Capítulo 8: EL MUNDO DISEÑADO

LA AGRICULTURA

MATERIALES Y MANUFACTURA

LOS RECURSOS ENERGÉTICOS Y SU USO

LA COMUNICACIÓN

PROCESAMIENTO DE LA INFORMACIÓN

TECNOLOGÍA DE LA SALUD

Capítulo 8: EL MUNDO DISEÑADO

AGRICULTURA

A través de la historia, la mayoría de las personas han pasado la mayor parte de su tiempo consiguiendo alimento y combustible. El ser humano comenzó como cazador y recolector nómada, utilizando como alimento los animales y las plantas que encontraba en el medio. Con el tiempo, aprendió a obtener y conservar sus víveres mediante el uso de tecnología de procesamiento, como machacar, salar, cocer y fermentar. Asimismo, aprendió a utilizar algunas partes no comestibles de los animales y vegetales para hacer herramientas, vestidos y recipientes. Después de muchos miles de años de cazar y recolectar, la especie humana desarrolló formas para domesticar animales y cultivar plantas con objeto de mejorar el suministro de comida, y así, mantener a grandes poblaciones. Los hombres sembraron y fomentaron el crecimiento de sus cosechas cultivando, escardando, regando y fertilizando. Capturaron y amansaron animales para la obtención de alimentos y materiales, los entrenaron para ciertas tareas como el arado y la carga; tiempo después criaron dichos animales en cautiverio.

Con el tiempo, vinieron más avances en la agricultura, cuando las personas aprendieron no sólo a usar las formas de vida, sino también a modificarlas. Al principio, podían controlar la reproducción solamente escogiendo cuál de los animales y plantas se reproducirían. De esta manera, podían intentarse las combinaciones de la variedad natural de características para mejorar la domesticidad, la resistencia y la productividad de especies vegetales y animales. Para preservar la gran variedad de especies de cosechas adaptadas naturalmente disponibles para cruzamiento, se establecieron bancos de semillas alrededor del mundo; su importancia es evidente en las negociaciones internacionales sobre quién tiene ciertos derechos a esos recursos genéticos.

En el siglo XX, el avance en la genética moderna ha ayudado a aumentar la variabilidad natural en especies vegetales al usar radiación para producir mutaciones, de modo que haya más opciones para la reproducción selectiva. En la actualidad, los científicos están aprendiendo la manera de modificar directamente el material genético de los organismos. A medida que se aprende más sobre la forma en que funciona el código genético (que es casi el mismo para todas las formas de vida), es posible que se lleguen a cambiar los genes de un organismo a otro. Al saber qué secuencias del código genético controlan ciertas funciones, se pueden transferir algunos rasgos de una especie a otra; esta técnica puede conducir finalmente al diseño de nuevas características. Por ejemplo, a las plantas se les puede implantar el programa genético para sintetizar sustancias que les proporcionen resistencia a los insectos depredadores.

Durante los últimos decenios, un factor en el mejoramiento de la productividad agrícola ha sido el control de plagas animales y vegetales. Anteriormente, en los Estados Unidos de América, y todavía en algunas otras regiones del mundo, una gran parte de los productos agrícolas se perdían debido a malas hierbas, roedores, insectos y microorganismos causantes de enfermedades. El uso amplio de insecticidas, herbicidas y fungicidas ha aumentado considerablemente la producción agrícola útil. No obstante, hay problemas. Uno de ellos es que los pesticidas también pueden actuar perjudicialmente en contra de otros organismos del medio, a veces a gran distancia de donde se utilizaron, y en ocasiones se encuentran demasiado concentrados en los escurrimientos de agua y la cadena alimentaria. Los insecticidas que se empleaban para controlar el gorgojo, por ejemplo, exterminaron a sus depredadores naturales, empeorando el problema. Otra dificultad es que la eficacia de estos productos puede disminuir a medida que los organismos desarrollan resistencia genéticamente determinada a ellos, por lo que se requieren mayores cantidades de pesticidas o el desarrollo de otros nuevos.

Por consiguiente, se está explorando un uso de la tecnología más armonioso con el ambiente. Este trabajo implica el diseño y empleo cuidadoso de sustancias químicas, así como una diversificación más inteligente de cultivos, cambiando los ya sembrados en una área de tierra en particular y que agotan algún componente del suelo por otros que lo repongan. La rotación de cultivos también puede reducir la probabilidad de que se arraiguen las enfermedades de un cultivo específico. Una alternativa para el control químico de plagas es introducir organismos de otros ecosistemas con objeto de disminuir el número de plagas en el ecosistema agrícola (como el uso de insectos foráneos que se alimentan de las hierbas locales). Este enfoque también conlleva cierto riesgo de que el organismo introducido llegue a convertirse en una plaga por si mismo.

La productividad agrícola se ha incrementado debido al uso de maquinaria y fertilizantes. Las máquinas y los motores de combustible fósil que se necesitan para impulsarías han hecho posible cultivar mayores extensiones y cosechar más productos, trabajar diferentes tipos de tierra, alimentarse y utilizar las partes y los productos de muchas clases de animales y vegetales. En el hemisferio occidental se usan ampliamente los fertilizantes químicos para complementar los nutrientes inadecuados del suelo, en lugar del estiércol utilizado en otras partes del mundo. Un riesgo del empleo intensivo de maquinaria y fertilizantes es el agotamiento del suelo por sobreexplotación. Por tal razón, el gobierno de la Unión Americana alienta a los productores agrícolas para que dejen descansar la tierra de la producción periódica y tomen medidas para restablecer la riqueza natural de ésta.

