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Sarah Mather, la desconocida inventora del periscopio

Por Mar Gulis (CSIC)

 Dibujo que aportó Mather para registrar su  patente en 1845 / Oficina de Patentes de EEUU

Hace 172 años, una estadounidense de la que apenas sabemos nada escribía lo siguiente: “La naturaleza de mi invención consiste en la construcción de un tubo con una lámpara unida a un extremo del mismo que puede ser hundido en el agua para iluminar objetos con el mismo, y un telescopio para ver dichos objetos y hacer exámenes bajo el agua…”. Así comenzaba la presentación de su patente Sarah Mather. Era el 16 de abril de 1845 y esta mujer había inventado el periscopio submarino.

Este instrumento óptico con forma de tubo permite, gracias a la utilización de prismas o espejos y basándose en la ley de la reflexión de la luz, la observación de una zona inaccesible a la visión directa. A través de su particular diseño, el periscopio posibilita que alguien que está oculto en una trinchera, un submarino u otro espacio diferente, vea sin ponerse al descubierto. Generalmente, mediante un volante en su extremo inferior el periscopio puede girar y así ampliar la observación a un campo de 360º. Si además se le añaden lentes con aumento, es posible observar a gran distancia. De ahí que su utilización sea frecuente en los submarinos, con el fin de ver sobre la superficie del agua mientras el vehículo se desplaza subacuáticamente.

Así, el periscopio ideado por Mather posibilitó a los buques de navegación marítima, ya en el siglo XIX, inspeccionar las profundidades del océano o saber a qué distancia y posición se encontraban determinados objetos sin que el observador fuera visto. Pero, “aunque su patente fue clave en la historia de la navegación submarina, apenas conocemos datos de la biografía de Mather”, cuenta Sara El Aissati, del Instituto de Óptica del CSIC y miembro del IO-CSIC OSA student chapter (IOSA).

En el Diccionario Biográfico de la Mujer en la Ciencia, una vasta obra que recoge la biografía de cerca de 3.000 mujeres científicas, “se sugiere que Mather se casó y que tuvo al menos una hija”, señala la investigadora. Pero no se conoce su fecha de nacimiento, ni cuándo murió, ni aparecen registradas otras patentes suyas. Tampoco parece existir ninguna imagen de esta inventora olvidada.

Una mujer observa a través de un periscopio a bordo de un submarino estadounidense / US Navy.

En el registro de su invención, la propia Mather explicaba la utilidad del artilugio: “La lámpara y el telescopio se pueden usar para diversos fines, tales como el examen de los cascos de los buques, para examinar o descubrir los objetos bajo el agua, para la pesca, la voladura de rocas para despejar los canales y otros usos”. De estas líneas puede deducirse que la inventora seguramente no se imaginaba el grado de sofisticación que alcanzaría su ingenio, pieza clave en la investigación marítima y en el desarrollo de la industria naval. Como recuerda El Aissati, “la primera noticia que se tiene de la utilización de un periscopio data de 1864, fecha en la que Thomas Doughty, ingeniero de la Armada de los EE UU, usó un tubo de hierro y unos espejos a bordo de un barco fluvial en la expedición al río Rojo”.

Hoy varios son los usos que se le dan a este invento. Más allá del ámbito militar, los periscopios siguen siendo utilizados para observar buques y aviones y así facilitar la navegación marítima y aérea; para realizar investigaciones e incluso en el ámbito de la publicidad, cuando se quieren conseguir determinadas imágenes en actos multitudinarios o simplemente difíciles de obtener.

Paradójicamente, “hasta 2011 a las mujeres estadounidenses no se les permitió servir en submarinos, a pesar de que fue una de ellas la que contribuyó a la modernización de los mismos con este invento”, afirma El Aissati.

¿Sabías que el flash de tu cámara puede ayudar a detectar el cáncer de retina?

Por Mar Gulis (CSIC)

Cualquiera se ha encontrado alguna vez una foto en la que los retratados aparecen con un par de círculos rojos en los ojos. Este molesto fenómeno, que ocurre cuando utilizamos el flash, tiene su origen en la fisiología del ojo y en el comportamiento de la luz, y por extraño que parezca puede utilizarse para detectar un tipo cáncer de retina, el retinoblastoma.

Efecto 'ojo rojo' en la pupila. / Liam Welch vía Unsplash.

Pupila con ‘ojo rojo’. / L. Welch vía Unsplash.

Empecemos por el principio. ¿Por qué se produce el ‘efecto ojos rojos’? Sergio Barbero, investigador del CSIC en el Instituto de Óptica, explica que la luz entra en nuestros ojos a través de la pupila, “que es el equivalente al diafragma en una cámara de fotos”. Así, cuando hay mucha luminosidad en el ambiente, la pupila se contrae para evitar el daño de un exceso de luz, mientras que si ocurre lo contrario se dilata para permitir la visión.

