador de bioseñales y fonocardiógrafo portátil. Los reportes correspondientes a estos proyectos han sido presentados y publicados en foros internacionales.
     Según lo que reporta la ONU, los países con más actividad científica han elevado sustancialmente su calidad de vida en pocas décadas. Más allá de eso, la Universidad Iberoamericana tiene como misión la formación de hombres y mujeres capaces para los demás. A partir de esta misión dignificante de la persona humana y de altos valores, surgen en los departamentos académicos las líneas orientadoras conocidas como desafíos departamentales. El desafío del departamento de Ciencias e Ingenierías es lograr la Sustentabilidad y la Calidad de Vida. Esta es la forma en la que se expresa el reto de aplicar la ciencia para mejorar las condiciones de vida de la comunidad, especialmente de los sectores vulnerables, pero sin deteriorar el medio ambiente. Al trabajar con este desafío es que surgen proyectos de investigación que más que estar patrocinados por una empresa con fines comerciales, están realmente patrocinados por el empeño de los estudiantes que trabajan en su proyecto de síntesis y evaluación del final de su carrera o que realizan su servicio social, para realizar un cambio verdaderamente significativo y trascendente en las vidas de personas que padecen sufrimientos que ensombrecen sus vidas y amenazan su futuro.
     La realidad virtual tiene actualmente mucha aplicación en la tecnología destinada al entretenimiento pero podría tener más trascendencia la aplicación que tiene en otros campos como la medicina; entonces, para avanzar en esa dirección el grupo de investigación tiene a la vista continuar promoviendo proyectos donde se aplique la realidad virtual en sistemas para mejorar la interacción del hombre con las máquinas en beneficio de la calidad de vida de las personas. Actualmente se trabaja en añadir funciones prácticas de conectividad a un fonocardiógrafo portátil, en diseñar una línea de ensamble de bajo volumen para transductores fonocardiográficos y en un simulador de fonocardiogramas basado en un modelo matemático computacional propio. El lineamiento que se ha ido convirtiendo en el principal de todos es: Alta tecnología sí… pero socialmente pertinente.
     El grupo Cibernética Aplicada de la Universidad Iberoamericana Puebla realiza investigación aplicada que tenga una justificación social beneficiando a algún sector vulnerable de la comunidad, manteniendo el rigor metodológico y el recurso a los últimos avances de las ciencias biomédicas y de la Ingeniería. Por todo esto se reconoce con agradecimiento a aquellos estudiantes que en este momento están en los laboratorios de Ibero Puebla investigando y desarrollando tecnología en beneficio de los demás.