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Educación Básica
Ingeniería: una introducción para la preparatoria
5: Conectando la ciencia y las matemáticas con la ingeniería
5.2: Historia del caso: cómo las matemáticas, la ciencia y la ingeniería condujeron a la primera radio de bolsillo

5.2: Historia del caso: cómo las matemáticas, la ciencia y la ingeniería condujeron a la primera radio de bolsillo

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Imagina que es el 1 de noviembre de 1954 y Dwight “Ike” Eisenhower es presidente y los Brooklyn Giants de Leo Durocher acaban de barrer la Serie Mundial de los Indios de Cleveland. Willie Mays se ha convertido en una leyenda de la Serie Mundial después de hacer “The Catch” en el campo central sobre su cabeza de espaldas al cuadro interior. Hoy, también acabas de comprar una Regency TR-1 (Figura abajo), la primera radio “de bolsillo” del mundo. Costó $49.95 (equivalente a 400 dólares en dólares de 2007) con sus cuatro transistores, y ahora estás escuchando el primer hit de Elvis Presley, “That's All Right”. La radio es gris, pesa 12 onzas, y con un tamaño de 3′′×5′×1′′, podrías meterla directamente en tu bolsillo. Esto es mucho más conveniente que las viejas radios portátiles de tubo de vacío que eran más grandes, voluminosas y más pesadas que la nueva radio transistor. Uno de ellos es un RCA 66BX, un radio portátil de seis tubos que pesaba 3 libras y tenía un tamaño de 7′′×5′×2′′. ¿De dónde vino esta increíble pieza de tecnología que se encoge? Ya veremos.

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Un radio transistor portátil. El primer radio transistor del mundo, el Regency TR-1 pesaba 12 onzas con dimensiones de 3" × 5" × 1"

El conocimiento científico básico necesario para desarrollar una radio transistor partió de la época en que, el 14 de diciembre de 1900, el físico alemán Max Planck explicó al mundo cómo se comportaban los electrones de un átomo con una nueva teoría llamada mecánica cuántica. En los siguientes 20 años se desarrolló un modelo matemático para esta teoría, incluyendo una ecuación importante llamada ecuación de Schrödinger. A partir de ahí, fueron estos principios básicos de la ciencia y las matemáticas dirigidos hacia su aplicación práctica en dispositivos eléctricos los que llevaron a tres investigadores de Bell Labs a una carrera. La carrera consistió en inventar un dispositivo de estado sólido que reemplazara a los tubos de vacío voluminosos, poco confiables y que consumían energía utilizados en la electrónica de consumo (como las radios) en ese momento. Entonces fue que, el 16 de octubre de 1947, los físicos John Bardeen, Walter Brattain y William Shockley, aplicaron las matemáticas y la ciencia de la física cuántica a los semiconductores para inventar el primer transistor del mundo. Habían creado un dispositivo que podía amplificar 18 veces una señal electrónica débil en un amplio rango de frecuencias. Por sus esfuerzos recibieron el Premio Nobel en 1956.

Ahora que existía este nuevo dispositivo, ¿cómo se usaría? Texas Instruments utilizó técnicas especiales de procesamiento de materiales para hacer material semiconductor muy puro necesario para los transistores y comenzó a fabricarlos en 1952. Usando esos transistores, que cuestan $2.50 cada uno ($2.50 comprarán 100 millones de transistores en un circuito integrado hoy), los ingenieros de la División Regency de IDEA (Industrial Development Engineering Associates) de Indianápolis, Indiana, utilizaron el proceso de diseño de ingeniería para diseñar, desarrollar y fabricar la primera radio de bolsillo del mundo. Los ingenieros eléctricos de Regency utilizaron su experiencia industrial y los conocimientos de su educación en física, matemáticas, ciencias de la ingeniería e ingeniería eléctrica para diseñar una radio pequeña; se fabricaron 100 mil unidades. Las conexiones de la ciencia y las matemáticas con la ingeniería son claras. La comprensión de un fenómeno del mundo natural, la física cuántica y el modelado matemático del fenómeno promovieron los conocimientos sobre el comportamiento eléctrico de los materiales semiconductores. Fueron los tres investigadores de Bell Labs quienes buscaban una solución al problema bien definido del mal comportamiento eléctrico de los tubos de vacío lo que llevó al equipo a inventar el transistor. De hecho, fue un dispositivo muy práctico, ya que los ingenieros de materiales de Texas Instruments pudieron producir transistores en cantidad para que otro equipo de ingenieros eléctricos de IDEA pudiera diseñar, desarrollar y fabricar esa primera radio de bolsillo.

La historia de casos anterior de la primera radio de transistor ilustra la interacción de matemáticas, ciencias e ingeniería que ocurren en la comercialización de un nuevo dispositivo que luego emocionó al país. Y no tardó mucho en que la sociedad se diera cuenta de los beneficios de la mecánica cuántica, la ecuación de Schrödinger y la invención del transistor. Se podía ver en algunos parques infantiles un año después de que el Regency TR-1 se comercializara por primera vez. Una multitud se reunió alrededor de niños que trajeron las radios de bolsillo de sus papás para escuchar la Serie Mundial ′55 cuando los Dodgers de Brooklyn vencieron a los New Yankees en siete juegos. Esa pequeña radio milagrosa fue un reflejo del espíritu “puede hacer” de la década de los cincuenta. La ingeniería podría hacer realidad la ciencia ficción. En ese momento, el personaje detective de dibujos animados Dick Tracy tenía un imaginario reloj de pulsera de video-walkie-talkie-computadora, que solía atropellar a los criminales de la ciudad. Parte de ello se hizo realidad pero ahora, medio siglo después, la encarnación de alta tecnología de hoy del reloj de Tracy, el iPhone, puede hacer todo lo que hizo el reloj de Tracy y más. A continuación, consideremos el impacto de la tecnología en tu propia vida a partir del siguiente ejercicio.

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Un cepillo de dientes eléctrico y un horno de microondas. El cepillo de dientes eléctrico se inventó en 1939 pero no se popularizó hasta la década de 1990. El horno microondas fue un spin-off de la tecnología de radar de la Segunda Guerra Mundial y se inventó en 1946.

Actividad

¿Cómo te afecta la tecnología a ti y a tu vida cotidiana? La tecnología creada por ingenieros afecta a todos en su vida diaria, generalmente de formas sutiles y subestimadas. Prueba este ejercicio para explorar el impacto de la tecnología con dispositivos como el cepillo de dientes eléctrico o el microondas, como se muestra en la Figura anterior.

Escribe una breve lista de tres o cuatro dispositivos electrónicos o gadgets que usas a diario.
Escribe una breve descripción de cómo los usas, cómo afectan tu vida y cómo se vería afectada tu vida si aún no se hubieran inventado.
Adivina qué tipo de ingenieros participaron en ayudar a crear uno de los dispositivos. Selecciona un tipo de ingeniero y piensa en cómo él/él ¿cómo pudo haber usado las matemáticas y la ciencia en la fabricación del dispositivo?