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Copyright 2015 by Jorge Márquez Flores Derechos reservados 1 Curso de Instrumentación y Señales Maestrías de Física Médica e Ingeniería Biomédica I. Introducción y Definiciones Básicas Notas por Dr. Jorge Márquez Flores, CCADET-UNAM versión 13.5, agosto 2015. [email protected]

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Curso de Instrumentación y Señales

Maestrías de Física Médica e Ingeniería Biomédica

I. Introducción y Definiciones Básicas

Notas por Dr. Jorge Márquez Flores, CCADET-UNAM

versión 13.5, agosto 2015.

[email protected]

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Tabla de contenido temático

DEFINICIONES BASICAS

(0) Definición e Igualdades

(1) Medición

(2) Máquina Motor

(3) Instrumento

(4) Transductor (5) Sensor (6) Actuador

(7) Equipo

(8) Aparato

(9) Herramienta. *Utiles

(10) Dispositivo

(11) Gadget

(12) Componentes, piezas, partes o elementos

(13) Sistema

(14) Complejo

(15) Modelo

(16) Simulación

(17) Instrumentación o instrumento virtual

(18) Sistemas dinámicos

(19) Modelos dinámicos

(20) Mecanismo

Conceptos clave, relacionados con Instrumentación & Señales

Algunas traducciones

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Instrumentos clásicos de medición

Posibles funciones de un instrumento

Carácter analógico o digital

Otras definiciones

Diseño de instrumentos médicos.

Las secciones marcadas con “” pueden omitirse en una primera lectura. Aquello enmarcado en rectángulo es una definición clave. Las secciones o

notas marcados con “”son importantes o de especial relevancia.

Ejercicio “0”: Antes de estudiar las secciones que siguen,

proponga usted mismo definiciones de los conceptos enlistados

en la Tabla de Contenido. Enseguida compare y analice lo que le

faltó o fue diferente en sus definiciones. Las definiciones pueden

cambiar mucho entre diccionarios, contextos y autores (y usted).

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DEFINICIONES BASICAS

"En este curso A significa B..."

(0) Definición: Clásicamente se trata de un pasaje que “explica el

significado de un término”. Puede haber muchos significados (polisemia),

diferentes maneras de explicarlos o varios términos por significado

(polivocalidad) e incluso distintos contextos en que una explicación (o

terminología) es más adecuada o más útil que otra. También pueden existir

interpretaciones distintas y objetivos o aplicaciones que modifican cómo se

define algo. En nuestro curso es conveniente distinguir entre definiciones de

diverso tipo; mencionamos sólo las más importantes (¡hay como 50+!):

Definición nominativa de A: Cuando se enumeran las componentes,

partes, o atributos de A y sus interrelaciones. Es una definición “de

conjunto”, o sea A={a, b, c,…} más un conjunto R de relaciones. Si

se describe cada parte por separado o los atributos de A (con o sin

enumeración de partes), es entonces definición descriptiva.

Definición operativa u operacional de A (a veces llamada definición

funcional): Cuando A se define o se obtiene con una serie de

operaciones (“receta de cocina”), o sea en términos de un proceso o

un conjunto de pruebas de validación. También en términos de las

operaciones que A realiza (sinónimo de definición funcional), o en

términos de un operador aplicado a B (definido de otra forma).

Definición funcional de A: Por las funciones que A realiza o debe

realizar; en tal caso resulta ser también una definición prescriptiva.

En matemáticas A puede ser una variable (depediente) definida por

una función entre dos dominios, y depender de otra variable

(independiente): se tendría por ejemplo f(x) = <expresión

matemática>. Veremos diversos aspectos de las funciones en el

tema de Información y Señales.

Definición teórica de A: En base y a partir de una teoría o marco

teórico (usando teoremas, axiomas o entidades teóricas).

Definición matemática de A: Cuando existe una expresión matemática

(ecuación) que relaciona a A con otras expresiones o entidades

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matemáticas. Hay disciplinas donde se denomina “algoritmo” a una

fórmula tal como la que relaciona masa con volumen y densidad.

Definición por inferencia de A (o definición por ejemplo): Se dan

ejemplos (representativos) de lo que es y de lo que no es A. Resulta

una definición aproximada, indirecta y quizás incompleta y depende

de la capacidad de abstracción y generalización del interesado.

También pueden haber definición recursiva, intensional (o intensiva), extensional (o

extensiva), ostensiva, inductiva, explícita, implícita, circular, estructural, analítica,

geométrica, algebraica, topológica, visual, no-verbal, indirecta, etc. Los calificativos

usualmente se combinan (v. g., se puede tener una definición teórica y operativa que es

implícita y recursiva). La distinción permite entender posibles ambigüedades o aparentes

contradicciones, en particular cuando en disciplinas diferentes se recurren a definiciones

de distinto tipo para un mismo concepto, o al contrario, un mismo término es usado para

conceptos o cosas diferentes. También en una misma disciplina, un enfoque pragmático

puede preferir las definiciones operacionales o funcionales.

NOTA: Una definición instrumental es aquella que se da en términos de entradas,

salidas y/o elementos y conceptos de instrumentación y señales (literal o metafórica).