Durante muchos siglos, la mayor parte de los alimentos se consumían o comercializaban a corta distancia de donde se producían. La tecnología ha revolucionado los mercados agrícolas por medio del transporte y la comunicación. Los progresos en la productividad de la tierra han conducido a la disponibilidad de muchos más alimentos en algunas áreas de los que requiere la población local. El desarrollo del transporte rápido y barato reduce desperdicios de comida, como lo hacen también el tratamiento, los aditivos, la refrigeración y el empaque. Pero la rápida distribución de productos agrícolas a gran distancia, necesita igualmente comunicación rápida y de larga distancia para venderlos y enviarlos. Tanto los sistemas de transporte como los de comunicación permiten que los alimentos se comercialicen y consuman a grandes distancias de donde se producen.

Cuando la mayor parte de los mercados eran locales, el mal tiempo podía causar altas y bajas bruscas en el bienestar de los granjeros y consumidores. Ahora, puesto que la comida se distribuye a través de un mercado mundial, los consumidores de las naciones ricas se preocupan mucho menos por un abastecimiento inadecuado de alimentos. Por otro lado, el mal tiempo en cualquier otra parte del mundo puede afectar los mercados de otro lugar. La preocupación del gobierno por mantener el suministro nacional de alimentos para los consumidores y proteger a los agricultores de desastrosas alzas y bajas en los ingresos ha llevado a muchas formas de control en la agricultura, las cuales incluyen vigilar la manera en que se utiliza la tierra, qué productos se venden y a qué precios.

Hace sólo un siglo, la mayoría de trabajadores en los Estados Unidos se dedicaba a la agricultura. Ahora, debido a que la tecnología ha incrementado considerablemente la eficiencia en dicho campo, sólo una pequeña proporción (cerca del 2%) de los habitantes interviene directamente en la producción. Sin embargo, existen muchas más personas trabajando en la producción de equipo y sustancias químicas agrícolas, y en el procesamiento, almacenamiento, transporte y distribución de alimentos y fibras. La rápida reducción en el número de agricultores que se necesitaban para producir los alimentos de la nación número uno ha causado grandes cambios en la población de las comunidades rurales, teniendo como consecuencia la casi desaparición de lo que era hasta hace poco la manera predominante de vida.

La tecnología se basa en el uso y aplicación de una gran variedad de materiales, algunos de los cuales se producen de forma natural, otros son producto de mezcla o tratamiento, y algunos más se sintetizan a partir de sustancias básicas. Todos los materiales tienen ciertas propiedades físicas, como resistencia, densidad, dureza, flexibilidad, durabilidad, impermeabilidad al agua y fuego, y facilidad para conducir un flujo de calor o una corriente eléctrica. Estas propiedades determinan el uso al cual destinan los materiales los fabricantes, ingenieros y otras personas involucradas en la tecnología.

Durante un periodo considerable de la historia humana, la tecnología de materiales se basó principalmente en el uso de elementos naturales, como plantas, productos animales y minerales. Con el tiempo, el ser humano aprendió que las características de éstos podían cambiar por medio de un procesamiento, como el curtido de la piel y la cocción del barro; más tarde, descubrió que los materiales podían combinarse físicamente mezclados, sobrepuestos o enlazados para obtener un producto con las características de otros diferentes, por ejemplo, diversas clases de madera laminada en arco, barras de acero rodeadas por concreto, cinc plateado sobre acero, y fibras entretejidas en la ropa. De igual manera, aprendió que el control cuidadoso de los procesos, como el templado del acero o el recocido del vidrio, podían mejorar de manera considerable algunas propiedades.

Desde los años sesenta, la tecnología de materiales se ha enfocado de manera importante en la síntesis de materiales con propiedades totalmente nuevas. Este proceso, por lo general, entraña la mezcla de sustancias, como se ha hecho durante miles de años con las aleaciones de metales. Sin embargo, es común que implique cambios químicos y las propiedades de la nueva sustancia pueden ser del todo distintas de las de sus componentes. Algunos materiales nuevos, como los plásticos, se sintetizan en reacciones químicas que enlazan largas cadenas de átomos. Los plásticos se pueden diseñar para tener una amplia variedad de propiedades para diferentes usos, desde las partes de un automóvil y un vehículo espacial, pasando por los tejidos y empaques de alimentos, hasta articulaciones artificiales de la cadera y puntos de sutura que se disuelven. Asimismo, la cerámica se puede diseñar para que tenga una variedad de propiedades, de tal modo que éstas se diferencien mucho de un tipo de cerámica a otro (por ejemplo, la conductividad eléctrica extremadamente baja de los aislantes cerámicos, la conductividad controlable de los semiconductores cerámicos y la casi infinita conductividad de los superconductores cerámicos). Algunos materiales incluso se pueden diseñar para adaptarse a varios medios, como el aceite para motor para todo clima y las gafas para sol de densidad variable.

El avance de la tecnología ha llevado a utilizar algunos materiales del ambiente mucho más rápido de lo que éstos se renuevan por procesos naturales. Los bosques se han reducido considerablemente durante los últimos siglos en muchos países, y los yacimientos de minerales se están agotando. Hay una búsqueda continua para sustituir materiales y en muchos casos se han encontrado o inventado.

La eliminación de los materiales de desecho se ha convertido cada vez más en un problema. Algunos se pueden devolver al ambiente sin riesgo, como los residuos orgánicos, aunque a medida que aumenta la población, la labor se vuelve más difícil y cara. Pero algunos materiales, como los plásticos, no son tan fáciles de reciclar, ni se degradan rápido cuando se regresan al medio. Incluso algunos otros el desperdicio radiactivo es el ejemplo más notorio, aunque no el único son tan peligrosos por tanto tiempo que aún no se conoce la mejor manera de eliminarlos, y son tema de una amplia controversia. Resolver estos problemas de eliminación requerirá de esfuerzos sistemáticos que incluyan tanto innovaciones tecnológicas como sociales.