Tras atravesar la pupila, la luz llega al fondo del ojo, donde se encuentran la retina y la coroides. “De toda la luz incidente en la retina, la mayor parte es transformada en señal eléctrica, lo que constituye el primer paso de la visión; sin embargo, una pequeña fracción atraviesa la retina y llega hasta la coroides, que está muy vascularizada porque su función es nutrir al ojo”, señala Barbero.

“La hemoglobina, presente en la sangre de los capilares de la coroides, absorbe los componentes azules de la luz incidente y emite hacia fuera luz de color rojizo”, prosigue. “Aunque este fenómeno está siempre presente, solo es perceptible si la cantidad de luz que penetra en el ojo es lo suficientemente grande: esto ocurre cuando en el ojo entra un haz de luz repentino (por ejemplo, el flash de una cámara) en un momento en que la pupila está dilatada (en un ambiente de oscuridad)”, aclara el investigador.

Funcionamiento del fenómeno 'ojos rojos'. / Photokonnexion

Esquema del efecto ‘ojos rojos’. / Photokonnexion

En la actualidad el ‘efecto ojos rojos’ ha sido solucionado gracias a la incorporación de un segundo flash, que se dispara a la vez que se abre el diafragma de la cámara, justo inmediatamente después del primero. De esta forma, la luz del segundo flash impacta ya sobre el músculo contraído, lo cual elimina casi por completo este antiestético efecto.

Hoy, el modo ‘anti ojos rojos’ viene de serie en la mayoría de las cámaras. Sin embargo, será necesario desactivarlo si pretendemos utilizar nuestro flash como método de detección del retinoblastoma, un tumor canceroso que se desarrolla en la retina causado por la mutación en una proteína. Este tipo de tumor aparece mayoritariamente en niños pequeños y representa un 3% de los cánceres padecidos por menores de quince años.

Cuando el retinoblastoma se sitúa en los vasos sanguíneos del ojo actúa como una muralla ante el efecto del flash, lo que impide que se vea el destello rojo en ese ojo o hace que aparezca uno blanquecino. Por eso, una foto puede ‘chivarnos’ esta patología. MedlinePlus, el servicio online de la Biblioteca Nacional de Medicina de los Estados Unidos, recoge que, si la persona fotografiada aparece solo con un ojo rojo o con uno de color blanquecino, esto podría ser una señal de presencia del tumor, por lo que se debería acudir al médico.

Carteles de la campaña de prevención del retinoblastoma. / Childhood Eye Cancer Trust

Carteles de la campaña de prevención del retinoblastoma. / Childhood Eye Cancer Trust

De hecho, Childhood Eye Cancer Trust, una fundación de ayuda contra el retinoblastoma, lanzó hace un par de años una campaña de prevención basada en este efecto. La entidad colocó carteles interactivos en varias ciudades con imágenes de ojos de niños con la característica de que, si se realizaba una foto con flash sobre estas, la pupila cambiaba y reflejaba uno de los posibles síntomas.

La campaña intentaba que los padres hicieran la prueba con sus hijos. Sin embargo, si alguien se decide a seguir el consejo, debe tener claro que la fotografía no basta para tener un diagnóstico concluyente: la presencia del retinoblastoma solo puede ser confirmada por profesionales médicos mediante pruebas adicionales y exámenes.

Un viaje en el tiempo en busca de la luz

Por Mar Gulis (CSIC)

La luz, un fenómeno fundamental para el desarrollo de la vida en nuestro planeta, ha sido y es algo fascinante para los seres humanos, además de una importante fuente de inspiración en diversos campos como la pintura, la poesía o el arte en general, así como en diferentes disciplinas científicas.

¡Nos han robado la luz! Viaja en el tiempo con nosotr@s para recuperarla. 22 de diciembre de 2015 a las 18 horas.

‘¡Nos han robado la luz! Viaja en el tiempo con nosotr@s para recuperarla’. 22 de diciembre de 2015 a las 18 horas.

Desde fenómenos lumínicos espectaculares como los amaneceres y las puestas de Sol, los arcoíris, las auroras boreales, etc., hasta utilizaciones concretas como los rayos láser, los telescopios o las conexiones ópticas, lo cierto es que la luz y sus características no han dejado de resultar enigmáticas y sorprendentes. Así, la ciencia lleva siglos cuestionándose qué es la luz, en qué consiste la propia naturaleza de este fenómeno físico tan cotidiano y cuáles son sus posibles aplicaciones.

