miércoles, 3 de noviembre de 2010

LAS GAFAS: UN INVENTO, TRES PADRES Y UNA MADRE.

La idea de la nueva entrada era responder a la pregunta “¿Quién inventó las gafas?” Pues bien, mi conclusión final tras mucho tiempo investigando es que no hay un solo padre de las gafas, sino tres padres: Una persona fue el primer ideólogo, el que sembró la idea, otra persona la primera en fabricar las primeras gafas documentadas, y otra persona fue la que realmente sentó las bases del invento y lo puso en conocimiento del mundo. Para todos vosotros, los “padres” de las gafas.
LA PREHISTORIA DE LAS GAFAS: Desde los chinos hasta los árabes.
Es muy posible que los chinos pudieran ser los primeros en usar lentes de vidrios para los ojos, de hecho hay un relato de Confucio del siglo V a.c. en que se menciona a un zapatero que tiene “cristales en los ojos”, aunque es muy posible que los chinos no conocieran las propiedades dióptricas de las lentes y su uso tuviera más que ver con un rito supersticioso (los utilizaban para ayudar mediante las fuerzas imaginarias del "Yoh Shui" a la persona que veía mal). Aun así, Marco Polo, en uno de sus viajes a China en 1270, ya vio el uso de las gafas y algunos historiadores creen que se trajo el invento a occidente, teoría no demostrada y con más detractores que adeptos.
En la época de los antiguos griegos, muchos fueron los que estudiaron las propiedades de la luz, aunque en aquella época no se usó nada parecido a unas gafas.
De izquierda a derecha y de arriba a abajo: Aristófanes, Aristóteles, Euclides y Ptolomeo
El primero en hacer dichos estudios fue Aristófanes, el cual estudió la capacidad de converger los rayos de luz de algunas lentes.
Aristóteles fue el primero que habló de una teoría de la visión, en la que los rayos llegaban a los ojos desde los objetos y no al revés – teoría que contradecía a la de la época, pero que luego se olvidó hasta 1000 años después. También fue el primero en hablar de problemas de vista corta y vista larga. Euclides y Ptolomeo ampliaron el conocimiento de la óptica estableciendo su estudio de la refracción, pero no estudiaron las propiedades de las lentes.
Tras la caída del imperio romano no se volvió a tratar el tema de la óptica hasta la época en que lo hicieron los árabes del siglo X d.c. en la llamada “edad de oro islámica”, muchos de ellos de la península ibérica. Entre ellos nos pararemos en uno de ellos el primero de los padres de la óptica y del invento de las gafas.
ALHAZEN
Abū Alí-Hasan Ibn Al-Hasan ibn al-Haytham llamado en occidente Alhazen (965 - 1038) fue un famoso matemático árabe considerado por la comunidad científica como el padre de la óptica por sus trabajos y experimentos con lentes, espejos, reflexión y refracción. Escribió el primer tratado amplio sobre lentes, llamado libro de óptica, donde describe la imagen formada en la retina humana debido al cristalino. En él, también dice que un segmento de esfera de cristal hace aparecer los objetos mayores.
Algunos historiadores suponen que Alhazen llego a construir lentes planas y biconvexas, hecho no demostrado, pero si se le considera el primero y más grande precursor del invento de las gafas, pues parece que a pesar de su descubrimiento no llego a darle toda su aplicación en la práctica, sí hay quien piensa que las inventó para sí mismo, hecho no demostrado.
Además de lo comentado, demostró que la luz viaja en línea recta, la reflexión y refracción de a luz, inventó la cámara oscura, estudió la fisiología ocular y sus distintas partes (reconociendo la labor del cristalino y la retina) y también describe lo que se conoce como la ley de Hering de igualdad de inervación, el horóptero y la disparidad binocular, y la mejora en las teorías de la visión binocular y la percepción del movimiento (anteriormente discutidas por Aristóteles, Euclides y Ptolomeo). Se puede decir que “inventó la óptica y la optometría”.
Cohetáneo a Alhazen también vivió Ibn Sahl, (940 d.c. - 1.000 d.c.) el cual escribió un tratado Sobre los espejos incendiarios y lentes en el que expuso su comprensión de cómo los espejos curvos y lentes “doblan y enfocan la luz”. En su obra, descubrió una ley de la refracción, equivalente a la posterior ley de Snell . Es muy posible que haya influenciado en su obra.
ROGER BACON
Roger Bacon (1214 - 1294) Filósofo, científico, y teólogo inglés. Conocido también como Doctor Mirabilis ("Doctor Admirable", en latín), fue uno de los frailes franciscanos más famosos de su tiempo. Se considera uno de los defensores del método científico, tras dar con la obra de antiguos griegos, como Aristóteles. Su obra Opus Majus de 1267 (en latín, "Gran Obra") contenía en su quinta parte un estudio profundo de la óptica, basada en las obras de los científicos musulmanes, sobre todo Alhazen e Ibn Sahl, incluyendo una discusión sobre la fisiología de la visión, la anatomía del ojo y el cerebro, estudios sobre la luz, reflexión y refracción, espejos y lentes.