La manufactura

Producir cosas requiere una gran variedad de herramientas. El crecimiento de la tecnología en general ha sido impulsado considerablemente por el mejoramiento en la finura y agudeza de los utensilios de corte, la fuerza que se puede aplicar, la temperatura a la que puede concentrarse el calor, la rapidez con la que las operaciones pueden ocurrir y la consistencia con la cual las acciones se repiten. Tales herramientas son un factor esencial de la manufactura moderna, la cual se basa sobre todo en la necesidad de producir grandes cantidades de artículos de calidad uniforme (como automóviles y relojes de pulsera) y un número mucho más pequeño de productos de suprema calidad (como los vehículos espaciales y los relojes atómicos).

Los procesos de manufactura moderna generalmente incluyen tres pasos principales: 1. obtención y preparación de materias primas; 2. proceso mecánico como moldes, unión y ensamble, y 3. recubrimiento, prueba, inspección y empaque. En los tres pasos hay opciones para priorizar las tareas y llevarlas a cabo, de tal modo que la organización de labores para optimizar la productividad es otro componente importante de la manufactura.

Las fábricas modernas tienden a especializarse en la producción de artículos específicos. Cuando 0una gran cantidad de cosas casi idénticas se fabrican de manera continua en el mismo lugar, es posible hacerlas mucho más baratas que si se hicieran por separado. Esa eficacia de costo se logra reuniendo a trabajadores con máquinas, recursos energéticos, materias primas o partes componentes. Es probable que el mantenimiento y la reparación de los productos también se facilite cuando se centraliza la producción, pues las partes pueden hacerse de modo que sean intercambiables entre unidades y aun entre modelos distintos.

La producción se automatiza cada vez más. En algunas instalaciones, se utilizan robots para realizar labores repetitivas de la producción masiva. Las instrucciones para el procesamiento se utilizan para controlar los procesos de manera electrónica, en lugar de que lo interpreten y lleven a cabo personas. La flexibilidad en el control hace posible diseñar y utilizar máquinas con usos múltiples que pueden fabricar una línea de productos. Esas máquinas también pueden permitir a los manufactureros la introducción de nuevos artículos sin necesidad de construir primero un conjunto especial de nuevas máquinas.

El diseño de sistemas de manufactura, automatizados o no, puede resultar altamente complejo. Primero, la secuencia de operaciones admite muchas posibilidades, de las cuales se deberán seleccionar aquéllas altamente eficientes y eficaces en el costo. Después, en cualquier secuencia que se elija, deberán controlarse, supervisarse y coordinarse un gran número de flujos de materiales y tiempos de las operaciones. Muchas sutilezas de la habilidad y juicio humanos, pueden ser difíciles de especificarse con precisión; a menudo, los expertos no son capaces de explicar exactamente qué es lo que hacen y cómo lo hacen. El control por medio de computadoras hace posible la eficiencia en la operación de sistemas de manufactura muy complejos, pero todavía se requiere la supervisión humana para ocuparse de lo imprevisto o imprevisible.

El desarrollo de la producción ha cambiado la naturaleza del trabajo. Anteriormente, un artesano podía trabajar en las mismas labores durante toda su vida con poco cambio en la técnica o el producto. La producción a gran escala en un lugar llevó a un extremo la especialización: cada trabajador hace únicamente una tarea simple una y otra vez, en lugar de ensamblar todo el producto. El incremento de la automatización requiere menos trabajo directo y aún menos habilidades manuales, pero sí más ingeniería, programación de computadoras, control de calidad, supervisión y mantenimiento. Aunque la automatización puede reducir los sentimientos de aburrimiento y banalidad que resulta de la repetición sin fin de las mismas pequeñas tareas, también reduce el control de los trabajadores y puede eliminar algunos de sus trabajos aun cuando también genere otros. La flexibilidad y habilidad para aprender una sucesión de nuevas funciones laborales han llegado a ser cada vez más importantes a medida que se acelera el ritmo del cambio tecnológico.

La industria, el transporte, el desarrollo urbano, la agricultura y la mayor parte de las demás actividades humanas se vinculan estrechamente con la cantidad y tipo de energía disponible. Esta se requiere para los procesos tecnológicos: desmontar, ensamblar, mover alrededor, comunicar y obtener materias primas y, por consiguiente, operar y reciclar.

Las distintas fuentes de energía y las maneras de usarlas tienen diferentes costos, implicaciones y riesgos. Algunos de los recursos, luz solar directa, viento y agua, continuarán disponibles indefinidamente. Los combustibles vegetales, madera y pastos, se autorrenuevan, pero en un índice limitado y sólo si se plantan tantos como se cosechan. Los combustibles ya acumulados en la Tierra, carbón, petróleo, gas natural y uranio, serán más difíciles de obtener a medida que se agoten los recursos disponibles de más fácil acceso. Cuando amenace la escasez, la nueva tecnología puede hacer posible utilizar de mejor manera los recursos que queden, cavando más profundo, procesando minerales de concentraciones inferiores o empleando la minería del lecho oceánico. Sin embargo, es difícil predecir lo que sucederá cuando se agoten por completo. El límite final podría ser un costo prohibitivo más que una completa desaparición cuando la energía que se requiera para extraer los recursos supere a la que se obtendrá de ellos.

