miércoles, 18 de junio de 2014

Ciencia o Ficción

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La web Ciencia o Ficción ha arrancado hoy su andadura por Internet.



¿Dónde se encuentra la línea que separa la ciencia de la ciencia ficción? ¿En qué casos ideas de ciencia ficción pueden acabar convirtiéndose en realidad? Ciencia o Ficción nace con la ilusión de acercar a todos las respuestas a estas preguntas, mediante el análisis desde un punto de vista ameno divertido y divulgativo, de elementos presentes en obras literarias y cinematográficas (entre otras) pertenecientes a este género. 
Para cualquier comentario o duda sobre la página sabéis dónde encontrarnos. Esperamos que la idea de esta nueva página sea de vuestro agrado y que disfrutéis de la lectura de las noticias tanto como nosotros disfrutaremos escribiéndolas.

lunes, 10 de febrero de 2014

Óptica Adaptativa

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El pasado mes de septiembre tuvo lugar en Stellenbosch, Sudáfrica, el 9o Taller/Congreso de Óptica Adaptativa al cuál tuve el placer de poder asistir.

Óptica Adaptativa

Microscopios, telescopios, objetivos de las cámaras de fotos (las profesionales, las de nuestros móviles...), nuestros ojos... todos ellos están diseñados para formar imágenes. La luz llega al sensor digital, o a la película fotográfica o a nuestra retina tiene que atravesar muchos medios que distan de ser perfectos (ópticamente hablando). Pensemos por ejemplo, para abrir el apetito científico, en un telescopio profesional. La luz de las estrellas antes de llegar a las avanzadas y carísimas cámaras de estos gigantes tiene que revotar en el espejo primario, en el espejo secundario y atravesar las lentes que hacen las veces de ocular, a veces incluso una lámina correctora a la entrada del telescopio. Todos los elementos ópticos por los que la luz tiene que pasar y por los que tiene que reflejar que conforman telescopio están diseñados de manera inteligente pero... ¿y la atmósfera?

La Óptica Adaptativa se entiende como cualquier conjunto de elementos ópticos destinados a manipular, corregir o compensar las aberraciones ópticas. A día de hoy se ha convertido en una herramienta indispensable para alcanzar la máxima resolución posible con un sistema óptico, ya sea telescopio, oftalmoscopio o microscopio. En los últimos tiempos esta tecnología se está aplicando a la óptica del ojo humano.

Frente de onda y Aberración de onda

Para manipular, corregir o compensar las aberraciones ópticas primero debemos saber qué son y cómo se miden. 

Desde un punto de vista geométrico se define el frente de onda como la superficie que forman, en la propagación de la luz, los rayos con igual camino óptico. A modo de ejemplo, imaginad que tenemos encendemos una bombilla. En ese instante la luz empezará a propagarse en todas direcciones. Si pudiésemos unir todas las partículas de luz que han salido a la vez de la bombilla estaríamos dibujando el frente de onda en un instante concreto. 

Figura 1. Frentes de onda esféricos provocados por la perturbación de una gota en el agua.
La aberración de onda se define como la diferencia entre el frente de onda ideal (normalmente plano) y el frente de onda real. Esta aberración se expresa como una función de onda y ésta se define en la pupila de salida del sistema óptico.

Figura 2. Definición gráfica de aberración de onda.

Manipulación

Para manipular el frente de onda se pueden utilizar dos elementos: espejos deformables y moduladores espaciales de cristal líquido.

Los espejos deformables están formados por una membrana reflectante muy fina. Esta membrana se coloca encima de un conjunto de electrodos (actuadores) sobre los cuales se aplica un potencial eléctrico que deforman el espejo para modificar el frente de onda (en este caso el camino óptico) del haz que incide en el mismo.
Figura 3. Espejo deformable y modulador de cristal líquido.

Los moduladores espaciales de cristal líquido son dispositivos compuestos por moléculas con forma alargada altamente anisótropas. Debido al alto momento bipolar que presentan, su orientación puede controlarse mediante campos eléctricos. Este cambio de orientación produce un cambio en el índice de refracción y en definitiva un cambio en el camino óptico del haz que lo atraviesa.

