Artículos de Ambrosio Liceaga

Ambrosio LiceagaAmbrosio Liceaga | http://cienciadebolsillo.com/ | @cienciabolsillo

Ambrosio Liceaga vio Cosmos de pequeño y aún no se ha recuperado. Empezó con su blog (Ciencia de bolsillo) en 2005 cuando un compañero le avisó de que tantas historias sobre ciencia tenia que interesar a algún otro. A cualquier otro. En la vida real, trabaja como ingeniero industrial porque cambiar el mundo podría ser aún mas divertido que entenderlo. Lamentablemente, aún no ha conseguido ninguna de las dos cosas.

Disfrutando los logros del programa Apolo

Era el mejor de los tiempos, era el peor de los tiempos, la edad de la sabiduría, y también de la locura; la época de las creencias y de la incredulidad; la era de la luz y de las tinieblas; la primavera de la esperanza y el invierno de la desesperación.

Historia de dos ciudades (Charles Dickens)

Como muchos aficionados a la astronáutica, recuerdo los años del programa Apolo con envidia. La sensación de avance, de revolución imparable, la euforia,  la borrachera de desarrollo tecnológico es algo que me habría gustado vivir. La comparación con esta triste época post-transbordador es demoledora. El sueño  parece muerto y, con los actuales presupuestos, puede costar décadas recuperarlo. No creo que llegue a ver un humano en Marte. Leer más »

Animaciones médicas para entender nuestro cuerpo

Hybrid Medical Animation

El mundo de la animación ha avanzado de forma espectacular en los últimos años. Nos hemos acostumbrado a ella en películas y juegos pero no es solo una herramienta para divertirnos. También puede utilizarse en la divulgación. Y, aunque aquí no tengamos dinero para crearlas, siempre podemos enseñar algunos de los ejemplos gratuitos que pueden encontrarse por la red.

Lo que sigue son solo unos pocos ejemplos. Una selección de empresas puramente personal y muy limitada. Confío en vuestros comentarios y enlaces para ampliarla, aumentarla y mejorarla. Leer más »

Pluto, infierno nuclear de diseño

Imaginaos un reactor nuclear en el aire. Unos 500 MW, algo menos que un reactor nuclear típico de un central de energía eléctrica. Pero sin protección, sin blindajes y con un objetivo predefinido: estrellarse. El proyecto Pluto fue una de las armas más locas que se hayan ensayado nunca.

Estamos en 1955. Un armisticio ha detenido la guerra de Corea pero no hay acuerdo de paz y la “guerra fría” parece cada vez más caliente. Soviéticos y norteamericanos realizan ensayos con bombarderos que utilizan reactores nucleares como propulsores. Su objetivo es conseguir una fuerza de disuasión que vuele día y noche a salvo de ataques sorpresa. En ese entorno casi paranoico surgió una idea que volvería obsoletos incluso a los actuales misiles de crucero.

Se denomino SLAM por “Supersonic Low Altitude Missile” o misil supersónico de baja altitud. Como sus sucesores actuales, volaría a baja cota pero a cuatro veces la velocidad del sonido. Y llevaría una o varias armas nucleares aunque su propio motor, también nuclear, sería igual de peligroso.

Además del planeta y el personaje de Walt Disney, Pluto (Plutón en castellano) es el nombre de un dios romano de origen griego que gobernaba el inframundo. Lo que nosotros llamaríamos infierno. Supongo que a sus diseñadores les pareció muy apropiado. El objetivo del proyecto era diseñar un motor para el misil SLAM utilizando un pequeño reactor nuclear de fisión. El reto era difícil pero, en ese momento, ya existían proyectos de motores nucleares para aviones y para cohetes (NERVA)

Un propulsor para misiles parecía un problema más sencillo y fácil de resolver. Para empezar, no estaba tripulado por lo que se podía prescindir de los pesados blindajes que eran imprescindibles en un bombardero. La fiabilidad era menos importante ya que solo debía funcionar una vez. Y nada de preocuparse por los residuos del reactor o la contaminación radiactiva. Después de todo se estrellaría en territorio enemigo y en el centro de una explosión nuclear. Los diseños de bombarderos nucleares fueron criticados porque el escape liberaba elementos radiactivos pero incluso esto era un problema menor siempre que el misil que estuviese volando sobre territorio enemigo.