La luz solar es la fuente última de la mayor parte de la energía que se utiliza. Es factible disponer de ella de muchas maneras: la energía solar la captan de manera directa las plantas, y calienta el aire, la tierra y el agua para provocar el viento y la lluvia. Pero el flujo de energía es bastante débil y es necesario un gran conjunto de sistemas para concentrar energía para casi todos los usos tecnológicos: la tecnología de la energía hidroeléctrica utiliza el agua de lluvia concentrada en ríos por el escurrimiento proveniente de grandes áreas de tierra; los molinos de viento usan la corriente de aire producida por el calentamiento de grandes superficies de la Tierra y el océano, y la electricidad generada por la acción del viento y directamente por la luz solar que cae sobre superficies sensibles a la luz, requiere de grandes sistemas de colección. La producción de energía en pequeña escala para el uso doméstico puede lograrse en parte mediante molinos de viento y el calentamiento solar directo, pero todavía no se desarrolla la tecnología eficiente en costo para el uso a gran escala de molinos de viento y calentadores solares.

Durante siglos, quemar leña fue la fuente más común de energía para cocinar, calentar viviendas y accionar máquinas. La mayor parte de la energía utilizada hoy en día se deriva de la combustión de carburantes fósiles, los cuales han almacenado la energía solar que las plantas captaron por millones de años. El carbón fue el combustible fósil más utilizado hasta hace poco. Pero en el siglo pasado, el petróleo y su gas natural asociado llegaron a preferirse por la facilidad para recolectarlos, por sus múltiples usos en la industria y la capacidad para concentrarlos dentro de una fuente de energía portátil para vehículos como automóviles, camiones, trenes y aviones. Por desgracia, toda combustión de carburantes fósiles vierte en la atmósfera productos de desecho que pueden amenazar la salud y la vida; la minería del carbón subterráneo es sumamente peligrosa para la seguridad y salud de los mineros, además de que puede dejar a la tierra agotada; los derrames de petróleo pueden poner en peligro la vida marina. El regreso a la combustión de la madera no es una alternativa satisfactoria, pues ello también agrega a la atmósfera los denominados gases de invernadero, y la tala excesiva de árboles para obtener combustible acaba con los bosques necesarios para mantener los ecosistemas sanos en los ámbitos local y mundial.

Pero hay otras fuentes de energía. Una es la fisión de núcleos de elementos pesados, la cual comparada con la combustión de carburantes fósiles libera una inmensa cantidad de energía en relación con la masa del material utilizado. En los reactores nucleares, la energía generada se emplea sobre todo para hervir el agua y convertirla en vapor, el cual acciona los generadores eléctricos. El uranio que se requiere se encuentra en gran cantidad, aunque recientemente se ha limitado su abasto. No obstante, los productos de desecho de la fisión son muy radiactivos y permanecen así por miles de años. El problema técnico de la eliminación razonablemente segura de estos productos de la fisión se complica por el miedo del público a la radiactividad, la preocupación por el sabotaje de plantas eléctricas nucleares y el robo de materiales nucleares para la elaboración de armas. Las reacciones controladas de fusión nuclear son una posible fuente de energía mucho más grande, pero la tecnología todavía no ha sido probada como factible. Las reacciones de fusión usarían materiales combustibles que son más seguros en sí mismos, aunque todavía subsistiría el problema de eliminar los materiales de construcción desgastados que se tornaran radiactivos durante el proceso. Y como siempre ocurre con la nueva tecnología, podría haber algunos riesgos no previstos.

El uso de la energía

La energía debe distribuirse de su fuente al lugar donde se ocupará. Durante la mayor parte de la historia humana, la energía tuvo que usarse in situ en el molino de viento o de agua, o cerca de los bosques. Con el tiempo, el mejoramiento en el transporte hizo posible que los combustibles fósiles se quemaran lejos de donde se obtenían, y la manufactura intensiva los difundió mucho más. En este siglo, ha sido común usar fuentes energéticas para generar electricidad, lo cual puede proporcionar energía casi instantáneamente a través de cables lejos de la fuente. Además, la electricidad puede transformarse de manera conveniente en otros tipos de energía.

Tan importante como la cantidad de energía disponible es su calidad: el punto hasta donde pueda concentrarse y la conveniencia con la que se pueda utilizar. Un factor central en el cambio tecnológico fue la intensidad calorífica del fuego. El descubrimiento de nuevos combustibles, el diseño de mejores hornos y estufas y la liberación forzada de aire u oxigeno puro han incrementado progresivamente la temperatura obtenible para la cocción del barro y el vidrio, la fundición de minerales metálicos, y la purificación y tratamiento de los metales. El rayo láser es un nuevo instrumento para enfocar la energía de radiación con gran intensidad y control, el cual adquiere cada día más aplicaciones desde producir chips de computadora y llevar a cabo una cirugía ocular hasta comunicarse por satélite.

Durante cualquier etapa de transformación de la energía, de una forma u otra hay inevitablemente cierta disipación hacia el medio. A excepción de la energía contenida en la estructura de los materiales manufacturados, la mayor parte de los usos de la energía terminan disipándola, calentando ligeramente el ambiente y radiándola por último al espacio. En este sentido práctico, la energía se "agota" aun cuando se halle en algún lugar circundante.

El hombre ha inventado formas ingeniosas para lograr transformaciones de energía útiles para él. Estas formas van desde los actos sencillos de lanzar piedras (lo cual transforma la energía bioquímica en movimiento) y encender fogatas (la energía química en calor y luz), hasta usar complejos aparatos como máquinas de vapor (energía calorífica en movimiento), generadores eléctricos (movimiento en energía eléctrica), reactores de fisión nuclear (energía nuclear en calor) y convertidores solares (energía radiante en energía eléctrica). En la operación de estos aparatos, como en todos los fenómenos, el gasto de energía útil, es decir, la que está disponible para otra transformación, es siempre menor que la energía que entra, en tanto que la diferencia aparece por lo general como calor. Una meta en el diseño de tales dispositivos es hacerlos lo más eficientes posible, es decir, maximizar el gasto útil para una entrada específica.