También incluye investigaciones de las propiedades de las lentes de aumento. Bacon en su gran obra citaba claramente el hecho de que un segmento de cristal hace ver los objetos mayores y más gruesos, y concluye en que esto “debería ser muy útil para personas ancianas y aquellas que tienen los ojos débiles, pues ellas pueden ver así las pequeñas letras con grandor suficiente”. Con esta cita y la aparición posterior, se considera a Bacon como el verdadero inventor, aunque no se ha demostrado que lo hiciera.
Según cuenta la leyenda, no demostrada, construyó el primer par de gafas y se las regaló a su mejor amigo, el teólogo Goethals. Éste, inició un viaje a Roma, pero por circunstancias se quedó un tiempo en Pisa, donde conoció a Alessandro della Spina, que probablemente copió la invención de Bacon. Pero de todas formas, por aquél tiempo Bacon había sido encarcelado por “hereje”, por lo que, también probablemente Goethals y Spina, no se atreviesen a revelar su nombre públicamente.
ALESSANDRO DELLA SPINA (y el timo de Salvino Degli Armati).
Si lo que realmente queremos saber es quién fabricó las primeras gafas, encontramos otro problema que se resolvió hace muy poco. El inventor que se creyó durante mucho tiempo fue Salvino Degli Armati, a quien se atribuye su invención el 16 de septiembre de 1284 en Italia. Según algunos historiadores, se trataba de un vidriero especializado en la óptica que vivía en Pisa (Italia). Al parecer realizaba experimentos con vidrio para mejorar su propia visión, ya que a la edad de 35 años presumiblemente era hipermétrope (y pre-présbita). De este modo se le atribuye un artilugio que constaba de dos lentes gruesas en forma de curva que facilitaban la lectura. Las hizo supuestamente sólo para corregir su problema. En 1684 en la iglesia de Santa María la Mayor, figuraba un memorial en honor a D'Armati con la inscripción: (NOTA: pongo una reproducción de como fue, la real no existe en la actualidad)
“Aquí yace Salvino degli Armati, hijo de Armato de Florencia, inventor de los lentes. Que Dios perdone sus pecados. 1317 DC”. La iglesia ha sido reconstruida varias veces desde el siglo XIII, Sin embargo esta tumba ya no existe, por lo que el reclamo no puede ser verificado.
Años después se supo que la historia de Armati es muy probable que sea falsa para la mayoría de historiadores. Se acepta que la demanda, fue hecha cientos de años después de su muerte, probablemente para aumentar el prestigio de la familia Armati de Florencia, si alguna vez hubiera existido, y la placa se ha quitado de la pared exterior y escondido bajo en un rincón de una de las capillas laterales. Estudios más detenidos del monumento en cuestión han dado por resultado, el comprobar que fue erigido en ocasión de un congreso y que nada tiene que ver con el primitivo si es que existió. Posteriormente sus mismos compatriotas han declarado que se considero por error a Armanti como el inventor de las gafas.
Por otro lado, un profesor de medicina del siglo XVII de la Universidad de Pisa, Francesco Redi, dedicó mucho tiempo para investigar la autoría de las gafas. En 1676 Redi escribió que poseía un manuscrito de 1289, cuyo autor se queja de que él sería incapaz de leer o escribir si no fuera por la reciente invención de lentes. En base a esta evidencia, Redi le dio la autoría a otro fraile dominico, fray Alessandro Della Spina (Natural de Pisa, como Armanti).
Supuestamente, Della Spina reinventó las gafas después de su inventor original (mantenido en secreto), una denuncia formulada en la nota necrológica de Spinna (muerto el 1312). Sin embargo, Della Spina lo más probable que aprendió a hacer gafas después de verlos hechos por otro individuo, un talento que para él era desconocido en ese momento, o tomando como fundamento los archivos de Santa Catalina de Pisa. Se dice que fue el primero que comunico el secreto de fabricar lentes que hacía para su uso y para el de sus amistades.
Unas de las gafas más antiguas que aún se conservan. Observar el detalle de que no poseían aún ni varillas ni sujeción para la nariz.
Así pues, un invento, tres “padres” y una madre: la necesidad de ver bien.
BONUS 1: La palabra “gafas” no aparece en el diccionario como tal, viene en singular y se ha ampliado el sentido que presumiblemente tuvo en su inicio, “Cada uno de los enganches con que se afianzan los anteojos a las orejas.” (es decir, estrictamente hablando las gafas son las varillas). Un origen posible del nombre puede venir del oftalmólogo cordobés árabe del siglo XII Mohamed al-Gafequi , gran cirujano de cataratas y experto en las enfermedades oculares, escribió una interesantísima obra titulada "Guía del Oculista", cuyo manuscrito se conserva en la Biblioteca del Real Monasterio del Escorial. Resultaría curioso que viniera el nombre de él y no de Alhazen (lo justo hubiera sido que se llamara “alacena”, palabra asignada a un mueble).
BONUS 2: ¿No es irónico que es muy posible que los orígenes de las gafas nos vengan de moros o de chinos (cuando ahora son a los que acusamos de "inventar" el “top manta”)? ¿Y que el supuesto primer inventor en realidad copió a otro gran genio (el cual quedó oculto para siempre)? La historia tiene estas cosas...
Fuentes:
http://buscon.rae.es/draeI/SrvltConsulta?TIPO_BUS=3&LEMA=gafa