NOTA: Las definiciones pueden tener un significado que depende de un contexto, o

bien puede ser "móvil", cambiar con el tiempo e inclusive presentar el fenómeno de

histéresis de la siguiente forma: "significar A en un sentido (sentido de cambio por

ejemplo) y significar B en otro sentido (por ejemplo el sentido contrario al primer caso).

Esta es una peculiaridad poco conocida que permite explicar conceptos y situaciones que

a primera vista implican contradicciones, paradojas y otros problemas lógicos.Tal

fenómeno se presenta por ejemplo durante la interacción de dos disciplinas que manejan

definiciones en apariencia iguales un mismo concepto.

Igualdades. El signo de igual “=” también está sujeto a diferentes interpretaciones:

igualdad de “resultado” (v. g., 1+2=3, o más en general para expresar una

incógnita x despejada en una ecuación f(x)=0, cuando sea posible poner “x=…”),

igualdad identidad (), por ejemplo 2 2 (en este caso se trata de una tautología,

pero hay mejores ejemplos, aunque menos simples). A veces se toma como

igualdad definitoria. Completar…

igualdad condicional (ecuación que sólo se satisface en ciertas condiciones), es

en general el uso de "=" en ecuaciones; por ejemplo, aunque no existe un x que

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satisfaga "x=(3)1/2

", la ecuación expresa la hipótesis de tal evento y de hecho

permite definir el los números imaginarios y el conjunto de los complejos.

igualdad lógica o modal (equivalencia o prueba), en cómputo, en lenguaje C por

ejemplo, se usa el operador “= =” en una expresión que al evaluar, da un resultado

lógico y produce una variable Booleana (falso o verdadero), por ejemplo en “x =

(4= =1)”, se obtiene “x = 0” (falso), mientras que “x=((4+1) = = 5)”, produce “x

= 1” (verdadero). Los matemáticos, en vez de usar “= =”, usan el paréntesis de

Iverson [P], donde P es una proposición (matemática) y el resultado a=[P] es un

valor Booleano, “falso” o “verdadero”, representados por 0 y 1, respectivamente;

por ejemplo [2=3] = 0, [2+1=3] = 1, [hoy es martes] = 1, aunque en este caso, el

resultado puede cambiar (si hoy es en realidad miércoles), en cuyo caso [[hoy es

martes] = 1] = 0.

igualdad definitoria ( o el de identidad ; pero se puede usar para definiciones

la asignación computacional : =, o inicialización). Muchos autores suelen usar

simplemente “=” y dar la interpretación de definición por el contexto. Se

recomienda seguir esta práctica, pero advertir que se está definiendo algo.

Iteración. Es frecuente en un algoritmo computacional escribir “k = k+1”, en vez de

escribir “k k+1” para indicar que k, en el paso t+1, se incrementa el valor que tenía k

en el paso (o instante) t. La razón de la notación “k = k+1” es que como instrucción de

computadora, en efecto se substituye o reasigna a k (antes se escribía k :=k+1). Lo

adecuado, desde punto de vista de matemáticas “correctas”, sería escribir kt+1 = kt +1 ,

donde t va aumentando y se debe especificar un valor (inicial) para kt cuando t=0. Notar

que la noción de sistema iterado permite romper las definiciones circulares (definir “A

en términos de A”, en realidad puede ser un “At+1 en términos de At”, y se debe tener

convergencia cuando t es grande: At+1 y At terminan siendo indistinguibles.

Ejemplo y ejercicio: ¿Es posible encontrar un valor x que satisfaga x=cos(x)? ¿no es

un "problema circular"? Puede pensar en un problema no matemático de naturaleza

semejante y que es posible resolver de algún modo (cuál)?

Otros conceptos asociados que por ahora no definiremos: equivalencia, semejanza o

similitud, afinidad, …

Fin§ Indice

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(1) Medición: Procedimiento realizado por un observador para obtener,

deducir o estimar una cantidad que caracteriza una propiedad, rasgo o

estado de un objeto o fenómeno. Tal propiedad, rasgo o estado se conoce

como el mesurando (= aquello que se mide; EN: measurand).

Con frecuencia se simplifica el uso del término y la cantidad obtenida es

llamada “medición” (por autonomasia), y se supone "igual" al mesurando.

Notar las relaciones entre los términos subrayados y que, entre observador

y objeto (observado) existe una interfaz (el sensor, por ejemplo) que

cuenta con una ventana o apertura finita (temporal, espacial, energética),

que a su vez está caracterizada por una función de dispersión puntual

(PSF: Point Spread Function por definir).

Nota: De lo anterior se infiere que para medir algo, se debe antes identificar y

seleccionar la propiedad de interés y cómo está caracterizada físicamente para usar el

procedimiento adecuado de medición (que implica a su vez cierto instrumento con

determinados sensores y principios de transducción); dicha propiedad de interés es el

llamado mesurando (measurand); a veces el mesurando se define como la cantidad que

caracteriza la propiedad de interés. El propio objeto o fenómeno también se selecciona,

de acuerdo a su representatividad o particularidad y, si es posible, se aisla o prepara para

evitar alterar la medición, y de acuerdo al procedimiento de medición o experimental. El

procedimiento o protocolo puede ser complicado, involucrar varias mediciones, deducir

el valor a partir de otros, "filtrar", etc. Veremos estos y otros aspectos de una medición.