De acuerdo con las diferencias generales en la distribución global de riqueza y desarrollo, la energía se utiliza en índices muy distintos en las diversas regiones del mundo. Las naciones industrializadas emplean enormes cantidades de energía para los procesos químicos y mecánicos en las fábricas, en la creación de materiales sintéticos, en la producción de fertilizantes para la agricultura, en el impulso del transporte industrial y de personal, calefacción y ventilación de edificios, alumbrado y comunicaciones. Es probable que la demanda de energía aumente a una tasa mucho mayor a medida que crece la población mundial y se industrialicen más países. Junto con el uso a gran escala hay un desperdicio similar (por ejemplo, vehículos con mayor potencia de la que requiere su función, y edificios insuficientemente aislados contra la transferencia de calor. Pero otros factores, sobre todo el aumento en la eficiencia de uso, puede ayudar a reducir la demanda de más energía.

El agotamiento de los recursos energéticos puede disminuirse por medios sociales y técnicos. Estos Ultimos incluyen maximizar la utilidad de una entrada de energía especifica mediante el diseño adecuado de los aparatos de transformación, por el aislamiento donde se desee restringir el flujo de calor (por ejemplo, aislando los depósitos de agua caliente) o realizando algo con el calor que se dispersa. Los medios sociales incluyen al gobierno, el cual puede restringir los usos menos prioritarios de energía o puede establecer requisitos de eficiencia, como en los motores de automóvil, o de aislamiento, como en la construcción de una casa. Los individuos también pueden hacer una consideración de la eficacia de los energéticos en su propia elección y uso de la tecnología, por ejemplo, apagar luces y manejar automóviles de alta eficiencia, ya sea para conservar energía como cuestión de principio o reducir los gastos personales de largo plazo. Como siempre, hay trueques; por ejemplo, las casas aisladas permanecen más cálidas en invierno y más frescas en verano, pero la ventilación limitada puede aumentar la acumulación de contaminantes en el interior.

LA COMUNICACIÓN

Las personas se comunican con frecuencia, aunque no siempre con precisión. Cientos de idiomas diferentes han evolucionado para satisfacer las necesidades de la gente que los utiliza. Debido a que las lenguas varían considerablemente en sonido, estructura, vocabulario, y puesto que tienen tanta vinculación cultural, no siempre es fácil traducir de una a otra con precisión. La comunicación escrita, desde cartas personales a libros y correo publicitario, cruza los continentes en todas direcciones y alcanza los rincones más lejanos. El teléfono, la radio, la televisión, los satélites, las grabaciones visuales y auditivas, y otras formas de comunicación electrónica han aumentado las opciones y se han sumado al flujo de la información.

La comunicación implica un medio de representar la información, medios para transmitirla y recibirla, además de cierta garantía de fidelidad entre lo que se manda y lo que se recibe. La representación requiere codificar la información en algún medio de transmisión. En la historia humana, los medios naturales han sido contacto mecánico (el tacto), sustancias químicas (el olfato), ondas sonoras (la voz y el oído) y luz visible (la visión). Pero la confiabilidad y la permanencia necesitan un medio para registrar la información; las marcas en materiales sólidos fue el primer medio confiable que se desarrolló: madera, arcilla, piedra y, con el tiempo, papel. Actualmente, también se hacen marcas microscópicas en cintas magnéticas y discos de plástico. Estos materiales modificados pueden durar muchos años, además de que pueden recorrer grandes distancias con la información codificada intacta.

Con la invención de aparatos para generar y controlar la corriente eléctrica, la información se pudo codificar mediante cambios en la corriente, así como transmitirse a grandes distancias por cable casi instantáneamente. Con el descubrimiento de las ondas de radio, la misma información se pudo codificar como cambios en el patrón ondulatorio y distribuirse en todas direcciones a través de la atmósfera sin tener la necesidad de instalar cables. Particularmente importante fue la invención de los amplificadores electrónicos, en los cuales una señal eléctrica débil controla el flujo de una corriente eléctrica mucho más intensa, imprimiéndole la misma pauta de información. En fechas recientes, el eficiente control de las ondas de luz en los rayos láser ha hecho posible la codificación y transmisión de información como pulsos en la intensidad de la luz a través de fibras ópticas.

La información se puede codificar en forma digital o análoga. Por ejemplo, originalmente la comunicación eléctrica tanto alámbrica como inalámbrica fue sólo en la forma digital de encendido y apagado, que requería un código artificial para representar letras y números. Se logró una gran ventaja con el advenimiento de la electrónica aparatos para transformar las señales luminosas y sonoras en señales eléctricas y viceversa. La electrónica hizo posible la transmisión de señales análogas que representan variaciones sutiles en el sonido o la luz y la transcripción de dichas señales como variaciones continuas en algún medio. La capacidad de transcribir información en forma microscópica y transmitirla a muy altas velocidades, hace ahora posible la reducción de la distorsión y el ruido al procesar señales análogas, regresando con ello a la confiabilidad de las señales digitales de encendido y apagado. Las señales análogas de toda clase se pueden ahora mostrar y representar con números, almacenados y transmitidos en esa forma y procesados adecuadamente en computadoras y quizá vueltos a la forma análoga para mostrarlos en forma gráfica o como sonido.