sábado, 9 de octubre de 2010

LA CORNEA ARTIFICIAL, UN GRAN AVANCE EN EL CAMPO DE LA OFTALMOLOGIA

Esta noticia tiene algo de tiempo (agosto de este año), pero no deja de ser sorprendente:



Como bien dice en el abstract del estudio publicado por May Griffin y colaboradores,
Las córneas de donantes humanos se utilizan para reemplazar el tejido dañado y tratar la ceguera corneal, pero hay una grave escasez en todo el mundo de las córneas de donantes.
Tras muchos intentos por dar con el material perfecto para crear una córnea sintética, como el duoptix, (material compuesto por un polímero hecho de dos redes entretejidas de hidrogeles, capaz de admitir hasta un 80% de agua), la solución propuesta por Griffin y su equipo consiste en:
Empleando colágeno -que es el principal componente de esta capa que cubre el ojo- y unos moldes, hemos creado una córnea que no produce rechazo al implantarla y que, además, ayuda a que los restos de la humana se regeneren.
Y aunque suene a ciencia ficción, parece ser que han conseguido estabilidad en dichos trasplantes durante 24 meses y sin apenas complicaciones, la mayoría por problemas de cicatrización por "exceso" de suturas (por precaución, lo que provocó fibrosis en la zona de cicatrización en algunos pacientes), problema que puede subsanarse en un futuro siendo menos "prudente".

Lo más interesante del tema es que se ha logrado la regeneración de las células corneales rodeando (y hasta invadiendo) el implante por la córnea sana. Hasta se han regenerado los nervios y la película lagrimal (este último punto es un claro signo de estabilidad corneal). Estos logros no se habían conseguido nunca en un implante hasta la fecha.

