ingeniatic

El GPS es un sistema de radionavegación, basado en una constelación de satélites, que sirven de puntos de referencia en el espacio, y se encuentran a gran distancia, en órbitas precisas y estables. Este sistema proporciona información muy fiable acerca de la posición en tres dimensiones, la velocidad y la hora exacta, en cualquier punto del planeta, en cualquier circunstancia meteorológica y en todo momento.

Es conveniente mencionar tres segmentos (partes) importantes a la hora de describir el sistema en conjunto. En primer lugar tenemos el segmento espacial, constituido por la propia constelación de satélites. Esta constelación cuenta con 32 satélites operativos y 4 o más de reserva, distribuidos en seis planos orbitales inclinados 55 grados respecto al plano ecuatorial terrestre, a una distancia de 20182 km de la Tierra. Estos completan una órbita a su alrededor cada 12 horas, lo que permite que al menos 6 satélites como mínimo puedan ser vistos en todo momento desde cualquier punto del planeta. Y se encargan de transmitir de forma continua, un mensaje modulado en una señal de radio, que contiene entre otros, datos relativos a su posición en el espacio y a la hora actual en formato UTC (Tiempo Universal Coordinado).

En segundo lugar está el segmento de control formado por una red de estaciones de seguimiento, situadas más o menos a la altura del ecuador, y distribuidas de manera que puedan estar en contacto con los satélites en todo momento. Además existe un centro principal situado en la base aérea Falcon, en Colorado Springs (EEUU), en el cuál se encargan de corregir la información recibida por las estaciones de seguimiento en cuanto a posición y tiempo se refiere de toda la constelación. Y por último el segmento de aplicación en el que están incluidos todos los usuario del sistema, en tierra, mar y aire.

Los sistemas de coordenadas más comunes , y que más interés tienen entre los usuarios de GPS, son Latitud/Longitud y UTM. En el sistema de coordenadas UTM se proyectan pequeñas zonas del globo sobre superficies planas, y cuyo resultado son husos o "zonas UTM" de 6º de anchura.

El GPS no fue el primer sistema de radionavegación que ha existido. Antes se experimentó con sistemas más rudimentarios como el Timation, el sistema 621B o el TRANSIT. Este último contaba con seis satélites en órbita polar muy baja (1074 Km) ,y ofrecía una cobertura mundial pero no constante ya que se podía acceder al sistema cada 1.5h. El cálculo de posición se basaba en la medida continua de la desviación de la frecuencia Doppler de la señal recibida, y su error estaba entorno a los 250 m. La URSS creó TSICADA, un sistema que contaba con 24 satélites en órbita media y ofrecía una cobertura global y continua.

Sus aplicaciones mas comunes al día de hoy son militares y civiles, algunos ejemplos son: Navegación terrestre, aérea y marítima, guiado de proyectiles y misiles, búsqueda y rescate, reconocimiento y cartografía y detección de detonaciones nucleares, teléfonos móviles, topografía y geodesia, localización agrícola, deportes, aplicaciones científicas (geomática), rastreos y recuperación de vehículos entre muchísimas más.

Un generador termoeléctrico de radioisótopos (RTG) es simplemente un generador eléctrico que obtiene su energía de la que liberan otros elementos por la desintegración radioactiva. El calor liberado por la desintegración de un material radiactivo se convierte en energía eléctrica gracias al uso de termopares.

Los termopares son sensores de temperatura aunque una de sus funciones es la de convertir la energía calorífica en energía eléctrica. Su funcionamiento se basa en el efecto Seebeck descubierto por Thomas Johann Seebeck. Este fenómeno describe la emisión de electricidad en un circuito eléctrico compuesto por conductores diferentes con diferentes temperaturas. Al conectarlos en serie, esta diferencia de temperatura causa un flujo de electrones en ellos.

Los RTG se pueden considerar un tipo de batería y se han usado en satélites, sondas espaciales no tripuladas e instalaciones remotas que no disponen de otro tipo de fuente eléctrica o de calor. Son los dispositivos más adecuados en situaciones donde no hay presencia humana y se necesitan potencias de varios centenares de vatios durante largos períodos.