Es prácticamente inimaginable concebir una vida sin luz y sin todas las utilidades que provienen de ella y que facilitan la existencia en casi todas las actividades humanas. Por ello, el 20 de diciembre de 2013 la Asamblea General de las Naciones Unidas proclamaba 2015 como ‘Año Internacional de la Luz y de las tecnologías basadas en la luz’, con el objetivo de comunicar a la sociedad y poner de relieve la importancia que de la luz en áreas tan importantes como la energía, la educación, la salud, las comunicaciones, etc.

Hoy martes 22 de diciembre, a las 18 horas, en el salón de actos del CSIC en la calle Serrano, 117 (Madrid), el CSIC aprovecha los días de ocio de las vacaciones navideñas para invitar a jóvenes y mayores a participar en la actividad ‘¡Nos han robado la luz! Viaja en el tiempo con nosotr@s para recuperarla’. Con este título, un grupo de investigadores del Instituto de Óptica Daza de Valdés del CSIC pone en marcha la segunda edición de Ciencia en Navidad con una actividad de divulgación científica teatralizada para toda la familia.

Si la física cuántica protagonizaba la primera edición del evento (2014) con la sesión ‘¿Qué tienen que ver los gatos con el bosón de Higgs?’, la actividad de este año nos invita a trasladarnos a diferentes épocas, desde la Antigua Grecia hasta el futuro, para recuperar la luz y comprender sus propiedades. De este modo, Alba, una joven científica, hará un viaje en el tiempo y preguntará sobre la naturaleza de la luz a Herón de Alejandría, Newton, Huygens, Maxwell y Einstein, personajes excepcionales de este cuento de Navidad que desfilarán por escena respondiendo a las preguntas con entretenidos y vistosos experimentos lumínicos de diversa índole.

De un modo lúdico y teatralizado, en esta actividad divulgativa para todas las edades se tratarán aspectos como las leyes de reflexión, los fenómenos de absorción, emisión, refracción. Se abordará la discusión fundamental entre Newton y Huygens, en la que el primero defendía la naturaleza corpuscular de la luz, y el segundo su naturaleza ondulatoria (más tarde el físico francés De Broglie descubrirá que ambos llevaban razón). La luz como onda electromagnética, la polarización, la energía o los láseres, son otros contenidos que pasarán por esta segunda edición de Ciencia en Navidad.

Algunos de los protagonistas de ‘¡Nos han robado la luz!’ (Juan Diego Ania, Rebeca de Nalda, Pedro Corredera y Javier Solís) lo explican así en el siguiente vídeo. La obra también contará con la participación de Javier Portilla y Jaime Pérez del Val.

 

Para más información sobre la luz y sus propiedades, puedes visitar aquí la exposición ‘Un universo de luz’, así como sus unidades didácticas asociadas y diez fichas de experimentos.

¿Quieres construir un microscopio casero o crear un holograma?

Por Mar Gulis (CSIC)

Construir un microscopio casero con materiales más o menos habituales en nuestros hogares no sólo es posible sino que es fácil. Tan sólo necesitamos un poco de agua, una jeringa grande (sin aguja), cinta adhesiva, algún soporte, un puntero láser, una pinza de tender la ropa y una pared sobre la que proyectar. Hay que montar esos elementos de tal modo que la luz del puntero láser incida sobre una muestra suspendida en una gota de agua, como en el ejemplo que vemos en el dibujo.

microscopioLa muestra que queramos observar dependerá de nuestra imaginación. Puede ser nuestra saliva, el agua de una maceta o el bebedero de una mascota. La luz del puntero atravesará la gota y se reflejará en la pared, donde podremos ver el contenido de la muestra a gran tamaño, como si lo observáramos a través de un microscopio. En la imagen se podrá apreciar el movimiento de los microorganismos e incluso diferenciar algunas partes de las células.

El microscopio casero es una de las diez propuestas que se pueden realizar en casa o en el aula con las nuevas fichas de experimentos sobre la luz que ha elaborado el CSIC –con apoyo de la FECYT– en el marco del Año Internacional de la Luz, celebrado durante 2015. Estas fichas son un nuevo recurso educativo, especialmente dirigido a niños y niñas de Primaria y Secundaria, que se pone a disposición de profesores, estudiantes y familias y que complementa la exposición itinerante Un universo de Luz y sus unidades didácticas.

FichaOtro de los experimentos propone ‘crear un holograma’ con una pirámide de plástico transparente y un dispositivo móvil (teléfono o tableta), en el que reproduciremos un ‘vídeo holográfico’. Este tipo de audiovisuales están compuestos por una imagen repetida cuatro veces que genera una ilusión óptica. Lo que sucede es lo siguiente: las cuatro imágenes del vídeo proyectadas por nuestro dispositivo móvil se reflejan en los cuatro lados de la pirámide transparente que hemos construido. Como resultado vemos una imagen tridimensional en movimiento dentro de nuestra pirámide. Sin embargo, aunque lo parezca, esta imagen no es propiamente un holograma, ya que los hologramas se generan con la luz de un láser.