En ese caso, contaminar el suelo a lo largo miles de kilómetros se consideraba un factor positivo. Como detalle añadido, la onda de presión del misil rompería cristales y estructura ligeros. De este modo, se garantizaría la entrada de los elementos radiactivos dentro de las casas ¿Era o no un arma infernal?

Esquema de los principales componentes del misil SLAM | Imagen

El diseño elegido para el motor era similar a un estatorreactor. Se trata de un motor muy sencillo y casi sin piezas móviles. El aire entra directamente y es comprimido por su propia velocidad. A continuación, se inyecta combustible que lo calienta aún más y su salida a gran velocidad proporciona el empuje. En la versión nuclear, 60 kilogramos de uranio eran suficientes para calentarlo sin utilizar otro combustible.

Imagen | | Prototipo “Tory-IIC” Los dos técnicos de blanco sobre el motor dan una idea de su tamaño.

Aunque el diseño era relativamente simple, realizar un ensayo era bastante más problemático. La zona elegida fue el área 25 de las instalaciones de ensayos nucleares de Nevada. Es la misma área donde se ensayó el cohete nuclear NERVA y se esperaba situar el almacén de residuos nucleares de Yucca Mountain Además del aislamiento, se necesitaba un área con suficiente espacio para instalar todos los dispositivos auxiliares. Para empezar, unos 40 kilómetros de tuberías conteniendo aire a presión. El motor requería cerca de una tonelada de aire por segundo durante ensayos que llegaron a durar cinco minutos.

Por otro lado, era necesario revisar el motor tras los ensayos. Eso implicaba inspeccionar un reactor nuclear totalmente desnudo, después de ser activado y, tal vez, dañado. Para esta tarea se construyó una vía férrea de 4 kilómetros que trasladaba el motor desde la zona de ensayo a la zona de inspección. Se trataba de una instalación dotada de mandos a control remoto para permitir la manipulación del motor y sus componentes a distancia. Los técnicos se alojaban en un bunker blindado con agua y comida para dos semanas. Una medida preventiva por si algo salía mal durante las pruebas.

Como podéis imaginar, el coste fue inmenso. Pero tuvieron éxito. Tras cuatro años de esfuerzos por parte de unas 400 personas, el motor funcionaba. Quedaba dar el siguiente paso, ¿Cómo ensayamos el misil? Este problema era bastante más difícil. No solo por la complejidad del un diseño supersónico o la necesidad de materiales de alta resistencia al calor. Las mismas cualidades que convertían al misil nuclear en un arma tan deseable, hacían muy complicado comprobar su funcionamiento. No era fácil encontrar una zona que permitiese el sobrevuelo y era necesario determinar cual sería el destino del misil y su propulsor al terminar las pruebas. Se trazaron planes para lanzar el misil mediante un cohete y poner el reactor en funcionamiento sobre el Pacifico. Después, volaría sobre áreas poco navegadas hasta estrellarse contra el océano en una zona profunda cerca de la isla Wake. Sin embargo, la contaminación resultante resultaba excesiva incluso para los permisivos criterios de 1961. El proyecto se detuvo mientras se analizaba su alto coste y las posibles alternativas.

La alternativa eran los misiles balísticos como el Thor, el Júpiter y sus sucesores de mayor tamaño y alcance. Comparado con ellos, el misil SLAM era lento, fácil de detectar y de derribar. E incluso más caro si se tenía en cuenta todos los costes de mantenimiento y protección del personal. Aunque terrorífico sobre el papel, simplemente no era el arma más efectiva así que el diseño fue abandonado. Y, vistas sus características, me alegro mucho de ello.

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Información adicional:
- Pluto,  una página creada por el hijo de su principal diseñador
- Review of the manned Aircraft nuclear propulsion program – Atomic Energy Commision and Departament of Defense

Rescate aéreo, en marcha

Parece una fantasía de película. Y lo cierto es que apareció en una. Hablamos de la idea de recoger a una persona desde el suelo y subirla “en marcha” a un avión que vuela a baja altura. ¿No resultaría herida por el cambio brusco de velocidad? ¿Cómo podría soportar la aceleración? Parecen problemas irresolubles pero la motivación generada por la guerra fría y la imaginación de algunos inventores fue capaz de superarlos.