Como ya hemos dicho, estos generadores se basan en los procesos de desintegración que se producen en los átomos radiactivos de forma que encerrando dentro de una “caja” una cierta cantidad de un determinado elemento radiactivo, este elemento se irá desintegrando produciendo un cierto tiempo de vida al RTG. Como combustible se elige el material más apropiado en función de la energía que suministra y el tiempo que tarda en desintegrarse. El más adecuado y usado en RTG destinados a uso espacial es el plutonio-238 ya que le da un periodo de vida de unos 90 años. El Plutonio-238 ha alimentado docenas de naves, incluidas las sondas Voyager, la misión Galileo y la sonda Cassini.

Anteriormente, hemos especificado "para uso espacial" porque estos dispositivos tambien sirven para uso terrestre. La URSS construyó balizas de navegación alimentadas por RTG con combustible de estroncio-90.

Dado el fuerte componente radioacitvo de estos dispositivos también hay que hacer una mención a la seguridad de los mismos. Si el contenedor de material se rompiera, se liberaria material radioactivo al exterior.

El estudio de impacto ambiental para la misión Cassini-Huygens, mencionada anteriormente, lanzada en 1997, estimó la probabilidad de fallo en varias etapas de la misión aunque esta se desarrollo con éxito y la sonda llegó a Saturno. La mision debería haber finalizado en 2008 aunque la Nasa aceptó su amplicación hasta 2017.

Aún después del triunfo de Cassini, se conocen varios fallos que involucran a los RTG.

Uno de ellos es el de la misión Apolo 13. El RTG a bordo del módulo lunar del Apollo 13 sobrevivió a la reentrada en la atmósfera terrestre, y fue a caer en la Fosa de Tonga, donde permanece hoy en día a una profundidad de entre 6 y 9 kilómetros. Los últimos estudios de las aguas y el aire de la zona parecen indicar que el contenedor sigue intacto, ya que no hay muestras de radiación. Se espera que siga sellado unos 870 años más pero llegará un momento en que empezará a agrietarse y liberará su carga.

En 1943 Hewllet-Packard(HP) desarrolló el primer generador de funciones para el Laboratorio de Investigación Naval de los Estados Unidos. En este mismo año, HP se convierte en líder reconocido en la producción de estos dispositivos. Un generador de funciones es un instrumento utilizado en electrónica para generar las diferentes formas que una onda eléctrica puede adoptar, permitiendo modificarlas mediante la atenuación o la introducción de ruido. Se usa en el desarrollo, prueba y reparación de aparatos electrónicos

Existen dos tipos de generadores, los analógicos y los digitales. Los de tipo analógico generan los tipos básicos de ondas eléctricas: sinusoidal, cuadrado y triangular, mientras que los digitales pueden generar cualquier tipo de onda.

Los analógicos basan la producción de todos los tipos de ondas en la triangular. La onda triangular se produce por la carga y descarga de un capacitor. Este cambio en la carga del capacitor produce una variación ascendente y descendente del voltaje. A medida que el voltaje alcanza sus valores máximo y mínimo, un comparador (dispositivo electrónico que compara dos voltajes o corrientes, cambiando su salida para indicar cual es mayor) revierte el proceso de carga y descarga del capacitor. Este comparador permite también la generación de los restantes tipos de ondas. Mediante la variación de la corriente y el tamaño del capacitor pueden obtenerse diferentes frecuencias. Sin embargo los generadores digitales utilizan el DDS (Direct Digital Shyntesis), un tipo de sintetizador de frecuencias, que permite la producción de todo tipo de ondas.

Generalmente, presentan las siguientes partes:

• Botón de encendido

• Una luz, que indica si el generador esta o no encendido

• Botones de función, que permiten seleccionar las diferentes funciones que el aparato puede generar.

• Botones de rango, posibilitan la elección de la frecuencia de la onda en el conector de salida.