El reto técnico básico de la comunicación es mantener la amplitud de la señal comparada con el ruido, el cual siempre tiende a incrementarse cuando se graba la información, se transforma o se transmite. La relación de la señal con el ruido se puede mejorar reforzando la señal o reduciendo el ruido. La intensidad de las señales puede conservarse por amplificación o evitando la pérdida de energía, por ejemplo, enfocándolas a un haz estrecho de ondas. Se puede disminuir el ruido si se aísla la señal de las fuentes externas de ruido (protegiendo los cables del micrófono) o reduciendo las fuentes internas de ruido (ventilando un amplificador). Una manera muy diferente de reducir al mínimo los errores en la comunicación a causa del ruido es a través de la repetición o alguna otra forma de redundancia que permita la comparación y detección de errores. Siempre es deseable algo de redundancia en la comunicación, porque de otro modo un solo error podría cambiar por completo el significado de un mensaje.

En ocasiones, la comunicación requiere seguridad. El correo puede interceptarse y copiarse, los cables del teléfono se pueden intervenir y escuchar las comunicaciones. Sin embargo, se puede proteger la privacidad evitando el acceso a las señales, usando candados y claves o impidiendo su interpretación con códigos secretos (interesante aplicación de la teoría numérica de las matemáticas) cuyas cifras son extremadamente difíciles de descifrar. No obstante, a medida que mejoran las técnicas de seguridad, también lo hacen las técnicas para accesar.

La tecnología ha desempeñado durante mucho tiempo un papel importante en la recopilación, almacenamiento y recuperación de la información, así como en su transporte. La invención de la escritura, los cuadros de datos, los diagramas, las fórmulas matemáticas y los sistemas de archivo han aumentado la cantidad de información que se puede manejar y la velocidad a la que puede ser procesada. Son imprescindibles grandes cantidades de información para la operación de las sociedades modernas; en efecto, la generación, el proce samiento y la transferencia de información se está convirtiendo en la ocupación más común de los trabajadores en las naciones industrializadas.

La información es más útil cuando se organiza y representa en conjuntos ordenados de símbolos. Las personas utilizan cuadros, índices, listas alfabéticas y redes jerárquicas para organizar grandes cantidades de datos. La mejor forma de almacenar información depende del uso que se le asigne. La que es almacenada para un propósito especifico puede resultar problemático recuperarla para otros fines, por ejemplo, la lista alfabética de los números telefónicos es ideal si uno conoce el nombre de la persona, pero no lo es si únicamente se sabe la dirección. Las bases de datos con diversos propósitos permiten localizar la información de distintas maneras, por ejemplo, los libros ordenados por autor, título y materia. Una característica típica de esos sistemas de información es que vinculan a cada entrada de datos un conjunto prescrito de palabras clave que una computadora puede buscar para encontrar entradas afines.

Los dispositivos mecánicos para realizar operaciones matemáticas o lógicas han estado en el medio por siglos, pero fue la creación de la computadora electrónica la que revolucionó el procesamiento de información. Un aspecto de la lógica matemática es que cualquier información incluyendo números, letras y proposiciones lógicas se puede codificar como una cadena de bits de si o no (por ejemplo, como puntos y rayas, unos y ceros o interruptores de encendido y apagado). Las computadoras electrónicas son en esencia series muy extensas de interruptores de encendido y apagado conectados de manera que les permiten realizar operaciones lógicas. Los nuevos materiales y técnicas han hecho posible la miniaturización extrema y la confiabilidad de interruptores con partes inmóviles, lo cual hace posible que grandes cantidades de interruptores conectados quepan en un pequeño espacio. Un tamaño muy pequeño también implica conexiones muy cortas, que a su vez significa un tiempo de viaje muy breve para las señales; por tanto, los circuitos electrónicos miniaturizados pueden operar muy rápido. El poco tiempo que se requiere para que ocurra el procesamiento, junto con el gran número de conexiones que se pueden hacer, significa que las computadoras pueden llevar a cabo instrucciones repetitivas o muy complicadas millones de veces más rápido que las personas.

La actividad de las computadoras se controla en parte por la manera en que están instaladas, en parte por los conjuntos de instrucciones codificadas. En las computadoras de propósito general, las instrucciones para el procesamiento de la información no están integradas, sino que se encuentran almacenadas temporalmente, como cualquier otra información. Este arreglo da gran flexibilidad en lo que las computadoras pueden realizar. Las personas les dan instrucciones a éstas por medio de un software previamente programado o a través de programas originales escritos en un lenguaje de programación. Este último le permite a una persona crear instrucciones con algo como el idioma o el álgebra, o la manipulación geométrica de diagramas. Otro programa traduce después esas instrucciones a lenguajemáquina para la computadora. Con frecuencia, el programa pide otras entradas en la forma de datos introducidos a través del teclado, de un dispositivo de almacenamiento de información o de un aparato de percepción automática. La información de salida de una computadora puede ser simbólica (palabras, números) o gráfica (tablas, diagramas), o puede ser el control automático de alguna otra máquina (una señal de alarma, una acción de un robot) o la petición de más instrucciones a un operador humano.

Una función importante de las computadoras estriba en modelar o simular sistemas por ejemplo, la economía o el clima, una red de semáforos, un juego estratégico o interacciones químicas. En efecto, la computadora calcula las consecuencias lógicas de un conjunto de instrucciones complicadas que representa la manera en que trabaja el sistema. Un programa computacional se escribe especificando tales instrucciones y después se corre, comenzando con los datos que describen un estado inicial del sistema. El programa también muestra los estados subsecuentes de éste, los cuales pueden compararse con el comportamiento real de los sistemas para ver qué tan bueno es el conocimiento de las reglas y, tras ello, ayudar a corregirlas. Si se está seguro de saber todas las reglas, se puede usar el poder de las computadoras para deducir consecuencias a fin de ayudar en el diseño de sistemas.