El primer paso consistió en averiguar si era posible sin (intentar) saltarse las leyes de la física. Para el avión no hay ningún problema. Mientras su masa sea muy superior al objeto recogido, puede mantener suficiente velocidad para seguir volando sin entrar en perdida y caer. Tampoco hay problema desde el punto de vista de los materiales. Un cable de acero o de material sintético puede resistir una fuerza equivalente al peso de muchas toneladas o, lo que es igual, la masa de una persona que sufre una aceleración tan fuerte como para poner en riesgo su vida. Leer más »

Galvani, Volta y los herederos de Frankenstein

En 1780 Luigi  Galvani, tocó con una varilla de hierro a una rana muerta que colgaba de un gancho de bronce. Para su sorpresa, vio que las patas de la rana se contraían. Este inexplicable fenómeno nos proporcionó las pilas, el monstruo de Frankenstein y los desfibriladores en una curiosa mezcla de investigación, ciencia-ficción y avances en fotografía.

Cuando Galvani tocó a la rana  no estaba jugando con la comida. Intentaba aprender anatomía diseccionándola siguiendo la necesaria, aunque dolorosa, tradición de la biología. En su movimiento creyó descubrir una misteriosa  fuerza vital que sobrevivía incluso a la muerte del animal.  Pero Alejandro Volta no estaba de acuerdo.  Él pensaba que se trataba de una simple reacción química al poner  en contacto los  dos metales a través de un conductor como era la propia rana.  Veinte años después consiguió probarlo uniendo  una serie de discos de cobre y zinc  bañados en salmuera. El resultado fue la pila voltaica, un descubrimiento de extraordinario valor. Las pilas fueron  el primer dispositivo capaz de generar electricidad de forma continua. Electricidad que se convirtió en la herramienta ideal para nuevos y variados experimentos. Entre ellos, la electrolisis de diversos compuestos que llevaron al descubrimiento de nuevos elementos como el potasio, el sodio, el calcio o el magnesio. Aunque también tenía su utilidad en  diversas exhibiciones públicas, la versión pre-televisión de El Hormiguero, donde la contracción de las ancas de la rana ocupaba el lugar de honor.

Los experimentos con la misteriosa electricidad sirvieron de inspiración  a la primera e increíblemente exitosa novela de Mary Shelley. En ella, un médico llamado Víctor Frankenstein creaba un monstruo al que daba vida gracias a la electricidad. El pobre monstruo ni siquiera tenia nombre  pero dejo una huella indeleble en la investigación científica. Cualquiera médico que quisiera experimentar con la electricidad era considerado un heredero del loco Frankenstein y destinatario del mismo desprecio. No hubo muchos voluntarios para seguir con esa línea de trabajo.

Una de los pocos fue Guillaume Duchenne, un médico francés que descubrió varias enfermedades musculares como la distrofia que lleva su nombre. También se considera que fue el primero en contar cuantos músculos son necesarios para sonreír. ¿Qué como lo hizo?  Utilizó la electricidad para ir contrayendo los músculos de la cara uno a uno y así poder contarlos. Afortunadamente, también era un gran aficionado a la fotografía y nos dejo completos estudios de anatomía como los que podemos ver en las imágenes. Pero hizo algo mas, demostró que la electricidad podía utilizarse de forma segura para forzar la contracción de un músculo concreto en un paciente vivo. Este fue un segundo paso crucial. Aunque viendo las imágenes, estoy seguro de que llamarlos pacientes es poco para describir a esas personas.

De todos los músculos del cuerpo, el corazón era el más interesante. En una época donde apenas se conocía el cerebro, se consideraba que controlar sus latidos era como controlar la vida y la muerte del ser humano. Así que, a pesar de puntuales ataques y bastante incomprensión, los médicos siguiendo buscando métodos para mantenerlo en funcionamiento y evitar la muerte de sus  pacientes. Este fue un trabajo que requirió la colaboración de muchos científicos ya que el corazón resultó un músculo muy complicado de analizar. Entre ellos, el premio Nobel Willem Einthoven que desarrollo el primer electrocardiógrafo con el que se podía medir la actividad eléctrica del corazón.  Este aparato ayudó a entender un extraño problema. Los enfermos no solo morían cuando el corazón se paraba, también cuando latía de forma descontrolada o a gran velocidad. En este último caso, el músculo se contraía pero no bombeaba sangre correctamente y esto podía causar la muerte. Comprender este mecanismo fue un tercer paso fundamental para conseguir la reanimación de nuestro corazón. Apoyados en el nuevo conocimiento,  los médicos desarrollaron dos soluciones distintas.