Medición

El frente de onda se mide (existen otros métodos menos precisos que no comentaré aquí) con un sensor de Shack-Hartmann (llamado así por sus creadores). Este ingenioso dispositivo funciona de la siguiente manera. Imaginad que colocásemos delante de un sensor de cámara digital una matriz de microlentes todas separadas a la misma distancia entre ellas. Si el frente de onda que llegase a las microlentes fuese plano (libre de aberraciones) todas las lentes crearían un patrón de puntos en el sensor, todos a la misma distancia unos de otros. Sin embargo, si el frente de onda no es plano (está aberrado) cada punto se desplazará de la posición ideal. Todo esto se ve resumido en la siguiente imagen.
Figura 3. Izquierda: esquema del funcionamiento del sensor S-H.
Derecha: imágenes recogidas por el sensor.
Para los que tengáis conocimientos de matemáticas podréis suponer que el desplazamiento que sufren los puntos con respecto al lugar ideal donde deberían estar está relacionado con la derivada del frente de onda en ese punto. Es justamente esto lo que nos permite reconstruir el frente de onda.

Métodos

Existen dos métodos para manipular el frente de onda, el llamado método directo y el método indirecto (también llamado sensorless). Ambos métodos funcionan en bucle cerrado (se mide, se corrige, se vuelve a medir, se vuelve a corregir...). 

Figura 4. Métodos de manipulación/corrección del frente de onda
El método directo utiliza un sensor de frente de onda y sobre la información del mismo se manda información al espejo deformable o modulador espacial para corregirlo. Por otro lado, el método indirecto no utiliza sensor de frente de onda. En su lugar este método trabaja para mejorar una métrica concreta del a imagen obtenida, por ejemplo la intensidad de la imagen: se mide la intensidad total registrada en la imagen, se modifica mediante algún algoritmo el frente de onda, se vuelve a medir la intensidad para ver si mejor a o empeora... así hasta alcanzar el máximo de intensidad. 

Aplicaciones de la Óptica Adaptativa

Astronomía

La óptica adaptativa se desarrolló para conseguir mejoras en imágenes astronómicas. El objetivo de estos sistemas es (como se puede haber intuido al principio de la entrada) el de compensar las perturbaciones producidas por la atmósfera en tiempo real.
Figura 5. Esquema de la corrección del frente de onda en una imagen astronómica.

Microscopía

Este tipo de tecnología se está volviendo en un estándar a la hora de obtener imágenes de microscopía. Así, la corrección o inducción de aberraciones se ha convertido en una herramienta casi esencial para alcanzar la máxima resolución posible.

Ejemplos del uso de óptica adaptativa en microscopía son varias. A continuación nombro unas pocas:
  • Corrección de las aberraciones inducidas por la propia óptica del microscopio.
  • Corrección de 

Óptica clínica

Como todas las tecnologías desarrolladas para la industria de la exploración espacial era cuestión de tiempo que éstas también llegaran a nuestros "hogares", al igual que ya pasase con los LCD y las cámaras CCD.

Uno de los ejemplos de esta tecnología que en poco tiempo estará muy cerca de nosotros es el Foróptero avanzado, también llamado simulador visual, desarrollado por el Laboratorio de Óptica de la Universidad de Murcia y comercializado por Voptica, una Spin off de la misma universidad. 
Figura 6. Esquema del simulador visual.

En la figura anterior se pueden observar los elementos principales de este simulador visual. Este aparato permite grandes avances en mediciones que hasta ahora se realizan (y muchas tendrán que seguir realizándose) en un foróptero, un aparato cuyo funcionamiento no se ha visto modificado desde hace ya casi un siglo.