• Control de frecuencia, junto con el rango, permiten el ajuste de la frecuencia en el conector de salida.

• Control de amplitud, determina el nivel de la señal en función del voltaje de salida.

• Botón de rango del voltaje de salida, que se encarga de controlar el rango de la amplitud de 0 a 2 voltios en circuito abierto o de 0 a 1 voltio con una carga de 50W. Si se vuelve a presionar este botón, en circuito abierto el rango varia de 0 a 20 voltios y de 0 a 10 voltios con una carga de 500W.

• Botón de inversión, que invierte la señal de salida en el conector principal.

Un galvanómetro es un aparato que se emplea para indicar el paso de pequeñas corrientes eléctricas por un circuito y para la medida precisa de su intensidad. Su funcionamiento se basa en fenómenos magnéticos.

La desviación de las agujas de una brújula magnética mediante la corriente en un alambre fue descrita por primera vez por Hans Oersted en 1820. Los primeros galvanómetros fueron descritos por Johann Schweigger en la Universidad de Halle el 16 de septiembre de ese año.

Originalmente, los galvanómetros se basaron en el campo magnético terrestre para proporcionar la fuerza para restablecer la aguja de la brújula; estos se denominaron galvanómetros "tangentes" y debían ser orientados, según el campo magnético terrestre, antes de su uso. Más tarde, los instrumentos del tipo "estático" usaron imanes en oposición, lo que los hizo independientes del campo magnético de la Tierra y podían funcionar en cualquier orientación.

El galvanómetro consta de una aguja indicadora, unida mediante un resorte espiral, al eje de rotación de una bobina rectangular plana, que está suspendida entre los polos opuestos de un imán permanente. En el interior de la bobina se coloca un núcleo de hierro dulce, con el fin de concentrar en ella las líneas de inducción magnética. Al estar la bobina sumergida en el interior de un campo magnético uniforme, creado por el imán fijo, cuando circula corriente por ella, se produce un par de fuerzas sobre la bobina que hace que rote, arrastrando consigo a la aguja unida a su eje.

 La aguja se mueve e indica en una escala, la intensidad de corriente que atraviesa la bobina. El resorte espiral permite que la aguja vuelva a su posición original, una vez que se interrumpe el paso de la corriente Según el mecanismo interno, los galvanómetros pueden ser de imán móvil o de cuadro móvil:

 En un galvanómetro de imán móvil la aguja indicadora está asociada a un imán que se encuentra situado en el interior de una bobina por la que circula la corriente que tratamos de medir y que crea un campo magnético que, dependiendo del sentido de la misma, produce una atracción o repulsión del imán proporcional a la intensidad de dicha corriente.

En el galvanómetro de cuadro móvil ó bobina móvil, el efecto es similar, difiriendo únicamente en que en este caso la aguja indicadora está asociada a una pequeña bobina, por la que circula la corriente a medir y que se encuentra en el seno del campo magnético producido por un imán fijo.

Se trata de unas gafas mediante las cuales, cualquier persona con discapacidad auditiva podrá asistir a una sala de cine, por ejemplo, y ver en de forma individual los subtítulos de la película. Las gafas usan un sistema de subtitulado cerrado, por lo que permite ver los subtítulos al espectador que lo desee sin que el resto se vea afectado, lo que supondrá un importante elemento de integración.

Funcionan a través de un ordenador que, mediante un transmisor, envía los subtítulos del elemento audiovisual en el momento preciso. Las gafas captan las ondas transmitidas y, mediante un chip integrado en ellas, las transforman en un texto que el usuario lee mediante una pequeña pantalla acoplada en la lente derecha de las gafas.

Actualmente funcionan con baterías de unas 3 horas de duración y su manejo es sencillo dado que sólo dispone de botones de encendido, apagado y reinicio del dispositivo, además de un indicador para saber si están encendidas. Han sido consideradas como uno de los mejores inventos del año por diferentes medios, entre ellos la revista Time, que las califica como "uno de los tres mejores inventos mundiales del año 2007" en el apartado de “entretenimiento”. Dado que, según el Instituto Nacional de Estadística, en España el 1,7% de la población sufre algún tipo de discapacidad auditiva, se calcula que, sólo en nuestro país, se podrán beneficiar de ellas en torno a un millón de personas, lo que indica el impacto a nivel mundial que podrían tener.