Los “herederos” de Víctor Frankenstein se propusieron devolver el latido  a un corazón parado y, como resultado, crearon el marcapasos. Su función es generar los mismos pulsos eléctricos que el cuerpo ya no produce por algún fallo orgánico. Por otro lado, cuando se presentaba una latido descontrolado del corazón, se descubrió que la mejor solución era forzar su parada. Detenerlo y confiar en que volviese a latir correctamente por si mismo. A este aparato lo llamaron desfibrilador. Suena menos amenazador que “detiene-corazones” y gracias a eso podemos encontrarlo en muchos lugares públicos. Cada año salva miles de vidas pero el método no deja de ser paradójico.  Parar el corazón, matar a una persona según los conocimientos del siglo XIX, ha resultado ser la mejor forma de mantenerlo con vida.

Unos motores titánicos

Cigüeñal similar al del Titanic | Fuente

Para mí, la escena mas memorable de “Titanic” no es su hundimiento. Tampoco la imagen de sus protagonistas en la proa. Como ingeniero sigo fascinado por la imagen de sus gigantescos motores del tamaño de un edificio de tres plantas. El Titanic, que fue el objeto móvil mas grande de su época, necesitaba unos motores apropiados. Sus motores de vapor de triple expansión era la culminación de siglos de avance tecnológico en motores de combustión externa pero, ¿qué es un motor de combustión externa?

Para entender los motores del Titanic tenemos que pensar en el combustible que utilizaban. En aquella época el rey era el carbón. Y el carbón es un combustible sólido y no líquido como los derivados del petróleo que utilizamos actualmente. Intentar dividirlo finamente para mezclarlo con el aire es posible pero difícil y costoso. La alternativa era que ardiese lentamente lo que era mucho mas seguro y fácil. Muy bueno para producir calor pero no para realizar un trabajo. De hecho, si olvidamos el juguete de Herón de Alejandría, este fue un problema no resuelto hasta que el navarro Jerónimo de Ayanz y Beaumont desarrolló la primera bomba impulsada por vapor y destinada a extraer agua de las minas. Leer más »

Cuando la NASA construía aerogeneradores

Estamos a principios de los años 70 y los Estados Unidos están siendo desangrados, económica y físicamente, por la guerra de Vietnam. La NASA empieza a darse cuenta que el programa Apolo se acaba mientras su presupuesto se reduce espectacularmente. En ese momento, el Secretario de Interior del estado de Puerto Rico preguntó en el centro John H. Glenn (entonces centro Lewis) si la NASA estaría dispuesta a diseñar un aerogenerador para una pequeña y aislada isla.

Turbina gigante de Charles Brush | Imagen

El viento es una energía abundante pero controlarlo de forma  eficiente no es un problema fácil. El aerogenerador de esta primera imagen es la turbina construida por Charles F. Brush en 1888. Tenía 144 palas de madera de 17 metros de longitud y tan sólo 12 kW de producción máxima. Y se trataba del diseño mas avanzado a finales del siglo XIX. Para mejorar estos resultados se necesitaba mucha ciencia, especialmente aerodinámica,  y el arranque de la aviación parecía una oportunidad en ese sentido.

Un pionero olvidado, el danés Poul la Cour, fue el primero en utilizar túneles de viento para demostrar los molinos tenia mucho mas rendimiento utilizando menos palas y haciéndolas girar más rápido. Sin embargo, durante más de medio siglo, apenas se vieron avances en este campo. Por eso, en la década de los 70, los molinos eólicos eran una tecnológica que parecía destinada al olvido. El petróleo costaba 1,8 dólares por un barril de 200 litros. Si algún día escaseaba, la energía nuclear prometía un relevo muy barato y seguro.

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Cigüeñas, piratas y éxitos económicos

Las constelaciones nos engañan, nos hacen creer que estrellas muy alejadas están agrupadas y cercanas. Del mismo modo, cuando observamos dos acontecimientos simultáneos tendemos a relacionarlos y creer que uno es causa de otro. Y eso ocasiona todo tipo de errores.