Figura 7. Foróptero tradicional utilizado en ópticas y clínicas oftalmológicas para la medida de estado refractivo, forias, vergencias, amplitud acomodativa...
El foróptero avanzado facilita algunos aspectos del foróptero tradicional. Por ejemplo, uno de los principales inconvenientes de los test visuales es que deben colocarse a una distancia de 6 metros, en el llamado "infinito optométrico", distancia de la que muchas ópticas o clínicas no disponen. Este simulador acaba con ese problema al incorporar él mismo pantallas en las que se puede colocar cualquier test (incluso vídeo). Sin embargo, se podría argumentar que la diferencia de precio entre el convencional y el avanzado se podría invertir en remodelar el gabinete de optometría. Si el problema es que el local no tiene más espacio no habrá mucho que se pueda hacer.


Las ventajas del simulador visual van más allá:

  • Simulación visual: El foróptero avanzado permite mostrarle al paciente una escena a través de cualquier óptica simulada mediante su frente de onda. Por ejemplo, se le podría mostrar a un paciente con una alta miopía cómo vería un paisaje si se le colocase una lente intraocular sin necesidad de ningún tipo de operación, simplemente simulando e integrando en los moduladores espaciales el perfil de frente de onda resultante, calculado mediante la medida del frente de onda del ojo del paciente y las características ópticas de la lente intraocular.
  • Ensayos clínicos: Siguiendo la misma filosofía que en el punto anterior, mediante esta tecnología se pueden hacer simulaciones visuales de un perfil de lente novedoso del cuál sólo se ha desarrollado el concepto. Se puede por ejemplo pensar en el desarrollo de una lente para aumentar la profundidad de campo de un paciente con presbicia y probar ese mismo día "la lente" en el paciente y comprobar si la idea tiene futuro. Esto es un avance importantísimo ya que hoy en día es necesario crear el prototipo, fabricarlo y realizar ensayos clínicos antes de probar el funcionamiento de la lente. Esto conlleva mucho tiempo y dinero y en un gran número de casos al llegar a los ensayos clínicos se observa que la lente no funcionaba como se quería, lo que se traduce en tener que volver a empezar todo el proceso.
  • "Graduación avanzada": en el marco de la optometría se podría resumir este punto como la unión casi perfecta entre los autorefractómetros actuales, los aberrómetros y la potencia de un test subjetivo. Es también posible estudiar forias y vergencias mediante la adición de prismas virtuales a los moduladores espaciales, sin embargo no tengo constancia de que esto se haya hecho hoy en día. De todas maneras el principal inconveniente en este y otros aspectos radica en que las condiciones de este simulador (mirar dentro de una caja y que los objetos provengan de pantallas) son bastante alejadas de la visión natural, algo que en estos últimos aspectos estoy convencido de que tiene que tener un impacto no despreciable.

Imagen de la Montaña Cabeza del león realizada desde la Table Mountain en una de las excursiones organizadas por el congreso

lunes, 3 de febrero de 2014

En búsqueda de colaboraciones

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A partir de hoy el equipo de El universos de Wavens, es decir yo, está oficialmente en busca de colaboraciones.

Todos sabéis que crear entradas para un blog con un rigor científico-tecnológico es algo que lleva tiempo y dedicación. Este tiempo y dedicación obtiene un feedback positivo si el trabajo tiene la repercusión deseada.

En los últimos meses he redactado casi por completo varias entradas pero al final no me he animado a publicarlas debido a la poca repercusión que sabía que alcanzarían (lejos quedan más de 17.000 visitas que recibió en junio de 2011). La principal razón para la bajada de repercusión se debe a tres cosas, unas de ellas enlazadas a las demás.


  • Bajada de la frecuencia de publicación.
  • Bajada del número de visitas (relacionada con la anterior).
  • Temas del blog demasiado dispares: Simplemente tenéis que echar un vistazo a la nube de tags para ver que los temas quizás son demasiado dispares en cuanto a temática.
Es por esto que a partir de ahora estoy en busca de colaboraciones para publicar en blog sobre tecnología más especializados en algún tema de los que trato.

Para los que menos me conocéis mis cartas de presentación son:

  • Este propio blog.
  • Twitter: donde podéis ver mi carta de presentación en el perfil y también los temas de los que más trato.
Si alguno está interesado en hablar de lo que comento en esta entrada la forma de comunicación más directa es a través de mi cuenta de Twitter.