La historia de la fotocopiadora comienza a escribirse en 1938, cuando un físico norteamericano, llamado Chester Carlson, vio la necesidad de hacer copias de documentos de una manera rápida y fácil, ya que ejercía la abogacía, y era inventor en sus ratos libres. Carlson comenzó sus experimentos con cargas electrostáticas y materiales fotoconductores, o sea, materiales que modifican sus propiedades eléctricas cuando son expuestos a la luz, pero, los primeros resultados no fueron muy buenos y empresas como IBM o General Electric, desecharon su patente.

Fue en 1938 cuando se llamó “xerografía” al proceso inventado por Carlson, y entonces, una pequeña empresa estadounidense llamada Haloid Company adquiere los derechos de este invento en el año 1947, después de que en 1944 el Instituto Memorial Battelle de Ohio, firmase un acuerdo con Carslon para desarrollar la Xerografía. Diez años después, la compañía pasaría a llamarse Xerox Corporation. Poco después, en 1950, la Radio Corporation of America, introdujo una variante en el proceso, en el cual, se utilizaba un papel especialmente destinado para el fin de fotocopiar, y por fin, en 1959 se comercializa la primera fotocopiadora de la historia, la Xerox 914.

El desarrollo de la fotocopiadora se puede resumir en dos partes: las primeras fotocopiadoras fueron las electrostáticas, en las cuales, la imagen a reproducir se proyecta directamente sobre el papel, cuya superficie queda sensibilizada con cargas eléctricas. Seguidamente el papel se somete luego a un baño de toner y las partículas se fijan en las zonas electrizadas de éste dando lugar a la copia definitiva. La segunda parte de la fotocopiadora, se puede resumir con la fotocopiadora en color, desarrollada por la empresa Cannon en 1973, y la primera fotocopiadora láser, también desarrollada por Cannon en 1986

El proceso de fotocopiado consiste en que el documento original es barrido por un rayo de luz intensa que proyecta la imagen sobre un tambor giratorio de superficie fotosensible (este se carga electrostáticamente en correspondencia con la imagen). Sobre el tambor se distribuye un polvo pigmentado (toner) que se adhiere a las zonas electrizadas (donde hay imagen), reproduciendo el escrito o dibujo original. La imagen así pigmentada es transferida del tambor al papel dispuesto en la fotocopiadora, el cual finalmente se calienta para fijar de modo definitivo el pigmento sobre la copia.

La tecnología del formato MP3 fue desarrollada en Alemania por Brandenburg (sobretodo), Popp y Grill en el año 1986. En 1992 la Moving Picture Experts Group (MPEG) aprobó oficialmente la tecnología. Además, ganó el premio a la innovación tecnológica "Future Prize" del gobierno en el año 2000 en Alemania. La principal ventaja del MP3 es el reducido tamaño y buena calidad en comparación con resto de los formatos en ese momento.

Comparando, un CD de música de pistas (CD convencional) es grabado a 44.1 KHz y tiene 16 bits con dos canales (estéreo), esto equivale a 176 Kb de datos por segundo. Por lo tanto una canción típica de 4' 30'' ocupa unos 47 MB. Bajar archivos tan grandes en las velocidades de internet de hace unos años no era fácil; además en un CD normal no entrarían más de 14 o 15 canciones. El formato de MP3 cambió todo esto y redujo el tamaño de los archivos diez veces casi sin perder apenas calidad por la compresión. Por lo tanto, el mismo archivo de 4' 30'' puede ocupar unos 4 MB y medio.