Correlación no implica causalidad. Esta frase resumiría todo el contenido de esta anotación pero parece necesario explicarla un poco viendo como se confunden en el día a día. Imaginemos que un investigador intenta averiguar las causas de la calvicie. Un análisis muy simple demuestra que las personas sin pelo suelen tener peor audición. ¿Hemos descubierto una relación importante entre la calvicie y la sordera? Tal vez no. Todos perdemos audición con la edad. Y la mayoría también pelo.

Podemos encontrar otras muchas correlaciones sin causa real. Desde estudios que demuestran la relación entre la población de cigüeñas en una localidad y el numero de nacimientos a los que vinculan el aumento de la temperatura en nuestro planeta con la disminución del número de piratas en activo. Si las comparaciones son lo bastante chocantes, nuestro sentido común nos ayuda a rechazarlas. Pero es bueno recordar que, a veces, el sentido común se equivoca totalmente.

Imaginemos que un hipotético estudio médico descubre que los consumidores habituales de caviar de alta calidad sufren menos enfermedades y viven más años. Puedo imaginar ese titular en algunos periódicos, especialmente ahora que estamos en verano. Incluso suponiendo que el estudio este bien realizado eso no garantiza  el caviar sea la causa. Tener mas dinero, mejor atención médica o vivir en el primer mundo serían factores a considerar. Y, en ese caso, sería fácil sospecharlo.  Pero, ¿y si cambiamos el consumo de caviar por el consumo de bayas del goji? Ahí nuestra intuición no nos dice demasiado. Se necesitaría una detallada investigación para confirmar si un producto tiene o no efectos positivos. Aún más para descubrir el mecanismo y asegurarse de que no hay otros efectos implicados. Pero, en la práctica, un artículo sin verificar puede convertir un alimento en una moda y llenar titulares de periódicos. Después, da igual que la OCU descubra que acumulan tóxicos o que se denuncie, con buenos argumentos, que las famosas bayas del goji son un completo fraude.

Podemos ir más allá y extender esta filosofía a otros aspectos de la vida. Imaginemos un cambio de gobierno tras el cual mejora fuertemente la economía de un país. Esa mejoría ¿es gracias a sus medidas o a pesar del ellas? ¿Causalidad o simple correlación? Es difícil estar seguro porque cada postura suele tener el apoyo de prestigiosos informes económicos…. totalmente contradictorios. Un razonamiento similar nos llevaría a poner en duda muchas historias de éxito en política, finanzas o gestión de empresas. Para quien tenga curiosidad en el tema, recomiendo el fantástico libro “Fooled by Randomness” de Nassim Taleb. En mi modesta opinión, el universo puede ser mucho más sutil  y complejo que lo que parece a simple vista. Olvidarse de ello, es olvidar la principal razón para encontrarlo tan interesante.

Rompiendo el hielo

Como primera participación en Amazings nada mejor que hablar de los rompehielos. Barcos reforzados capaces de abrirse camino utilizando algunos inteligentes trucos físicos donde la fuerza bruta sería incapaz.

| Fuente Flickr Creative Commons

Imagino que los primeros barcos que se encontraron con el hielo se limitarían a huir del mismo. Un bloque de hielo de gran tamaño tiene una enorme energía cinética y gran momento lineal aunque se desplace a baja velocidad. Suficiente para dañar o hundir cualquier frágil embarcación de madera. En esas condiciones, la idea de viajar hacia el hielo o, aún peor, abrirse camino, estaba descartada.

Hubo que esperar al siglo  XIX para que los viajes de exploración a los polos y la búsqueda del Paso de Noroeste impulsasen el desarrollo de nuevos diseños pensados para surcar esas aguas.  La base de partida fue la construcción de cascos reforzados y de gran resistencia que pudiesen soportar golpes ocasionales con pequeños trozos de hielo. Si además se utilizaban dobles cascos y compartimentos estancos se reducía bastante el riesgo de hundimiento. Sin embargo, esto no era suficiente para acercarse a la banquisa polar. Las misiones de exploración podían provocar que un buque quedase atrapado al cerrarse el hielo a su alrededor. En estas condiciones, un barco sufre brutales presiones laterales capaces de destrozar su casco como sucedió con famosos navíos como el Endurance. Incrementar la resistencia del casco era una solución limitada que también aumentaba el peso y coste. Claramente, se necesitan nuevos diseños para los nuevos problemas. Leer más »