¡Un saludo!

lunes, 26 de agosto de 2013

Google Glass

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Google Glass

Google Glass es un dispositivo desarrollado por Google con el cuál la compañía pretende revolucionar el modo al que accedemos a Internet.

En qué consiste

El objetivo de Google Glass es el de presentarnos una pantalla semitransparente (podemos ver el mundo real a través de ella) en un área del campo visual desde la que podemos acceder a Internet mediante comandos de voz sin necesidad de sacar el móvil del bolsillo. El tamaño de esta pantalla es equivalente a un televisor de 25" colocado a 2,5 metros (aproximadamente 15º del campo visual o el tamaño de un puño y medio con el brazo estirado).

Podéis ver las Google Glass en la siguiente imagen.

Figura 1. Foto de Google Glass con su diadema
Con un peso de tan solo 36 gramos cuenta con un control táctil (trackpad), cámara de fotos y vídeo y el sistema de proyección. La diadema se puede quitar del dispositivo mediante un tornillo y presumiblemente éste perimtirá, mediante la ayuda de un adaptador, colocar Google Glass en cualquier gafa graduada.


Figura 2. Parte del sistema de proyección sin la carcasa
Además de los elementos descritos en el párrafo anterior Google Glass cuenta también con un botón disparador para realizar rápidamente vídeo y fotografías, un micrófono y un auricular de conducción ósea. Este sistema transmite directamente los sonidos de Google Glass al oído interno mediante vibraciones. Esta tecnología presenta dos ventajas: la primera es que nadie más puede escuchar el sonido que reproduce el dispositivo. La segunda es que al dejar el pabellón auditivo totalmente libre no nos impide escuchar los sonidos de nuestro entorno.


Cómo funcionan y para qué sirven (y/o servirán)

Desde hace ya unos meses este dispositivo está disponible para un número controlado de desarrolladores, lo que nos permite conocer ya bastantes detalles sobre el mismo. Su salida para el gran público estaba programada para finales de 2013 pero últimas informaciones indican su puesta a la venta para el primer semestre de 2014 con un precio estimado de 300$, aunque este valor es tan sólo un rumor basado en los costes de producción y del margen de beneficio estimado.

En este artículo intentaré hacer un resumen detallado sobre el sistema y trataré de extender otro punto, el sistema de proyección, del cuál he encontrado poca información en la red y la que he encontrado resulta ser poco precisa y, en algunos casos, errónea.

Las Google Glass se conectan a Internet mediante vinculación bluetooth a nuestro terminal móvil o mediante la conexión directa a una red WiFi. El software cuenta con toda la potencia del buscador de la compañía, ofreciendo hoy en día búsquedas por voz de manera similar a las búsquedas que ofrece en la actualidad Google Now, además de acceso a algunas aplicaciones que sin duda irán siendo cada vez más y más durante estos meses y los meses posteriores a su salida.

Figura 3. Trackpad de Google Glass
Imaginad que tenéis las Google Glass puestas. Bastará con tocar el trackpad o levantar la cabeza 10º o 40º (según lo tengamos configurado) y nos aparecerá la pantalla de espera indicándonos la hora y en la parte de abajo las letras "ok glass". Tened en cuenta que el fondo de estas capturas del sistema es negro mientras que en la proyección esta zona negra es una zona transparente, por la que podremos ver lo que tenemos delante nuestro.

Figura 4. Pantalla de espera de Google Glass.
Una vez que hemos "despertado" a las Google Glass de su estado de reposo ya estamos listos para decir el ya famoso "Ok glass" (no sé si será distinto en español...) para empezar a mandar comandos. Nada más decir esas palabras mágicas pasamos a ver esta pantalla:

Figura 5. Comandos de Google Glass.

Los comandos disponibles a día de hoy son los que veis en la imagen anterior. Navegación GPS, fotografías, vídeos, envío de emails, videollamadas mediante Hangouts y llamadas GPRS. No he conseguido activar las aplicaciones de Facebook y Twitter pero ya están disponibles para Google Gass.