Su nombre técnico es ISO MPEG Audio Layer 3. Ya que pertence a la familia de los MPEG y pertenece al esquema de audio 3. La técnica de compresión consiste en eliminar las porciones que no son audibles al oído humano y eliminar aquellos sonidos bajos que se contraponen con sonidos fuertes, ya que tampoco los escuchamos. Esta es la técnica de Perceptual noise shaping. Lo más habitual, es que los archivos MP3 se configuren en 44 khz en estéreo y entre 64 y 128 kbps.

En junio de 2001 se presentó una mejora en el formato, el MP3PRO, que utiliza un códec desarrollado por el instituto Fraunhofer y Coding Technologies. La diferencia es que su algoritmo de compresión es más poderoso y cada megabyte significan 2 minutos de canción. Este nuevo formato divide la música en dos; una parte comprime la banda de baja frecuencia como lo hacía con el MP3 habitual y la otra parte comprime la de alta frecuencia, codificándola en una zona del formato MP3 que antes era ignorado.  A principios de 2002, se dieron a conocer otros formatos de audio comprimidos comparables con el MP3, como el Windows Media Audio (WMA) y el OGG Vorbis.

El fonógrafo no fue el primer instrumento en grabar sonido, o mejor dicho, en grabar vibraciones sonoras ya que previo a éste fue inventado el fonoautógrafo. Fue sin embargo el primero en grabar un sonido y reproducirlo, aunque la calidad del sonido era mediocre.

El sistema del fonógrafo se caracterizaba por la grabación mecánica analógica de las ondas sonoras para transformarlas en vibraciones mecánicas, gracias a un transductor acústico-mecánico. Las vibraciones surcaban un cilindro de fonógrafo de forma helicoidal. La utilización inversa reproducía el sonido grabado. El cilindro de fonógrafo empezó siendo de cartón y estaba recubierto de estaño, posteriormente de cartón parafinado y para terminar, de cera sólida. También podía estar recubierto de aluminio. Los cilindros gracias a las empresas Edison Records y Columbia Phonograph poseían un sistema estándar (década de 1890). Median 10 cm de largo y 5,7 cm de diámetro y tenían la capacidad de grabar dos minutos de música o cualquier otro tipo de sonido. Un ejemplo de utilización de este instrumento era que para producir 500 cilindros era necesaria la ejecución de la misma obra 25 veces y grabarlos de manera simultánea en 20 fonógrafos.

La primera finalidad del fonógrafo era grabar mensajes telefónicos. Este invento fue derivado de la intensa lucha de Thomas por mejorar el teléfono de Bell. El propio Edison quedó asombrado por la increíble sencillez de su nueva invención, tanto fue así que hasta dejo de lado al poco tiempo su nuevo “juguetito” por su interés por el alumbrado eléctrico. El aparato fue utilizado, por ejemplo, para la grabación de una interpretación del famoso compositor Johannes Brahms. Fue un segmento de la obra Danzas Húngaras y fue llevado a cabo por un representante de la casa Edison, Theo Wangeman. El fonógrafo vivió bastantes discusiones y cuestiones sobre él. Estos conflictos albergaban temas como el perfeccionamiento, la comercialización, la aplicación e incluso hasta la propia labor de Edison en relación con el instrumento.

A partir de la invención del fonógrafo surgieron múltiples instrumentos similares por parte de ingenieros, artistas, científicos,… Pero el único que consiguió eclipsarle fue el Gramófono del alemán Emilio Berliner, que también grababa y reproducía sonido. A diferencia del fonógrafo, éste usaba un disco plano en vez de usar un cilindro. El disco y su utilización tenían un menor coste de producción y ejecución que el cilindro, esto era una gran ventaja con respecto al fonógrafo.

Un disquete o disco flexible ("floppy disk") es un soporte de almacenamiento de datos formado por una pieza circular compuesta por un material magnético y una cubierta de plástico cuadrada o rectangular. El nombre viene dado por su apariencia: la pieza magnética central (que sirve para almacenar los datos) es fina y flexible.

Mediante una disquetera (FFD, "Floppy Disk Drive"), los datos almacenado en el disquete pueden ser leídos, borrados o sobrescritos al ser introducida una unidad en este dispositivo.