Así pues, "las córneas biosintéticas que promueven la regeneración endógena son una posible alternativa al tejido humano de donantes", dicho de la boca de la propia investigadora. Como ya se ha comentado, en la segunda fase de la experimentación se usará un material más reforzado y con suturas más periféricas. Destacar que dentro de esta segunda fase se incluyen investigadores españoles de la Universidad Miguel Hernández, de Alicante.


La evolución de estas prótesis parece que ha dado un gran espaldarazo hacia la futura córnea artificial "casi perfecta", desde la Dollhman/Duane de Boston del año 92 (actualmente la más usada), la Alphacor (llamada anteriormente chirilia) del año 2002, y las tipo Seoul, que más que un implante en sí es un diseño, en forma de cilindro montado por poliuretano. No olvidar la famosa córnea artificial creada a través de un diente, de la cual ya hablamos por aquí.

Todo un avance el de esta córnea artificial, que puede ayudar a muchos de los problemas degenerativos corneales o traumatismos que desembocan en muchas ocasiones en trasplante urgente de córnea. Gracias a estas investigaciones se conseguirá en un futuro que no sea necesaria la ayuda de un donante. Hasta la fecha recomiendo desde estas líneas hacerse donante de órganos, ya que siempre se podrá ayudar a alguien con este tipo de problemas (y no olvidemos que las córneas pueden seguir funcionando muchos años, como puedes recordar de esta entrada). Un saludo.

miércoles, 22 de septiembre de 2010

EL DEFECTO DEL HUBBLE: CUANDO EL OJO QUE MÁS LEJOS HA VISTO NECESITA GAFAS

Esta entrada surgió cuando estaba escribiendo el post de “historia de la óptica” y se me ocurrió la siguiente pregunta: ¿Cuáles han sido las gafas más grandes jamás construidas por el hombre? Pues cuando di con la respuesta no os creáis que me encontré con una montura enorme y unas lentes montadas (tipo pepe gáfez). Nada más lejos de la realidad. Lo que encontré es que “el ojo” tras el cual la humanidad ha llegado a mirar más lejos de lo que nunca se imaginó ha necesitado durante mucho tiempo llevar puestas unas “gafas” que corrijan su “defecto visual”. Me refiero al telescopio espacial Hubble y su reemplazo axial de óptica correctiva para telescopio espacial, COSTAR en sus siglas en inglés.

El telescopio espacial Hubble


  • Lyman Spitzer, el “padre de la criatura”.




Aunque ya en 1923 se propuso el lanzamiento de un telescopio al espacio, no fue hasta 1946 que el astrofísico Dr. Lyman Spitzer madurara la idea explicando que la mejor idea para poder explorar el universo era fabricar telescopios en órbita alrededor de la tierra (consiguiendo de esta manera evitar la polución lumínica y distorsión provocada por la atmósfera terrestre). Spitzter lideró la campaña durante los años 60 y 70, hasta que en 1975, la Agencia Espacial Europea (ESA) y la NASA comenzó a redactar los planes iniciales para ello, y en 1977, el Congreso aprobó los fondos necesarios. El famoso telescopio lleva el nombre del astrónomo estadounidense Edwin Hubble, cuyas observaciones de estrellas variables en las galaxias distantes confirmaron que el universo se estaba expandiendo y dio apoyo a la teoría del Big Bang (se hablará de esta historia en otra ocasión).


  • Consideraciones ópticas del telescopio.


Ópticamente, el Hubble es un reflector de diseño Ritchey-Chrétien, variante perfeccionada del diseño Cassegrain, al igual que la mayoría de los grandes telescopios profesionales.
Esquema de un telescopio Ritchey-Chrètien

Este diseño, con dos espejos hiperbólicos, se caracteriza por un rendimiento de imagen buena en un amplio campo de visión, con el inconveniente de que los espejos tienen formas que son difíciles de fabricar y probar (punto que luego pasaría factura). El espejo primario mide 94,5 pulgadas (2,4 m) y el secundario de 12 pulgadas (30 cm). Su longitud focal es de 189 pies (casi 58 m), su relación focal es f/24. El Hubble contiene más de 400.000 partes y cerca de 42.000 Kilómetros de conexiones eléctricas. El cuerpo del telescopio tiene 13,3m de largo, 4,3 m de diámetro, y pesa 11.110 Kgr.