En la pantalla de espera (la del reloj) podemos desplazarnos con el trackpad a izquierda y a derecha. Desplazándonos hacia la derecha podemos ver notificaciones de aplicaciones, de correo electrónico y nuestras últimas búsquedas con el comando "google...". Desplazándonos hacia el otro lado de la pantalla de espera tenemos las tarjetas de Google Now: recordatorios, resultados de nuestros equipos favoritos, el tiempo en nuestra ciudad y en nuestra localización...

Sistema de proyección

Los esquemas que circulan por la red sobre el funcionamiento del sistema de proyección de Google Glass son como el de la siguiente imagen.
Figura 6. Esquema óptico que circula por la red (erróneo)

Hay dos problemas con este esquema. El primero es óptico. Si realmente fuese así el cono de luz del proyector que se va abriendo debería seguir abriéndose después de la reflexión, y no salir paralelo como pasa en el esquema. Resumiendo: si la luz del proyector siguiese ese camino sería imposible que pudiésemos enfocar la imagen porque sería igual de difícil que intentar enfocar a la punta de nuestra nariz. (No cuentan personas de más de 10 dioptrías sin corregir).

Abordado el problema óptico queda otro no menos pertubador. Si miramos imágenes reales del prisma de Google Glass ¡vemos que realmente el corte de los dos prismas va al revés que en ese esquema! Podéis observarlo en detalle tanto en la Figura 2 como en la siguiente imagen.

Figura 8. Imagen real del prisma de Google Glass
Uno de los detalles más curiosos del prisma de Google Glass es que una de sus caras (la más alejada del proyector) es un espejo. Tanto en la siguiente figura como en la Figura 2 se puede apreciar claramente que este espejo no es plano, sino cóncavo (visto desde fuera convexo).

Figura 9. Imagen del espejo cóncavo de Google Glass
La clave de este sistema es justamente el espejo. El funcionamiento del sistema de proyección es el siguiente (no puedo estar seguro al 100% pero sí creo estar seguro al 95%).

  1. El proyector crea la imagen del sistema.
  2. Esta imagen atraviesa el corte de los prismas.
  3. La imagen refleja en el espejo. Al ser el radio del espejo mucho mayor que la distancia al proyector éste crea una imagen virtual a una distancia de unos 35-40 cm. Este dato lo presupongo porque suele ser la distancia de trabajo en cerca. Además en una conferencia donde nos hicieron una demostración de Google Glass, el conferenciante (@julianmb) se quitó sus gafas graduadas y admitió ver desenfocado a un chico de la primera fila (miopía) y ver "casi" perfectamente la imagen de Google Glass.
  4. La imagen reflejada del espejo refleja en el la separación de los prismas y llega hasta el ojo.
Figura 10. Trazado de rayos del sistema de proyección de Google Glass

En el trazado de rayos podéis observar (de manera muy esquemática y aproximada) que los rayos que llegan al ojo (flechas grises) son más paralelas entre sí que las que salen del proyector. Si prolongamos estas flechas hacia el lado opuesto al ojo éstas se juntarán en un punto donde creeremos ver la pantalla. Desde mi punto de vista creo que sería mejor que la imagen estuviese en el infinito (flechas grises paralelas). Lo creo principalmente por tres motivos:
  1. No tendríamos que acomodar para ver la imagen (más tiempo de uso sin cansancio aunque no creo que nadie se canse).
  2. No nos pondríamos "bizcos" al mirar la pantalla. Esto puede ser otro punto de fatiga.
  3. Para conducir no tendríamos que cambiar el punto de enfoque de lejos a cerca, siendo más cómodo y seguramente más seguro.
Por otra parte no estoy seguro de dónde se hace semitransparente la imagen del proyector pero supongo que cuando la luz vuelve del espejo, ya que supongo que si fuese a la salida del proyector al atravesar el corte de los prismas se produciría una imagen fantasma y por lo tanto se produciría imagen doble. O quizás, simplemente la transparencia se produce porque el mundo real tiene mucha más luz de la que el proyector puede emitir.