Una función potencial importante de los programas computacionales consiste en ayudar al ser humano en la resolución de problemas y la toma de decisiones. Las computadoras ya desempeñan un papel al auxiliar a las personas a pensar corriendo programas que acumulan, analizan, resumen y muestran datos. Los programas que buscan pautas ayudan a extraer el significado de grandes conjuntos de datos. Un área importante de investigación en la ciencia computacional es el diseño de programas basado en los principios de la inteligencia artificial que pretenden imitar el pensamiento humano y quizás hasta mejorarlo. Sin embargo. la mayor parte de la capacidad mental todavía no se comprende del todo. Como sucede con las simulaciones de otros sistemas complejos, como la economía o el clima, la comparación del rendimiento de los programas con los fenómenos que representan es una técnica para aprender más sobre la forma en que funciona el sistema.

En los sistemas mecánicos que se comprenden bien, las computadoras pueden asumir el control, y lo harán tan bien como el ser humano o, incluso más preciso y rápido. Por eso, la operación de los motores para automóviles, el control de vuelo de los aviones y astronaves, y el objetivo y disparo de armas se pueden computarizar para tomar en cuenta más información y responder mucho más rápido de lo que un operador humano podría hacerlo. Sin embargo, también existe el riesgo de que las instrucciones o la información que se introducen contengan errores, la computadora puede tener alteraciones en el funcionamiento de su hardware o software, y aun las computadoras, programas e información más confiables, pueden proporcionar resultados equívocos si algunos factores pertinentes no se incluyen en los programas o si cualesquier valores de los factores incluidos caen fuera de los limites esperados. Aun cuando todo el sistema sea perfecto técnicamente, un sistema muy complejo de alta velocidad puede crear problemas porque su rapidez de respuesta puede exceder la capacidad humana para vigilar o juzgar la información de salida.

La complejidad del control en el mundo actual requiere un inmenso manejo de información computarizada. Y a medida que aumenta la cantidad de información, se incrementa la necesidad de rastrearla, controlarla e interpretarla lo cual implica aún más información y así sucesivamente a través de más capas de ésta. Tal inundación de información requiere la invención de formas para almacenaría en menos espacio, categorizarla de modo más útil, recuperarla más rápidamente, transmitirla a mayor velocidad, ordenarla y buscarla con más eficiencia, además de minimizar errores, esto es, revisarla y corregirla cuando éstos se encuentren. Así como sucede en la comunicación, el almacenamiento de información implica cuestiones de seguridad y privacía. Los sistemas de información manejados por computadora necesitan medios para asegurar que esa información no se altere o pierda por accidente y que sea ininteligible cuando no se haya autorizado el acceso a ella.

La tecnología de la salud se preocupa por reducir la exposición de los seres humanos a situaciones que amenacen su salud, así como por aumentar la resistencia del cuerpo a ellas y minimizar los efectos perjudiciales que le ocurran.

Desde un punto de vista histórico, el efecto más importante de la tecnología sobre la salud ha sido la prevención de enfermedades, no sólo su tratamiento o curación. El reconocimiento de que los microorganismos causantes de enfermedades se diseminan a través de insectos, roedores y los desechos generados por el hombre, ha conducido a grandes mejoras en el saneamiento, las cuales han aumentado la duración y calidad de la vida humana. Las medidas higiénicas incluyen la contención y eliminación de basura, construcción de alcantarillas, plantas de reciclaje de aguas residuales, purificación de los suministros de agua y leche, cuarentena de pacientes infectados, reducción química de las poblaciones de insectos y microorganismos (insecticidas y antisépticos), y supresión de la población de ratas, moscas y mosquitos portadores de microorganismos. Un avance en la prevención de enfermedades ha sido el abastecimiento de una alimentación adecuada que contenga la variedad de nutrientes requeridos para satisfacer todas las necesidades del cuerpo, como proteínas, minerales y oligoelementos.

Se puede utilizar la tecnología de la salud para incrementar las defensas naturales del cuerpo humano contra la enfermedad. En condiciones de alimentación y saneamiento razonablemente buenas, el cuerpo humano se recupera de la mayor parte de las enfermedades infecciosas por sí solo, sin intervención de ninguna clase, y la recuperación brinda a menudo inmunidad. Sin embargo, el sufrimiento y riesgo que entrañan muchas enfermedades graves se pueden prevenir en forma artificial. Por medio de inoculación puede estimularse el sistema inmunológico del cuerpo humano para que desarrolle sus propias defensas contra cierto padecimiento especifico, sin el sufrimiento y riesgo de contraer realmente la enfermedad. Los microorganismos patógenos debilitados o muertos inyectados en la sangre pueden excitar el sistema inmunológico del cuerpo para crear anticuerpos que después incapaciten a los microorganismos vivos si tratan de invadir el organismo. Aparte del saneamiento, la inoculación ha sido el medio más efectivo para prevenir la muerte prematura debido a enfermedad, especialmente entre los lactantes y niños.

La biología molecular está comenzando a hacer posible la elaboración de sustancias que provoquen respuestas inmunitarias más precisas y seguras que las vacunas actuales. La ingeniería genética está desarrollando formas de inducir a los microorganismos para que produzcan estas sustancias en cantidades suficientemente grandes para la investigación y aplicación.