Una medición “cruda” (raw measurement) es aquella que no ha sido todavía procesada

tras obtenerla de la primera etapa del instrumento (sensor o elemento transductor).

Antes de estudiar la definición de instrumento consideraremos el concepto de máquina

dada su importancia pues da lugar a principios usados en instrumentación, sistemas, etc.

Ejercicio: Enuncie en forma explícita la definición de mesurando. Notar que es en realidad una

definición por autonomasia y el mesurando se refiere a la cantidad, pero también a la propiedad o

rasgo. Al mismo tiempo, se llama también medición a la cantidad medida (por autonomasia). ¿Cómo

se pueden resolver las posibles ambigüedades o contradicciones? Como cantidades, ¿cuáles son las

diferencias entre mesurando y medición?

Ejercicio: ¿Qué es una lectura? ¿Es lo mismo medida que medición?

Fin§ Indice

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(2) Máquina: Dispositivo o herramienta (entendido como un conjunto

de elementos o piezas) utilizado (en ingeniería) para cambiar la

magnitud y dirección de aplicación de una fuerza(1)

(generalizaremos

adelante “fuerza” al concepto de variable de esfuerzo, y no será ya

exclusivamente mecánica). A través de diferentes tipos de junturas

(=uniones, enfoque moderno) se transmite o modifica un movimiento,

fuerza o tensión. Las cuatro máquinas simples clásicas son:

el plano inclinado, que consiste en una rampa,

la palanca,

el torno y

la polea (ver abajo rueda).

Combinadas entre sí (articuladas o interconectadas), junto con otros elementos como

la rueda y diversos fenómenos asociados, constituyen principios mecánicos).

El tornillo y la cuña se consideran a veces máquinas (simples), pero en realidad son

adaptaciones del plano inclinado. La cuña es el paradigma del cambio gradual, que es

una solución en problemas de acoplamiento de impedancias de cualquier tipo. La cuña

es la base de los primeros instrumentos y herramientas del hombre primitivo: el filo de

pedernales, lanzas y luego agujas, navajas, espadas, hachas, guillotinas, cutters, etc.

La palanca es el paradigma de la amplificación de una fuerza (o variable de esfuerzo),

o de conversiones que relacionan magnitudes de un atributo, usualmente se intercambia

distancia/movimiento por fuerza (o movimiento angular por torca, que es estrictamente

el caso de la palanca). El punto de apoyo se relaciona a veces con un valor de referencia

para dichas conversiones (por ejemplo la tierra en circuitos eléctricos). Dos o más

palancas articuladas (mas puntos de apoyo móviles y relativos) permiten cambios de

dirección variados; el cascanueces, las pinzas, alicates y tijeras son un ejemplo (las

tijeras además aplican el principio de la cuña en su filo). El pantógrafo son varias

tijeras interconectadas para amplificar movimientos, en 2D y en 3D (uso por ejemplo en

dibujo, diseño o para copiar la forma de un objeto, en ingeniería en reversa). El

amplificador de instrumentación en un cardiógrafo sigue un principio de amplificación

1"Máquina." Enciclopedia® Microsoft® Encarta 2001. © 1993-2000 Microsoft Corporation. Reservados todos los

derechos. Ver también la definición de máquina como herramienta en http://en.wikipedia.org/wiki/Machine

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de voltajes usando tres amplificadores operacionales, y es modelado por palancas

conectadas en tijera (en vez de fuerzas y distancias, son voltajes y corrientes).

Cuando el punto de apoyo puede girar ángulos grandes y completar vueltas completas

alrededor de un eje físico, la palanca, dotada de una manija (en el caso manual), es una

manivela y da lugar a los mecanismos de biela. El punto de apoyo puede además ser el

centro de una rueda que conecta con otras mediante engranes o poleas.

La polea desvía la dirección de una fuerza, incluso en sentido contrario para ciertas

configuraciones; se relaciona por otra parte con los principios de conversión de cantidad

de movimiento y su equivalente (impulso) y se encuentra implícita en los engranes

(conversiones de cantidad de movimiento angular). El polipasto consiste de combinar

dos o más poleas lo que permite amplificar el efecto de convertir desplazamientos en

fuerza. El cabrestante, el molinete, el malacate o “winch” son rodillos para levantar

pesos usando una cuerda o cable (en un barco, para levantar el ancla); pueden por

ejemplo girar sólo en una dirección, trabándose en la dirección contraria.

Un torno, al hacer girar el objeto a manipular o modificar, permite ejercer una fuerza

uniforme a lo largo de un “paralelo”, usualmente para darle forma (manipulación “en

coordenadas cilíndricas”, o “mientras gira”).

La rueda (mas algún eje alrededor del cual gire) es considerada desde el renacimiento

como una máquina simple que, por efecto de la fricción, convierte movimiento angular

(giro) en movimiento lineal (desplazamiento), cambia la dirección de la fuerza en una

polea, y también da razón de ser al tornillo, manivelas, torno, engranajes y giroscopio.

Contiene por tanto el principio de palanca, que implica movimiento angular. El trompo,

el giroscopio y el gimbal son masas giratorias que almacenan energía cinética en forma

de cantidad de movimiento angular cuya conservación permite que su orientación se

mantenga fija, proveyendo referencias para navegación inercial.