Proyección de venta

Según una encuesta realizada por la prestigiosa Forrester Research un 11% de los estadounidenses comprarían hoy las Google Glass si estuviesen a la venta a un precio de 1500$ (el precio para desarrolladores). Esto supondría una venta de 21 millones de unidades. Estas cifras son realmente esperanzadoras para Google ya que, poniéndolo en perspectiva, el iPhone, siendo en su momento una total revolución, vendió en su lanzamiento 9 millones de unidades. (Fuente @julianmb)

Ejemplos de Google Glass en funcionamiento

Por último os dejo un par de vídeos de los chicos de Phandroid en los que podréis ver las Google Glass en funcionamiento incluso desde el punto de vista como si las llevásemos puestas (o parecidas)

Review del Software

Demostración del funcionamiento de las gafas como si las llevásemos puestas


Conclusiones

Respuestas a cientos de preguntas sin tener que sacar nuestro móvil del bolsillo mediante Google Now, fotografías y vídeos desde nuestro punto de vista, direcciones GPS mediante toda la potencia de Google Maps, llamadas de voz y vídeo mediante voz... No tengo ninguna duda de que Google Glass revolucionará el modo al que accedemos a la información, más que nada por ser Google el que está detrás de este producto tan ambicioso. Personalmente estoy convencido de que me haré con unas en el momento en el que salgan al mercado (y más si el precio ronda los 300$/€).

Tenéis a vuestra disposición los comentarios para cualquier duda o comentario sobre este dispositivo.

Un saludo y espero que os haya gustado

martes, 11 de diciembre de 2012

El Solsticio de Invierno y la Navidad

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¡Hoy os quiero contar una pequeña casualidad!

Se trata de el mito de Mitra.

Mitra fue uno de los principales dioses de la religión irania anterior a Zaratustra, desarrollado a partir del antiguo dios funcional indoiranio Vohu-Manah, objeto de un culto aparecido unos mil años antes de Cristo y que, tras pasar por diferentes transformaciones, pervivió con fuerza en el Imperio romano hasta el siglo IV d.C., era una divinidad de tipo solar.  El dios Mitra hindú, como el persa, es también una divinidad solar, tal como lo demuestra el hecho de ser uno de los doce Adityas, hijos de Aditi, la personificación del Sol.

¡¡Y aquí viene la casualidad!!:

Está bien documentado que Mitra nació de virgen un 25 de diciembre, en una cueva o gruta, que fue adorado por pastores y magos, fue perseguido, hizo milagros, fue muerto y resucitó al tercer día... y que el rito central de su culto era la eucaristía con la forma y fórmulas verbales idénticas a las que acabaría adoptando la Iglesia cristiana.

Por otro lado, el día 6 de Enero, en la Alejandría egipcia, se festejaba el festival de Core «la Doncella» — identificada con la diosa Isis— y el nacimiento de su nuevo Aion —personificación sincrética de Osiris—; el parto de Core/Isis era anunciado, desde hacía milenios, por la elevación en el horizonte de la estrella brillante Sotis (Sirius) —la estrella de Mt 2,2—, el signo que precedía al desbordamiento de las aguas del río Nilo a través de las cuales el dios muerto y resucitado Osiris extendía su gracia fertilizando y vivificando a todas las tierras ribereñas. Además, en rituales como los efectuados en Persia, donde, desde tiempos del rey Darío I (521-486 a.C.) y probablemente desde cientos de años antes, los magos/sacerdotes ya solían ofrecer a Ahura-Mazda (el dios solar principal) los presentes del oro, incienso y mirra que se citan en Mt 2,11.

El papa Liberio (papa los años 352-366 d.C.), avalado por la fuerza legisladora y represora de Constancio II, se las arregló para que en todo el Imperio romano el Sol de Jesús-Cristo comenzase a brillar en exclusiva basándose en los mismos mitos paganos que hasta entonces habían sido patrimonio del Deo Solí Invicto Mithrae.

Dicho esto: ¡Feliz Solsticio de Invierno a todos!

Fuentes: Mentiras Fundamentales de la Iglesia Católica, Pepe Rodríguez  (1997)
Cfr. Campbell, J. (1992). Op. cit.