Con los experimentos de la luz también se puede aprender a crear un arcoíris y construir un caleidoscopio o un espectroscopio utilizando cajas de cereales, tubos de cartón y DVD viejos. ¡Descárgate las fichas de experimentos aquí!

Benjamín Franklin, el padre de la independencia de EEUU y de las gafas bifocales

sergio brionesSergio Barbero Briones (CSIC)*

Corría el año 1785 cuando Benjamín Franklin, ya octogenario, escribía en una carta:

“Utilizaba dos pares de gafas, las cuales solía intercambiar, dado que en mis viajes solía leer, pero a veces quería mirar el horizonte. Estar cambiando de gafas era un poco pesado, con lo que hice que se cor­tasen mis lentes en dos partes […]. De esta manera, llevando mis gafas de manera continua solamente tenía que mover mis ojos hacia arriba y hacia abajo dependiendo de si quería ver de lejos o de cerca”.

El líder de la revolución americana y uno de los padres de la independencia de Estados Unidos acababa de inventar las gafas bifocales. Además de su papel en la historia política de su país, Franklin hizo importantes contribuciones a la ciencia y fue el responsable de originales invenciones tecnológicas, entre las cuales destaca el pararrayos, y también este tipo de lentes.

En los últimos años de su vida el político e inventor sufría de presbicia, a la cual había que añadir  un cierto grado de hipermetropía en sus ojos. La cantidad de dioptrías para compensar ambas ametropías era diferente, de ahí que necesitara dos tipos de ga­fas: unas para ver de cerca (presbicia) y otras para ver de lejos (hipermetropía). Así que pensó en dividir la lente en dos par­tes, una superior para compensar su hipermetropía y otra inferior para la presbicia.

Reproducción de las gafas bifocales de Franklin

Reproducción de las gafas bifocales de Franklin

En el modelo de Franklin las dos partes de la lente se sujeta­ban simplemente por medio de la presión de la montura. Posteriormente esta idea se mejoró. Las dos porciones, con distinta potencia, se tallaban sobre un mismo bloque de len­te o, alternativamente, se utilizaban dos bloques diferentes pegados con un tipo de resina especial con buenas cualidades de transparencia.

El diseño original bifocal de Franklin evolucionó hacia otro tipo de diseños en los que la zona de la lente dedica­da a la visión cercana está acotada en un segmento situado en la parte inferior y nasal. Dependiendo de la forma que tenga este segmento acotado, la lente bifocal será de un estilo, como el llamado de tope recto o en forma de D, o de otro con un segmento redondo en el que la línea de delimitación es un círculo. Los seg­mentos en forma de D suelen utilizarse para tareas de visión cercana. Por otro lado, cuando el principal uso de la gafas es la visión lejana son más convenientes los diseños de segmento redondeado, ya que tienen la ventaja de poseer una frontera de separación entre la zona de visión le­jana y cercana menos marcada. A pesar de que estos dos di­seños son los más usados, el modelo Franklin, es decir, una lente dividida en dos partes por una línea recta, se sigue utili­zando hoy en día, llamándose de ‘estilo ejecutivo’.

Distintos tipos de lentes bifocales y trifocales

Distintos tipos de lentes bifocales y trifocales

En todo caso, la vida en pleno siglo XXI se parece poco a la del político inventor. Por ejemplo, mirar la pantalla de un ordenador y escribir en el teclado, además de reconocer quién entra por la puerta, requiere ver bien de lejos, de cerca, y a distancias intermedias. Los saltos discontinuos entre las distintas zonas que ocasionan las lentes bifocales y trifocales se resuelven utilizando una superficie suave y continua en la que la curvatura de la lente vaya cambiando de manera gradual para distintas zonas de mirada. Precisamente esa naturaleza gradual de la potencia hizo que este tipo de lentes se bautizasen como lentes progresivas, una idea que estaba en la mente de muchas personas ya a comienzos del siglo XX, pero cuya tecnología no se desarrolló hasta la década de los 60.

En la actualidad las lentes oftálmicas que utilizamos en nuestras gafas siguen siendo objeto de complejos estudios en el ámbito de la óptica; su constante adaptación a los nuevos avances científico-técnicos hace que cambien continuamente y lo seguirán haciendo en los próximos tiempos.

*Sergio Barbero Briones es investigador del CSIC en el Instituto de Óptica y autor de Cómo funcionan nuestras gafas, de la colección ‘¿Qué sabemos de?’.