En 1967, IBM encomendó a su centro de desarrollo de almacenamiento de San José (California) el desarrollo de un sistema sencillo y de bajo coste para cargar microcódigo en los System/370 de sus ordenadores centrales.

Dada la gran vulnerabilidad de los "floppy disks" a la suciedad y a los campos magnéticos, su vida útil, a menudo, es muy corta. Por este motivo, esta unidad está quedando obsoleta, absorvida por las grandes ventajas de los dispositivos USB, cuya vida es más prolongada, su resistencia a impactos, suciedad y otros fenómenos adversos menor y su capacidad de almacenamiento exponencialmente mayor (de manera que en un tamaño 7 veces menor -unidad USB de 1Gb- se puede almacenar hasta 900 veces la capacidad de un disquete).

Sin embargo, siguen siendo de una gran utilidad como discos de arranque en caso de averías o emergencias en el sistema operativo principal o el disco duro, dado su carácter de estándar universal que en los IBM PC compatibles no necesita ningún tipo de controladora adicional para ser detectados en el proceso de carga por la BIOS y dado que, a diferencia del CD-ROM, es fácilmente escribible. Lo que, en situaciones de emergencia, los convierte en un sistema altamente fiable, básico y difícilmente sustituible.

En cuanto a lo que tamaño se refiere, el tamaño de un floppy disk suele denominarse empleando el Sistema Anglosajón de Unidades, incluso en los países en los que el estándar es el Sistema Internacional de Unidades (el clásico disquete de 3½ pulgadas mide en realidad 9 cm). De forma general, las capacidades de los discos formateados se establecen en términos de kilobytes binarios (1 sector suele tener 512 bytes). Sin embargo, los tamaños recientes de los discos se suelen denominar en extrañas unidades híbridas; es decir, un disco de "1,44 megabytes" tiene en realidad 1.44x1000x1024 bytes , y no 1.44×1024×1024 bytes, ni 1.44×1000×1000.

Un biestable, también llamado báscula (flip-flop en inglés), es un multivibrador capaz de permanecer en un estado determinado o en el contrario durante un tiempo indefinido. Esta característica es ampliamente utilizada en electronica digital para memorizar información. El paso de un estado a otro se realiza variando sus entradas. Dependiendo del tipo de dichas entradas los biestables se dividen en asíncronos y síncronos.

La principal diferencia es que el asíncrono solo tiene entradas de control, sin embargo el síncrono dispone además de una entrada para sincronismo o reloj. Si las entradas de control dependen de la de sincronismo se denominan síncronas y en caso contrario asíncronas. Por lo general, las entradas de control asíncronas prevalecen sobre las síncronas.  La entrada de sincronismo puede ser activada por nivel (alto o bajo) o por flanco (de subida o de bajada). Dentro de los biestables síncronos activados por nivel están los tipos RS y D, y dentro de los activos por flancos los tipos JK,T y D.

Un biestable puede usarse para almacenar un bit. La información contenida en muchos biestables puede representar el estado de un secuenciador, el valor de un contador, un carácter ASCII en la memoria de un ordenador, o cualquier otra clase de información. Un uso corriente es el diseño de maquinas de estado finitas electrónicas. Los biestables almacenan el estado previo de la máquina que se usa para calcular el siguiente.

El T es útil para contar. Una señal repetitiva en la entrada de reloj hace que el biestable cambie de estado por cada transición alto-bajo si su entrada T está a nivel 1. La salida de un biestable puede conectarse a la entrada de reloj de la siguiente y así sucesivamente. La salida final del conjunto considerado como una cadena de salidas de todos los biestables es el conteo en codigo binario del número de ciclos en la primera entrada de reloj hasta un máximo de 2^n-1, donde n es el número de biestables usados. Una cadena de biestables T como la descrita anteriormente también sirve para la división de la frecuencia de entrada entre 2ⁿ, donde n es el número de biestables entre la entrada y la última salida.