Gracias a la localización del telescopio en órbita alrededor de la atmósfera terrestre (la órbita baja de aprox. 610 Km, con una inclinación de 28,5 grados y un período de 96 minutos) y sus sotisficados aparatos, se consigue una resolución espectacular. Si sabemos que el ojo tiene una resolución de 1 minuto de arco, y los telescopios terrestres rara vez proveen resolución mejor que 1 segundo de arco, la resolución del Hubble es casi 10 veces mejor que el mejor telescopio terrestre, unos 0,1 segundos de arco (600 veces más que nuestro ojo).


  • Fabricación del espejo.


Los telescopios ópticos generalmente tienen espejos pulidos a una exactitud de alrededor de una décima parte de la longitud de onda de la luz visible, pero en el espacio el telescopio se utilizará para la observación de lo visible a través de la radiación ultravioleta (longitudes de onda más corta). Por lo tanto el espejo necesitaba una precisión de pulido de 10 nanómetros, o alrededor de 1 / 65 de la longitud de onda de la luz roja. En el extremo longitud de onda larga, no fue diseñado con un rendimiento óptimo para el infrarrojo, limitando así su efectividad. Una vez que el proyecto del telescopio espacial se había dado el visto bueno, el trabajo se dividió entre muchas instituciones. Se le encargó a la empresa óptica Perkin-Elmer diseñar y construir el Ensamblaje del Telescopio Óptico (OTA), el cual se comprometió a fabricar el espejo más perfectamente pulido de todos los tiempos.

Proceso de pulido del espejp principal del Hubble

La construcción del espejo de Perkin-Elmer comenzó en 1979, el pulido espejo continuó hasta mayo de 1981 y se finalizó a finales de ese año. El retraso del proyecto puso en tela de juicio la buena labor de Perkin-Elmer por parte de la NASA, la cual se vio obligada a posponer la fecha de lanzamiento hasta septiembre de 1986. Por este tiempo el presupuesto total del proyecto se había elevado a 1,175 mil millones de dólares. La finalización del espejo se terminó con presiones del “cliente” por demora, y como todos los colegas ópticos saben, cuando ocurre eso siempre pasa “lo peor”…

Comprobación del espejo tras su acoplamiento en el telescopio


  • Houston, tenemos un problema... de vista


Después de una larga demora debido al desastre del Challenger en 1986, el Telescopio Espacial Hubble se puso en órbita el 24 de abril de 1990, a bordo del transbordador espacial Discovery. A las pocas semanas después de la puesta en marcha del telescopio, las imágenes que llegaron del telescopio mostraron que había un grave problema con el sistema óptico.
A la izquierda, PSF de un punto producido por el Hubble. A la derecha, imagen borrosa de una galaxia.

Las imágenes mostraban aberración esférica, un defecto en el que el sistema óptico concentra la imagen en diferentes focos según incida la luz en la zona central o en la periferia, fruto de un error en el pulido del espejo primario.
Aberración esférica del Hubble

A pesar de que fue probablemente el espejo fabricado más preciso de la historia, era demasiado plano en los bordes (alrededor de 2200 nanómetros, menos del diámetro de un cabello humano) Esta diferencia fue catastrófica, introduciendo dicha aberración. Previsiblemente un error al “redondear” una cifra en el cálculo de pulido del orden del decimal número 20 o superior. Durante el pulido del espejo, Perkin-Elmer analizó su superficie con dos correctores de defectos, los cuales indicaron correctamente que el espejo estaba sufriendo de aberración esférica. La compañía ignoró estos resultados ya que consideró que los dos correctores de defectos eran menos precisos que el dispositivo principal, el cual informaba que el espejo estaba perfectamente calculado. Esto junto con los retrasos en la entrega hizo que la NASA rompiera sus relaciones con dicha compañía, acusándolos de no haber pasado el suficiente control de calidad y de no haber asignado a los mejores ópticos para su fabricación y supervisión.