Es posible "inventar la rueda" a partir de una palanca de brazos iguales, haciendo que el

punto de apoyo sea el eje de giro y dejando que los brazos giren libremente; agregando

más radios (palancas) y ya sea, tomando el limite cuando a separación angular es cero, o

bien, uniendo radios contiguos mediante arcos tangenciales que aproximan un círculo.

Al revés, es posible considerar la palanca simétrica como caso particular (un segmento

diametral) de una rueda. Un tronco (cilindro) es una rueda "muy ancha" que contiene su

propio eje de soporte. Fue útil para transportar grandes bloques de roca, construir

templos, pirámides, mover papel enrrollado para imprimir periódicos y libros, aplanar y

distribuir una masa maleable o un terreno. Un cable enrrollado a un rodillo ya

mencionamos que da lugar al cabrestante, entre otros dispositivos mecánicos. El ADN

use enrolla en las proteínas histonas para compactarse cuando está desactivado.

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Los engranajes son ruedas acopladas entre sí o con otras piezas dentadas (i.e., con

engranes) con “fricción infinita”; convierten cantidades de movimiento angular y/o en

torcas (el equivalente angular de fuerza mecánica) y viceversa; también cambian la

dirección de una fuerza o torca y transmiten torcas y movimiento angular. Se combinan

con manivelas, poleas, tornillos, péndulos, etc., produciendo diversos mecanismos.

La mano humana y la de ciertos primates es un conjunto de palancas articuladas

muy complejo, que puede cambiar de configuración a voluntad; las articulaciones,

músculos y tendones usan el principio de la rueda y contiene poleas parciales. El

esqueleto y musculatura de los vertebrados sigue además los principios de ingeniería

conocidos como tensegridad (Tensegrity:Wikipedia) y equilibrio dinámico (ver en tema

de Características estáticas).

El péndulo (palanca y movimiento angular, en arco) y en general, cualquier sistema

con distintos modos de oscilación (un resorte lineal o uno en espiral presentan

oscilaciones angulares y torsión), son también principios mecánicos (secundarios)

aunque no suelen considerarse máquinas simples. Sin embargo juegan un papel muy

importante en muchos mecanismos, pues permiten almacenar energía (ondulatoria u

oscilatoria) y transformarla entre cinética y potencial; su período constante es el

principio de medición temporal y permite transmitir esa regularidad periódica a un

mecanismo. También permiten introducir retardos en la aplicación de una fuerza o torca.

Exhiben los principios de conservación angular y lineal. El péndulo de Foucault usa la

conservación de momento angular en forma ortogonal al plano del péndulo; tiene

aplicaciones semejantes a las del giroscopio. El almacenamiento de energía en un resorte

en espiral (o en un péndulo) alimenta los mecanismos de engranajes que constituyen los

relojes mecánicos y los juguetes y dispositivos de cuerda y autómatas.

Otros ejemplos: máquinas herramientas como el taladro (combina al torno y al tornillo), las grúas

(palancas, polipastos, engranes, y motores), la máquina de vapor, el motor de explosión. Hay cierta

distinción en inglés entre engine y motor. Ver artículos en la Wikipedia, comparar con el concepto de

mecanismo. Aunque en general nos hemos referido a máquinas mecánicas, los conceptos se extienden

al ámbito hidráulico, electromagnético, acústico, térmico, químico, biológico, informático, ecológico,

psicológico, financiero, literario, musical, de relaciones humanas, etc.

Maquinaria. Conjunto de máquinas, quizás coordinadas; equipo a mayor escala que las

manos humanas, que puede estar motorizado (vehículos con máquinas herramientas

como grúas, excavadoras, etc.). En una fábrica, una imprenta o taller se refiere también a

los sistemas que fabrican, ensamblan y manipulan piezas y objetos completos.

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Motor: máquina que convierte energía (de cualquier tipo) en movimiento

(lineal, angular, oscilatorio), o trabajo mecánico.(2)

Hoy día, al hablar de una

máquina, suele entenderse una motorizada. A la vez al motor de un vehículo

se le llama “máquina”. La máquina de vapor transforma energía química en

calor (al quemar carbón) y permite usar cambios de estado (agua en vapor) y

de presión para generar movimiento, a través de pistones y ruedas.

Máquina generalizada: Dispositivo (entendido como un conjunto coordinado de

elementos o piezas) utilizado (en ingeniería) para cambiar la magnitud, dirección y

otras características de la aplicación de un esfuerzo (diferencia de potencial eléctrico,

químico, térmico, hidráulico, neumático, etc. Dicho esfuerzo puede ser inclusive

abstracto. En general, todo esfuerzo se relaciona con un flujo (actúa sobre un flujo; ver

adelante el tema de Impedancia Generalizada).

Nota: los principios mecánicos son usados para transformar una forma de energía

mecánica en otra, o transfieren movimiento y esfuerzos, usualmente minimizando

pérdidas e impedancia.

Cuando se trata de conversiones entre formas de energía diferente, hablamos de

transducción; los principios transductores o transductivos extienden y a veces

generalizan los principios mecánicos combinándolos con efectos tales como: efecto

inductivo (por ejemplo: una barra ferromagnética que se mueve en un tubo envuelto en

una bobina...), capacitivo (por ejemplo: dos placas que cambian su geometría

envolviendo un dieléctrico), de dínamo, fotoeléctrico, Hall, piezoeléctrico,

termorresistivo, piezorresistivo, fotoacústico, quimioeléctrico, triboeléctrico,

tribolumínico, bioluminiscente, radioacústico, y cientos más, en todos los ámbitos

imaginables de la física, química, biología, la actividad humana, animal o de la

naturaleza en general. Notar además que fenómenos como la fricción (entre otras formas

de impedancia), la Tercera Ley de Newton, los principios de conservación de

movimiento lineal y angular, etc., también dan sentido y base a los principios

mecánicos; v. g. las ruedas en un vehículo sin fricción con el suelo resbalarían y no

habría desplazamiento; para un ferrocarril en una pendiente mayor al 8%, la fricción con

vías comunes es insuficiente; se introducen cremalleras y piñones o ruedas dentadas

creando una "fricción infinita", para poder subir y bajar.

Fin§ Indice

2"Motor." Enciclopedia® Microsoft® Encarta 2001. © 1993-2000 Microsoft Corporation. Reservados todos los

derechos.

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(3) Instrumento: Dispositivo o conjunto de dispositivos coordinados

que reciben y transforman datos o señales (por definir) en una o más

dimensiones, usualmente con el objetivo último de medir alguna

característica, o trasladar al dominio y alcance de los sentidos humanos

algún aspecto de la información de entrada (tener acceso a un factor –

diccionario Oxford (3)

).

Esta definición se refiere a instrumentos de medición y/o monitoreo. Veremos

que hay instrumentos que pueden no tener entradas explícitas (un generador de ondas

de frecuencia fija, un radiofaro, un reloj, etc.), y otros que no miden nada en

particular, aún si hay una entrada explícita, o a veces sólo modifican la entrada.

También puede servir para generar señales o información, quizás a partir de otras

señales: en general un instrumento también puede tener un efecto físico, usualmente

controlado y preciso (generar un flujo, modificarlo o controlarlo; ejercer una cierta

fuerza o control en una máquina, etc.). Del mismo modo, un instrumento puede

además manipular, procesar y analizar energía, señales o información en general.

Ejemplos: instrumental médico (conjunto), instrumentos mecánicos, instrumentos

musicales, reloj, brújula, galvanoscopio, termómetro, barómetro, higrómetro, telescopio,

balanza (“simple" palanca simétrica), acelerador de partículas, resonador magnético-

nuclear, generador de pulsos, ábaco, calculadora, computadoras, ídem usadas como

instrumentos (o sea que tienen sensores, etc.), herramientas de precisión (énfasis en la

precisión o exactitud y muy posiblemente aunadas a un entrenamiento especializado).

Ejercicio: En los ejemplos del párrafo anterior identifique qué mide o qué hace cada

instrumento, equipo o dispositivo mencionado y los principios mecánicos que

intervienen; por ejemplo en el telescopio las lentes juegan un papel de amplificación

usando el principio de palancas extendido a lentes que extienden un haz de luz en un

área mayor; el ábaco codifica operaciones aritméticas mediante posición y sus cambios,

pero sí utiliza ciertos principios en abstracto y en concreto (¿cuáles?).

Nota: Un “instrumento de inversión” en finanzas tiene sentido, dado que posee una

entrada, parámetros de control y salidas, que son monitoreadas para hacer cambios hasta

optimizar (por ejemplo las ganancias para el banco) y minimizar las pérdidas (ídem).

3 Ultima definición de instrumentación del OED: The design, construction, and provision of instruments for

measurement, control, etc; the state of being equipped with or controlled by such instruments collectively.

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"Instrumento financiero" también se refiere a un documento formal en ciertas

transacciones, lo mismo en el ámbito legal.

Nota: “Instrumentar una acción o solución” implicaría establecer (quizás sin demasiada

conciencia ni de forma explícita) el equivalente a identificar y analizar un sistema, sus

entradas y salidas, procesamiento, retroalimentación, precisión, etc. En la práctica, el

uso de términos científicos o tecnológicos puede resultar inexacto, abusivo, o

demagógico, sobretodo en comercio y política. No toda metáfora es válida (o tiene

grados), y depende de qué tanto equivale a un modelo (ver adelante).

Muchos instrumentos se caracterizan por existir un objeto o fenómeno del cual se desea

conocer una propiedad (o del cual se mide una propiedad o estado) que produce una

señal (mesurando; pero puede ser una señal desconocida, o una previamente conocida,

usada como referencia y producida por otro instrumento), tiene una etapa de sensor y/o

transductor, una etapa de condicionamiento o proceso de la señal y una etapa de

despliegue, transmisión o almacenamiento.

Un instrumento o dispositivo de control (a veces controlador) genera adicionalmente

una señal que puede servir de estímulo al objeto del cual se toma una medición como

respuesta a dicho estímulo, y, si éste modifica la propiedad a medir, de acuerdo a un

interés particular (o sea, la respuesta), entonces se dice que es una señal de control

retroalimentada al sistema que se trata de controlar.

Notar que hay características que pueden ser tanto del instrumento como de la medición

efectuada con él, y que sin embargo pueden ser distintas o independientes: por ejemplo

un instrumento de baja precisión puede producir lecturas u observaciones que al

repetirse N veces (N relativamente grande, usualmente un orden de magnitud por cada

cifra significativa en un sistema decimal), bajo las mismas condiciones, producen como

promedio una medición de alta precisión (mayor a la de la escala del instrumento).

Se habla de instrumentación de un avión o de un laboratorio; más específicamente la

aviónica se refiere a los instrumentos que permiten el vuelo y navegación, e involucra

no sólo medición, sino mucho control. La palabra instrumentación también se refiere a

la disciplina de estudio (arte y ciencia), desarrollo de instrumentos y sus aplicaciones.

Fin§ Indice

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(4) Transductor dispositivo o componente que transforma una forma de

energía en otra diferente (o una señal en otra, en general señal eléctrica). Una batería

almacena energía en forma química y la batería (un transductor), la libera como

diferencia de potencial –notar que esto no necesariamente involucra “sensar”. Un

transductor puede ser empleado como actuador, convirtiendo una señal en una acción

(no "en mesurando"). Algunos autores definen al transductor en forma más general,

incluyendo transformaciones de una forma de energía en el mismo tipo (eléctrica en

eléctrica, mecánica en mecánica, etc.); esto se realiza mediante acoplamientos diversos y

dispositivos que manipulan o redirigen el flujo o esfuerzo de entrada (un haz de luz, una

diferencia de potencial, un movimiento angular), etc., pero en tal caso la manipulación

se traslapa con las etapas de amplificación y procesamiento.

(5) Sensor adaptación o aplicación de un transductor con el fin de sensar un

mesurando (la medición viene después). En ocasiones el sensor se encuentra antes del

transductor o después y lo que realiza en tal caso es “proyectar” la señal o energía de

entrada en elementos captores, donde se efectúa la transducción. Un elemento

transductor puede a la vez ser una componente tal como capacitor, etc., que es sensible a

variaciones en algunos parámetros (fuerzas, desplazamientos, presión, temperatura), de

allí que diversos sensores pueden construirse a partir de un mismo transductor. "Sensar"

también se entiende como manifestar una respuesta a un estímulo; por ejemplo una celda

fotoeléctrica produce (como respuesta) una diferencia de potencial cuando recibe (el

estímulo de) radiación luminosa en cierta banda de frecuencia. Dicha celda en cambio

no es sensible (o no significativamente) a cambios en aceleración o campo magnético.

Los sensores consumen el mínimo de energía posible del medio sensado, para afectarlo

lo menos posible (tienen "alta impedancia de entrada"). Los sentidos del ser humano se

basan en diversos receptores y sensores biológicos; todos los seres vivos los poseen para

percibir condiciones externas e internas. Los biosensores diseñados en ingeniería

biomédica se basan en principios biológicos y bioquímicos.

Captor es un tipo de sensor o transductor que recolecta partículas, fotones, elementos

discretos en general, etc., y los transforma en señal, o bien proporciona una señal

proporcional a la cantidad o al conteo, o una respuesta relacionada con la presencia,

cantidad, intensidad, polaridad, dirección u otro atributo de dichas partículas, fotones,

etc. (entrada o estímulo).

Nota: Monitoreo es el seguimiento de un parámetro, lo cual requiere su medición

asidua (o muestreo, dependiendo de cuán rápido puede cambiar). El objetivo es vigilar

las variaciones y evolución de la señal correspondiente; es posible que deban tomarse

decisiones (control, actuadores, o para diagnóstico) en base a las variaciones: rebasar

umbral, o no hacerlo, tener cierto espectro de frecuencias, no tener picos o sí tenerlos

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(entre otros eventos o patrones), mantener un histórico, correlacionar con otras señales y

parámetros monitoreados etc. El monitoreo puede presentar histéresis: manejar dos

umbrales críticos, uno para cuando la señal disminuye de intensidad y el otro para

cuando aumenta -ver tema de histéresis en Características Estáticas.

(6) Actuador o efector. Adaptación de un transductor (o de algún principio

transductivo, o un mecanismo en sentido amplio) con el fin de obtener un efecto físico,

usualmente a partir de una señal eléctrica (aunque puede ser mecánica o de otro tipo);

por ejemplo, una pequeña membrana flexible con una bobina (inductancia) constituye un

micrófono (sensor) que convierte sonido en señal eléctrica, pero lo contrario, con otras

medidas físicas, es posible una bocina (membrana e inductor) que convierte una señal

eléctrica en vibraciones acústicas (papel de actuador); lo mismo un instrumento musical,

un interruptor basado en transistores que abre o cierra un flujo de corriente, una válvula

que controla el paso de un fluido o gas, etc.

En ciertos casos el actuador puede usar el mismo transductor de un sensor

correspondiente, si dicho transductor es bidireccional (un cristal piezoeléctrico, una

batería o un diodo captor/emisor de luz, por ejemplo). Usualmente un actuador es más

energético que un sensor del mismo tipo (eléctrico, mecánico, etc.) y suele tener un

efecto perceptible en un medio u objeto. También sus características de impedancia

pueden cambiar.

En un instrumento de control o en un sistema retroalimentado, el actuador cierra un

ciclo, al cambiar o tratar de cambiar el parámetro de un objeto o sistema que se desea

regular a partir de lecturas de tal parámetro. Las herramientas y principios mecánicos

también pueden jugar el papel de actuadores (una palanca que transforma un esfuerzo

pequeño en uno grande, el volante que hace girar a un vehículo, un encendido

electrónico, etc.

El actuador puede convertir (por efecto transductivo o acoplamientos de algún tipo) una

forma de energía en otra de tipo diferente o del mismo tipo: hay por tanto una posible

etapa de procesamiento, amplificación o manipulación de la señal (energía) antes del

actuador, que sería la etapa final sobre el sistema afectado.

Ejercicio; ¿Pueden existir actuadores químicos?, ¿cognitivos? Dé ejemplos si es el caso.

Fin§ Indice

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(7) Equipo: un conjunto de herramientas, dispositivos, instrumentos o

accesorios reunidos usualmente con una finalidad o aplicación específica o de

acuerdo a un plan de uso. En general puede además referirse o incluir a

personas especializadas más su propio “equipo” (primera definición), y su

trabajo es coordinado. Ejemplos: equipo de laboratorio, equipo para buceo,

equipo de anestesia, equipo de ingenieros. Una computadora es en sí misma

un equipo (de cómputo); una vez conectada a sensores y actuadores,

programada para controlarlos, leerlos, y para condicionamiento de señales y

despliegue, se convierte por su uso y aplicación en un instrumento, un

dispositivo o una herramienta sofisticada.

(8) Aparato: cualquier dispositivo, a veces en un contexto utilitario y quizás

comercial; aparatos electrodomésticos radio, TV, licuadora; aparatos de laboratorio

(como equipo, pero con énfasis en el aspecto complejo), hornos, etc. Un avión puede

considerarse un aparato (volador). Enser es otro término parecido.

Artefacto: aparatos en un contexto de desconocimiento de su finalidad o naturaleza.

Objeto del cual se sospecha que sirve para algún fin y se identifica como un aparato o

instrumento (notar matiz peyorativo).

NOTA: Otro significado de artefacto se relaciona con el concepto de ruido.

(9) Herramienta: Objeto o dispositivo para manipular o modificar otros

objetos, en particular máquinas (para fabricarlas, ensamblarlas, desarmarlas,

ajustarlas o repararlas), dispositivos, materiales (para darles forma), o para

amplificar un efecto manual (notar connotación de máquina simple, como la

palanca). Una herramienta diseñada para usarse con un entrenamiento

especial (sentidos, destreza y conocimientos teóricos) de cierta forma puede

considerarse un instrumento (v.g el escalpelo del cirujano). Una herramienta

puede ser parte de un sistema complejo (manipuladores). Ejemplos: la mano

humana, pinzas, máquinas herramientas (o herramientas de potencia).

Nota: El origen etimológico de herramienta originalmente implica objetos hechos de

“hierro”, pero es claro que actualmente se pueden tener herramientas en casi cualquier material,

en función de sus cualidades, principalmente mecánicas (desgaste, resistencia, magnetismo, etc.).

Ejemplo práctico: por lo mismo que no hay nunca que introducir una llave Stillson en un

resonador magnético (MRI), si se requiere practicar estimulación magnética o practicar un

electroencefalograma durante una adquisición MRI, se deben usar equipos en materiales y

aislamientos no-magnéticos y cualquier ajuste debe recurrir a herramientas que puedan

introducirse en el resonador.

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Utiles e implementos: herramientas o dispositivos sencillos, como el pincel, lápiz,

goma, regla de medir, mechudo, escoba, u otras que ayuden en una actividad menos

energética que con las herramientas. “Instrumentos de trabajo” da un matiz profesional

o especializado a quien llama así a sus útiles y herramientas. Utensilio suele referirse

principalmente a aquellos accesorios, dispositivos o "útiles" de cocina o de uso

doméstico (enseres).

Nota: Un matasellos, un lápiz, un pincel, un rodillo, una espátula, un cepillo de

dientes y un aerógrafo permiten depositar o aplicar un material: tinta, pintura,

pigmento en polvo, barniz, grafito, pasto artificial electrostático, pegamento, etc., en

otro material: papel, muro, piel, modelo a escala, otro útil, etc. Esto no impide usar

un matasellos como martillo, un lápiz para hacer agujeros o como arma, un pincel

para quitar polvo de una lente, el rodillo para amasar pasta, el cepillo de dientes para

limpiar el pelaje de un hamster, el aerógrafo para secar barniz de uñas o una espátula

para untar mantequilla, de modo que el uso determina parte de la definición, a

modo de "interpretación".

(10) Dispositivo: Algo fabricado o inventado para un fin operativo (usualmente

para formar parte funcional y activa de un instrumento, otro dispositivo o un equipo).

Puede referirse a uno o varios elementos, piezas o componentes coordinados que

explotan algún principio físico, bioquímico o mecánico con cierto grado de sofisticación

(“invenciones”). Ejemplos: componentes electrónicas especiales como los dispositivos

semiconductores (transistores, lógica TTL, etc), sensores, actuadores, dispositivos

periféricos como la impresora, CD-ROM, scanner, ratón, módem, central termoeléctrica

(dispositivo para proveer energía eléctrica a una ciudad). En inglés device puede

designar artefactos arbitrariamente sofisticados a cualquier escala, desde nano-máquinas

o hasta dispositivos de astro-ingeniería (en cierta novela de ciencia ficción de los 50’s un

astrónomo descubre que los pulsares son “dispositivos” creados para radiar energía).

