13 / junio / 2021 | 11:49 hrs.

De computadoras, ciencia y sus relaciones

Dr. Saúl Iván Hernández

Un par de huesos de babuino encontrados en África, uno en la región de Lebombo y otro en Ishango, son al parecer los artefactos matemáticos más antiguos. Dichos huesos tienen una serie de marcas las cuales se cree que se usaban para llevar el conteo de los ciclos lunares o que representan cálculos matemáticos.

 

A la par de la invención de la escritura, fueron desarrollándose métodos y artefactos para contar y hacer cálculos matemáticos. El ábaco de los babilonios, que luego llegó a Egipto, Grecia, Italia y China, y el quipu americano, son dos muestras de aparatos utilizados para hacer cálculos. Aunque el llamado reloj de Antiquitera, que data del año 87 a.C. y bocetos de Leonardo da Vinci, sugieren un desarrollo de aparatos que no hemos podido conocer detalladamente, se considera que una de las primeras máquinas para hacer operaciones matemáticas fue el reloj calculante de Wilhelm Schickard, inventado en 1623.

 

A partir de ahí podemos citar una larga lista de nombre e inventos, que fueron poco a poco dando forma al desarrollo de las computadoras actuales. Blaise Pascal, Samuel Morland, Gottfried Leibniz, Charles Thomas de Colmar, entre otros, inventaron máquinas mecánicas cada vez más poderosas las cuales, además de sumar, eran capaces de restar.

 

Otros inventos, como el sistema para controlar telares de Basile Bouchon y Jean Baptiste Falcon, adelantaron la forma de programar en las primeras computadoras, introduciendo cintas de papel perforadas, para cambiar el tipo de tarea que realizaban con el telar. Pero la primera máquina mecánica que podemos considerar una computadora es la Máquina Analítica diseñada en 1822 por Charles Babbage.

 

Por cierto, en 1842, Augusta Ada Byron King, condesa de Lovelace, propone una forma de programación para la Máquina Analítica, por lo que es considerada la primera programadora. Es en 1938 que el alemán Konrad Zuse construye la primera computadora digital programable de propósito general.

 

Entonces, un invento de John Bardeen, Walter Brattain y William Shockley, que les valió el Premio Nobel de Física en 1956, cambió el rumbo del desarrollo de las computadoras: el transistor. Es a partir de este invento que los avances científicos han tenido un profundo impacto en la evolución de las computadoras, pasando por las computadoras personales, por las supercomputadoras modernas y hasta las computadoras portátiles de hoy en día.

 

Pero no sólo se ha dado un avance desde la Ciencia hacia el desarrollo tecnológico de las computadoras. Sobre todo a partir de la aparición de las computadoras digitales programables, la Ciencia se ha beneficiado de su capacidad de cómputo. Por ejemplo, en 1953, Nicholas Metropolis calculó la ecuación de estado en dos dimensiones para un sistema de esferas rígidas utilizando la computadora MANIAC. Este tipo de ecuaciones son de utilidad en una área de la Física llamada Termodinámica, y con ellas se pueden predecir muchas propiedades de sistemas físicos, como los gases, los líquidos etc.

 

En la actualidad, todas las ramas de la Ciencia se han visto beneficiadas, o se pueden beneficiar, del uso de las computadoras para diversos propósitos. Como ejemplo podemos citar a una de estas ramas, la Física de la materia blanda condensada. Esta disciplina estudia básicamente tres tipos de materiales: los coloides, como la leche o la niebla, los polímeros, como los plásticos y el hule, y los anfifilos o tensoactivos, como los jabones. También incluye a materiales usados en aparatos electrónicos que usamos diariamente: los cristales líquidos. Dichas sustancias están presentes en la mayoría de las pantallas de los monitores, relojes y teléfonos celulares actuales. La característica principal de los cristales líquidos es que están formados por moléculas que tienen diversas geometrías, es decir, sus formas asemejan a balones de futbol americano, o a plátanos, o a monedas.

 

En la Unidad Multidisciplinaria de Docencia e Investigación (UMDI) de la Facultad de Ciencias en el campus Juriquilla de la UNAM, se encuentra el grupo de Biofísica y Materiales Complejos, en el cual estudiamos, entre otros, sistemas como los cristales líquidos, con teorías como la Termodinámica y la Física Estadística fuera de equilibrio, aplicando técnicas matemáticas y de simulación computacional. Dichas simulaciones consisten en determinar las propiedades microscópicas de los sistemas y a partir de ellas extraer información sobre las propiedades macroscópicas. Para su implementación utilizamos tanto las computadoras con que contamos en la UMDI, como las del Laboratorio Nacional de Visualización Científica Avanzada en el campus Juriquilla, y la supercomputadora Miztli, que se encuentra en el campus CU de la UNAM.

 

Con dichos estudios, pretendemos conocer y entender las propiedades de los cristales líquidos, para poder proponer, diseñar e implementar aplicaciones, como por ejemplo, el desarrollo de un biosensor con el cual se pueda detectar la presencia de un agente patógeno (virus, bacteria, etc.) en una muestra de algún fluido corporal, de manera casi inmediata.

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