  • COSTAR salva el día.


Cuando la NASA se encontró con el problema de la aberración, y temiendo otro elefante blanco, reunió a su comité de sabios para una tormenta de ideas… Y a alguien en cuanto empezó la ronda exclamó: “Yo cuando veo mal voy al optometrista a que me receten gafas. Si nuestro telescopio ve mal, entonces necesitará que le pongamos gafas”. Por lo que un problema ocasionado por ópticos lo tenían que resolver otros ópticos. Los científicos aprovecharon una de las mejores ventajas del telescopio, que es la capacidad de poder arreglarlo en órbita, por lo que el plan consistía en reemplazar una de las piezas de las que disponía el telescopio (el fotómetro de alta frecuencia) y sustituirlo por un sistema corrector consistente en espejos que producía la misma aberración con el signo opuesto para contrarrestar la existente (tal y como corrige una lente divergente la miopía de un ojo: provocando una hipermetropía del mismo valor para contrarrestarla). Se trataba de las “gafas” del Hubble, llamado COSTAR, "Corrective Optics Space Telescope Axial Replacement" (reemplazo axial de óptica correctiva para telescopio espacial)

Las “gafitas” para el Hubble no es que se parezcan a las que conocíamos…

El diseño del COSTAR fue encargado por la NASA a Ball Aerospace & Technologies Corp. y puesto en órbita el año 1993 por el transbordador Endeavour. La misión de sustitución de piezas del Hubble fue considerada una de las misiones más complejas llevadas a cabo por la NASA en su historia, que incluía cinco largos períodos de actividad extra-vehicular, y su éxito fue una gran bendición para la NASA, así como para los astrónomos que ahora tenía un telescopio espacial plenamente capaz.

Astronautas acoplando el COSTAR dentro del telescopio

El resultado de dicha operación fue todo un éxito. El Hubble recuperó prácticamente toda la resolución que debería tener desde un principio, con una alta calidad de imagen.

Imagen antes y después de instalar COSTAR ¿Donde ve mejor, Hubble, en uno o en dos?

En 2002, en la quinta misión de mantenimiento del telescopio ya se habían sustituido las piezas afectadas por la aberración por sistemas con su propia óptica correctiva, por lo que COSTAR ya no fue necesario y fue retirado y devuelto a la Tierra en 2009. Su espacio lo ha ocupado el Espectrógrafo de Orígenes Cósmicos. Ahora mismo reside en el museo Smithsonian del Aire y el Espacio en Washington, EEUU.


  • Grandes logros del Hubble.


Gracias al telescopio Hubble se ha podido calcular con precisión la velocidad de expansión del universo y su antigüedad, así como detectar la aceleración de la expansión del universo empujando a los científicos buscar su causa, teorizada actualmente por la energía oscura. Ha descubierto que en el centro de la gran mayoría de las galaxias se encuentra un agujero negro supermasivo. Ha sido testigo de explosiones de supernovas, de nacimientos estelares y de la colisión del cometa Shoemaker-Levy 9 en 1994 en la superficie de Júpiter, aunque quizás la gran aportación del Hubble sea su imagen del campo ultra profundo. En ella se fotografió una imagen de una pequeña región del espacio en la constelación de Fornax durante un período de cuatro meses. Es la imagen más profunda del universo jamás tomada. Mira hacia atrás unos 13 millones de años (entre 400 y 800 millones de años después del Big Bang). La imagen contiene unas 10.000 galaxias (que se ven como si fueran estrellas)

Imagen del campo ultra profundo. Cada punto es una galaxia con miles de millones de estrellas

Y con esto concluimos la historia vítrea de hoy. Dejo de Bonus un vídeo con algunas de las más espectaculares imágenes tomadas por el Hubble. Un saludo.




Fuentes: