En esta entrada de blog, exploramos cómo la ingeniería eléctrica —la fusión de la electricidad y la tecnología de la información— está transformando la sociedad moderna y cómo se aplica en diversos campos.
¿Qué crees que estudia el Departamento de Ingeniería Eléctrica? Normalmente, cuando la gente oye la palabra «electricidad», lo primero que piensa es en la electricidad estática, algo que se puede sentir en un frío y seco día de invierno. También piensan en la energía que hace funcionar las luces, permitiéndonos estar activos en espacios iluminados durante las noches oscuras, o en la electricidad que se usa para hacer funcionar los electrodomésticos que nos facilitan la vida. Estos ejemplos describen acertadamente la electricidad, un bien esencial de la sociedad moderna con el que nos encontramos frecuentemente. Sin embargo, a menudo cuesta comprender qué sucede cuando la electricidad y la ingeniería se combinan.
Hace mucho tiempo se llamaba «Departamento de Ingeniería Eléctrica», pero recientemente cambió a «Departamento de Ingeniería Eléctrica e Informática». ¿Por qué el cambio de nombre? ¿Qué relación existe entre la electricidad y la información? Si bien probablemente hubo varias razones para el cambio de nombre, me gustaría explicar qué tipo de investigación se realiza en el Departamento de Ingeniería Eléctrica a través de la razón que considero más significativa.
En ingeniería eléctrica, la electricidad se divide a grandes rasgos en electricidad como energía y electricidad como señal. Me interesa especialmente el campo que trata la electricidad como señal, una tecnología que ha avanzado significativamente, hasta el punto de tener un gran impacto en otras industrias. Incluso se aplica en el propio campo de la energía eléctrica. Para explicar primero el campo de la energía eléctrica, es más fácil entender la energía como una fuente de potencia que mueve objetos.
La electricidad, como fuente de energía, se produce en centrales eléctricas, se distribuye a nivel nacional y se utiliza para el funcionamiento de diversos dispositivos. Por lo tanto, los especialistas en energía eléctrica investigan cómo generar electricidad de manera eficiente, cómo almacenarla en baterías y cómo minimizar las pérdidas y transmitirla de forma rentable.
En comparación con otras fuentes de energía, como la térmica, la energía eléctrica está altamente organizada. Esto permite su transmisión a larga distancia con mínimas pérdidas y la hace idónea para su conversión en otras formas de energía. Gracias a su capacidad para gestionar las ingentes cantidades de energía que consume la humanidad, la vida sin electricidad en la sociedad moderna es inimaginable. Todo ello es gracias a la labor de los ingenieros eléctricos.
Ahora bien, expliquemos la electricidad como señal. El concepto de electricidad como señal es más amplio que el de electricidad como potencia. En ingeniería eléctrica, una señal se define como una magnitud física que transmite información. Específicamente, entre diversas magnitudes físicas como la temperatura, la velocidad, el sonido y la presión, se refiere al voltaje, que transmite información. Existe el campo del procesamiento de señales, que recibe y procesa eficientemente las señales para que podamos comprenderlas, y el campo de las comunicaciones, que se ocupa de dispositivos como radios o teléfonos que envían y reciben estas señales. Es, literalmente, la disciplina que se ocupa de las señales mismas.
Para utilizar estas tecnologías fácilmente en cualquier momento y lugar, necesitamos técnicas más sofisticadas. Existe el campo de la circuitería, que crea circuitos para amplificar y almacenar señales que se han enviado a largas distancias mediante comunicación y, por lo tanto, han perdido intensidad. También existe el campo de los semiconductores, que fabrica los dispositivos semiconductores que componen estos circuitos. Además, existe el campo de la física y los dispositivos electrónicos, que crea dispositivos capaces de convertir las señales procesadas en imágenes. Finalmente, existe el campo de los sistemas, que garantiza que estos dispositivos funcionen de forma fiable como un sistema, y el campo de la informática, que procesa la información contenida en las señales. Por lo tanto, la electricidad como señal no es simplemente voltaje; es información valiosa que debe manejarse con sumo cuidado.
Recientemente, las áreas de investigación dentro de la ingeniería eléctrica se han expandido significativamente, requiriendo un espacio considerable solo para presentar las subdisciplinas. En esta ocasión, explicaremos las tecnologías de ingeniería eléctrica aplicadas a la resonancia magnética (RM). La RM es una combinación de tecnologías de ingeniería eléctrica. Fundamentalmente, la RM requiere un potente electroimán. Probablemente recuerdes de tus clases de ciencias en la escuela primaria cuando construiste un electroimán y observaste el patrón que dibujaban las limaduras de hierro al ser atraídas hacia él. El electroimán integrado en una RM es mucho más potente, por lo que sabes que no se pueden introducir objetos metálicos en una exploración por RM.
Este potente electroimán alinea las moléculas de agua de nuestro cuerpo en la dirección de su campo magnético. De hecho, aunque rara vez lo percibimos, más del 90% de todas las fuerzas del universo son electromagnéticas. Las fuerzas electromagnéticas suelen estar en equilibrio, lo que dificulta que los humanos las percibamos. Sin embargo, cuando este equilibrio se rompe, se producen fenómenos como la electricidad estática o los rayos. Volviendo a la resonancia magnética (RM), cuando las moléculas de agua en equilibrio reciben ondas electromagnéticas de una frecuencia específica, comienzan a vibrar. Esto es similar al efecto de resonancia que se produce al pulsar una cuerda de un instrumento de cuerda, generando una nota específica. Por eso, la RM se llama «resonancia magnética».
Al ser estimuladas, las moléculas de agua vibrantes emiten ondas electromagnéticas a frecuencias específicas. La intensidad de estas ondas varía según la densidad del agua en los tejidos del cuerpo. Mediante este principio, un receptor capta las señales, estima la estructura de los tejidos y convierte esta información en una imagen que un médico puede interpretar. Las primeras máquinas de resonancia magnética tardaban mucho en adquirir las señales, lo que a veces provocaba claustrofobia en los pacientes.
Inicialmente, los ingenieros eléctricos especializados en procesamiento de señales se dedicaron a la investigación de la resonancia magnética (RM) para reducir las molestias de los pacientes y permitir la obtención de imágenes más rápidas a un mayor número de pacientes. Como resultado, se pudieron obtener imágenes prácticamente indistinguibles de las originales utilizando muchas menos señales que antes. Recientemente, la tecnología de RM ha avanzado hasta el punto de permitir la observación en tiempo real del movimiento cardíaco. Esta tecnología desempeña un papel fundamental en el procesamiento de información biológica.
Así pues, la ingeniería eléctrica abarca ahora no solo los dispositivos electrónicos profundamente integrados en nuestra vida cotidiana, sino también la medicina, la imagen 3D, el procesamiento de información e incluso la inteligencia artificial. Bajo el nombre de electricidad, se está expandiendo hacia ámbitos inimaginables. En el futuro, la ingeniería eléctrica evolucionará más allá del simple procesamiento de señales, convirtiéndose en un campo donde las computadoras procesan señales de forma más inteligente.
