Nobel a avances en comunicaciones
Charles Kao, Willard Boyle y George Smith hicieron posible la fibra óptica y el sensor de las cámaras digitales
Nora Bär
LA NACION
Las comunicaciones telefónicas transoceánicas, las transmisiones televisivas intercontinentales, la "banda ancha" que nos permite navegar velozmente por Internet, las cámaras fotográficas digitales, las operaciones mínimamente invasivas, las asombrosas imágenes astronómicas enviadas desde el telescopio Hubble, la investigación oceanográfica y hasta la impresión de este diario... prácticamente todo lo que modela esta sociedad de la información en la que vivimos es posible gracias a la revolución en las telecomunicaciones que impulsaron tres investigadores a mediados del último siglo: Charles Kao, que encontró la forma de hacer que la luz recorriera cientos de kilómetros por una fibra de vidrio ultrapuro (en lugar de los 20 metros que se alcanzaban hasta ese momento), y Willard Boyle y George Smith, que en sólo una hora bosquejaron un sensor digital que podía registrar imágenes. Todos ellos serán premiados con el Nobel de Física 2009.
Kao, nacido en Shanghai, pero naturalizado británico y norteamericano, recibirá la mitad de 1.400.000 dólares que este año otorga la Fundación Nobel por lograr una aplicación práctica de la fibra óptica; Boyle y Smith (el primero, canadiense y norteamericano, el segundo, estadounidense) compartirán la otra mitad por el desarrollo del CCD, el sensor de silicio que hizo posible las cámaras fotográficas digitales, la primera tecnología realmente exitosa para la transferencia digital de imágenes", dice la Fundación Nobel.
En 1966, los ingenieros ya podían codificar información en pulsos de luz, pero se enfrentaban con el problema de que luego de algunos metros la señal se desvanecía. En la Standard Telecommunication Laboratories, donde trabajaba, le pidieron a Kao que encontrara una solución para que al menos un 1% de la luz se conservara durante más de un kilómetro. Su conclusión fue que el obstáculo estaba en el material con el que se fabricaban las fibras. Había que diseñarlas de vidrio ultrapuro, de una transparencia que no había sido lograda hasta entonces.
"Lo que él logró fue disminuir la pérdida, de manera que la luz llegara a una distancia mayor -explica Ricardo Duchowicz, investigador del Centro de Investigaciones Opticas del Conicet, que desde 1995 forma recursos humanos locales en esta tecnología-. Así, las fibras ópticas fueron reemplazando a las microondas (que tienen un límite de un kilómetro antes de que haya que reconfigurarlas) y hasta a las transmisiones satelitales."
Gracias a los científicos de Corning Glass Works, una compañía con más de 150 años de experiencia en el procesamiento del vidrio, pudo hacerse con el material más abundante de la Tierra: el silicio, que se saca de la arena -dice Duchowicz-. "Por eso actualmente cuestan entre 10 y 20 centavos de dólar por kilómetro."
Las redes de fibra óptica constituyen hoy un "sistema circulatorio" por el que fluyen ríos de luz -y de datos de todo tipo-. "Es una madeja de cables que vinculan ciudades, edificios y hasta atraviesan atraviesan los océanos -afirma Duchowicz-, que crece todos los días y que transporta información a muy alta velocidad: 300.000 kilómetros por segundo." Si hoy se desenrollara esa madeja que transmite miles de comunicaciones telefónicas por segundo (la capacidad es tan grande que muchos de los cables, finos como un cabello, están de resguardo, no se utilizan: exactamente 10 a la 12 bits de información por segundo, o un uno seguido de 12 ceros), los cables medirían 1.000 millones de kilómetros de largo y podrían circunvalar la Tierra 25.000 veces, según la Academia Sueca.
"La principal virtud de la fibra óptica es que transmite fotones y la transforma en electrones; eso significa que no es afectada por líneas de alta tensión o cables de cobre -explica el doctor Juan Antonio del Giorgio, profesor consulto del departamento de Electrónica de la Facultad de Ingeniería de la UBA-. Por otro lado, mientras los conductores metálicos miden milímetros de espesor, la fibra óptica mide micrones."
Y agrega: "Su tamaño tan reducido y su gran flexibilidad las han hecho útiles en medicina, para introducirla en el cuerpo humano y observar, tomar fotos muy precisas o cauterizar heridas sin lastimar al paciente".
Gran parte de los datos que fluyen por esos ríos de luz son imágenes registradas por un "ojo electrónico" o sensor digital cuyo principio de funcionamiento fue planteado en un pizarrón por Boyle y Smith mientras trabajaban en los Laboratorios Bell, en septiembre de 1969. Una semana después ya tenían un prototipo.
El CCD es una aplicación del "efecto fotoeléctrico" descripto por Einstein y que en 1921 le valió el premio Nobel. Cuando la luz alcanza la placa de silicio del tamaño de una estampilla (la "tarjeta"), libera electrones que se reúnen en pequeñas celdas, que luego son leídas consecutivamente. Cuando se multiplica el largo por el ancho de la tarjeta en píxeles, se obtiene su capacidad (por ejemplo, una tarjeta de 1280 x 1024 píxeles tiene una capacidad de 1,3 megas o 1.300.000 píxeles). La primera cámara digital con un sensor CCD se presentó en 1981. El mismo principio de funcionamiento es el que se utiliza en los cuatro sensores del telescopio Hubble o en el satélite Kepler que busca planetas parecidos a la Tierra.
El CCD prácticamente desterró el rollo de fotos. "Es un detector óptico -explica Duchowicz- que transforma un fotón, una cierta cantidad de luz, en una cierta cantidad de energía eléctrica. Luego, hay filtros de decodificación de colores que hacen que las señales se registren como las vemos." Coincide Del Giorgio: "Se activa por el nivel de energía de un fotón que libera electrones de la plaqueta".
Premiando estos desarrollos, la Fundación Nobel cumple al pie de la letra con el deseo que hace más de cien años expresó en 1895 su fundador: "recompensar contribuciones que ofrezcan la mayor utilidad a la humanidad".
Los galardonados
Charles Kao
Edad : 76 años
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Origen : Shanghai
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En 1960, se unió a Standard Telecommunications Laboratories Ltd., en el Reino Unido, y en 1965 fue el primero en calcular la posibilidad de realizar telecomunicaciones prácticas con fibra óptica.
Willard Boyle
Edad : 85 años
Origen : Canadá
Sirvió en la marina real durante la Segunda Guerra. En 1969 inventó el CCD junto con Smith. Se jubiló en los Laboratorios Bell en 1979 y se dedicó a navegar en velero. Tiene 4 hijos.
George Smith
Edad : 79 años
Origen : Estados Unidos
Se doctoró en la Universidad de Chicago con una tesis de tres páginas. Bosquejó el sensor fotográfico con Boyle en menos de una hora; habían logrado un prototipo en una semana.