Muchas enfermedades son causadas por bacterias y virus. Si el sistema inmunológico del cuerpo no suprime una infección bacteriana, lo puede hacer un fármaco antibacteriano, al menos contra el tipo de bacteria específico para el que fue elaborado. Pero el uso excesivo de este tipo de fármacos puede llevar, por medio de la selección natural, a la diseminación de las bacterias que no se afectan. Se sabe mucho menos del tratamiento de infecciones por virus y hay muy pocos medicamentos antivirales en comparación con los utilizados para combatir las infecciones bacterianas.

La detección, el diagnóstico y la vigilancia de la enfermedad se mejoran por diferentes clases de tecnología. El considerable progreso en el aprendizaje sobre la condición general del cuerpo humano se debe al desarrollo de simples aparatos mecánicos para medir la temperatura, la presión sanguínea y para escuchar los latidos del corazón; aparatos de imágenes que usan finas sondas para suministrar luz visible o (desde el exterior del cuerpo) campos magnéticos, radiación infrarroja, ondas sonoras, rayos x o radiación nuclear, han mejorado la visión del interior del cuerpo. Usando modelos matemáticos del comportamiento de las ondas, las computadoras son capaces de procesar la información proveniente de estas sondas para producir imágenes tridimensionales móviles. Otras tecnologías incluyen técnicas químicas para detectar componentes relacionados con una enfermedad en los líquidos corporales y comparar las concentraciones de componentes comunes con las cifras normales.

Las técnicas para trazar la localización de genes en los cromosomas hacen posible que se detecten genes relacionados con enfermedades en niños o en los futuros padres; en el segundo caso, se les puede informar y asesorar sobre posibles riesgos. Con la tecnología siempre en crecimiento para la observación y medición del cuerpo, la carga de información puede rebasar la capacidad de los médicos para considerarla toda en un momento dado. Los programas computacionales que comparan los datos de un paciente con las normas y patrones típicos de un padecimiento están ayudando cada vez más en el diagnóstico.

El tratamiento moderno de muchas enfermedades también se mejora por las tecnologías basadas en la ciencia. El conocimiento de la química, por ejemplo, ha aumentado la comprensión sobre la manera en que funcionan los fármacos y otras sustancias químicas secretadas naturalmente por el cuerpo, cómo se sintetizan en grandes cantidades y cómo abastecen al cuerpo con las cantidades apropiadas. Se han identificado sustancias que son más dañinas para ciertos tipos de células cancerosas. El conocimiento de los efectos biológicos de haces de luz finamente controlados, ultrasonido, rayos x y radiación nuclear, todos a intensidades mayores que las que se utilizan en la obtención de imágenes, ha conducido a las alternativas tecnológicas de emplearlos como escalpelos y en la cauterización. A medida que ha aumentado el conocimiento sobre el sistema inmunológico y se han desarrollado nuevos materiales, el trasplante de tejido o de órganos completos .se ha convertido en un hecho común. Los nuevos materiales, que son durables y no los rechaza el sistema immunológico, hacen ahora posible la sustitución de algunas partes del cuerpo e implantación de aparatos para controlar el ritmo del corazón por medio de una señal eléctrica, percibir las condiciones internas o administrar con lentitud fármacos en tiempos óptimos.

El tratamiento eficaz de los trastornos mentales implica atención no sólo a los síntomas psicológicos inmediatos, sino también a las probables causas y consecuencias fisiológicas, y a las posibles raíces en la experiencia total del individuo. El tratamiento psicológico puede incluir entrevistas personales intensivas o prolongadas, discusiones grupales entre personas que tienen problemas similares, y castigo y premio programados deliberadamente para moldear la conducta. El tratamiento médico puede incluir la administración de fármacos, electrochoques o hasta cirugía. La eficacia general de cualquiera de estos tratamientos, aún más que en el caso de la mayor parte de otros tratamientos médicos, es incierta; algún enfoque puede funcionar en ciertos casos pero no en otros.

El avance en la tecnología médica da lugar a cuestiones éticas y económicas. Los resultados combinados de la mejora en la tecnología de la salud pública. medicina y agricultura han incrementado la longevidad humana y el tamaño de la población. Este crecimiento en cifras, el cual es poco probable que termine antes de la mitad del próximo siglo, aumenta el reto de abastecer a todos los seres humanos de alimentos, refugio, cuidado médico y empleo adecuados, e implica todavía más presión sobre el ambiente. Los altos costos de algunos tratamientos obligan a la sociedad a hacer elecciones molestas sobre quién será beneficiado y quién deberá pagar. Además, el desarrollo de la tecnología para diagnóstico, vigilancia y tratamiento de enfermedades y disfunciones aumenta la capacidad de la sociedad para mantener vivas a personas que de otra manera serían incapaces de hacerlo. Esto hace que surjan interrogantes sobre quién deberá decidir por cuánto tiempo y a quién se deberá proporcionar cuidado intensivo. Hay un continuo debate acerca del aborto, el cuidado intensivo de niños con incapacidades graves, el mantenimiento de las funciones vitales de personas cuyos cerebros han muerto, la venta de órganos, la alteración de los genes humanos y muchas otras cuestiones culturales y sociales que emergen de la tecnología biomédica.

Un recurso auxiliar cada día más importante en el cuidado médico preventivo y correctivo es el uso de la estadística con el fin de mantenerse al tanto de la distribución de enfermedades, desnutrición y muerte entre los diversos grupos económicos, sociales y geográficos. Ésta ayuda a determinar el lugar donde se encuentran los problemas de salud pública y qué tanto se expanden. Esa información se puede interpretar en ocasiones con la ayuda de un modelo matemático, para proyectar los efectos de las medidas preventivas y correctivas y, así, planear con mayor eficiencia.

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