“Device” puede referirse a un procedimiento o método, usualmente ingenioso (truco),

pues la traducción del verbo to device es “desarmar”, atornillar o desatornillar. En

cambio to devise , con s, es sinónimo de inventar o elaborar un procedimiento o método.

(11) Gadget. Gadget, "adminículo", accesorio; nombre genérico de un dispositivo

cuya función específica se ignora, no es clara o tiene muchas funciones o aplicaciones.

Actualmente se refiere a los teléfonos celulares y accesorios similares con varias

funciones y que también se denominan PDA (palm digital assistant), smartphone, móvil,

portable, celular, tableta, etc. Hay una gama de dispositivos con una función principal

que entran en la categoría de gadgets (antes los accesorios, solían referirse a elementos

pasivos como cables, conectores, correas, filtros, etc.) y los cuales, al incorporar

microprocesadores y memoria, pueden comunicarse con una computadora (vía

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bluetooth, USB, Wi-Fi, etc), otros gadgets, y funcionar como reloj, brújula, velocímetro,

acelerómetro, termómetro ambiental, calculadora, GPS (Global Positioning System),

traductor (de idiomas), generador de claves de acceso bancario, transponder, apuntador

láser, control remoto, binoculares con estabilizador y cámara, monitor cardiaco,

grabadora digital, radio-TV, reproductor de videos, etc. Las tabletas y computadoras

portables continúan reduciéndose de tamaño, peso y se consideran gadgets (iPad,

Kindle, Surface, etc).

Hoy día, dispositivo y gadget suelen usarse como sinónimos, aunque el primero puede

tener a veces una connotación "más seria" y menos cotidiana que el segundo.

(12) Componentes, piezas, partes o elementos. Aunque damos por obvio

el significado, pueden tener adjetivos como “activo” y “pasivo”. Veremos luego

elementos clave de un sistema que almacenan o disipan energía y que determinan la

respuesta del instrumento a una señal de entrada.

Ejemplos: primitivas de construcción, tornillos, tuercas, elementos de sostén y soporte,

engranes, resortes, poleas y bandas de transmisión, chasis, tapas, interruptores,

indicadores, pantalla, capacitores, resistencias, inductancias (bobinas), circuitos

integrados, cableado, conectores, motores, junturas, acopladores, transistores, fuentes,

sensores y transductores, circuitos integrados, reguladores, filtros, ventiladores,

elementos de disipación o enfriado, amortiguamiento, protecciones varias, mecanismos

y dispositivos varios, unidades de control, cristales, timers, periféricos, etc. Puede haber

muchas clasificaciones y hasta ser por sí mismos un instrumento completo.

El equivalente mecánico de un “gadget” existe desde la antigüedad, pero en vez de circuitos

eléctricos, se tienen conjuntos estandarizados de piezas y componentes modulares que conforman

mecanismos y modelos mecanizados de maquinaria o construcciones reales; son los meccanos y

actualmente los hay de tipo virtual y pueden combinar motores, circuitos eléctricos y

microprocesadores, para conformar dispositivos robotizados, robots o “bots” virtuales o reales.

Bastidor: es la estructura rígida que soporta a componentes de un equipo o arreglo experimental, un

motor y mecanismos, etc., garantizando el enlace entre todos los elementos. A veces se requiere que

además contribuya a absorber vibraciones, calor, etc., de modo que puede tener funciones de

acoplamiento o control de ciertas impedancias mecánicas o de otro tipo. Un bastidor activo podría

vibrar intencionalmente para compensar vibraciones del sistema, como en el caso de ciertos audífonos

con atenuación activa de ruido (aquí son elementos con tal fin, pero hay diseños que aprovechan la

masa del soporte para aumentar la inercia y cancelar ruido de más decibeles o amortiguar oscilaciones).

(13) Sistema: (provisional) conjunto organizado de dispositivos, partes o componentes artificiales o naturales, con una dinámica cuya descripción suele hacerse en términos de entradas, transformaciones, estados (internos) y salidas. “Sistema” hace énfasis en el “todo” y se refiere más a

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una descripción de funcionamiento e interacción (entre partes y con el exterior) organizados. Puede haber sistemas naturales, híbridos y artificiales, incluir o no instrumentos. Ejemplos: sistema social, escolar, sistema respiratorio, digestivo, sistema de tormentas, sistema de control (servosistemas), sistemas dinámicos, sub-sistema de detección, sistema filosófico. Veremos que sistemas e instrumentos tienen mucho en común (por ejemplo entradas y salidas, función de transferencia, respuestas, retroalimentación, etc.). Sin embargo, un sistema es más general.

A veces es difícil reconocer que algo forma parte de un sistema y que interactúa y dependen de

otros elementos del sistema. Un sistema complejo puede exhibir “fenómenos emergentes” intricados;

por ejemplo, en la arquería Zen la decisión de soltar la flecha no la toma explícitamente el arquero:

“surge” de su integración adecuada con el sistema que comprende: el arco en tensión, el viento, su

respiración, vibraciones, percepciones subconscientes, señales subconscientes del propio maestro, otras

personas y animales, etc.: la decisión es emergente, el maestro Zen lo intuye y le recomienda al

aprendiz de “hacerse uno” con el arco, el blanco, el Universo… y para esto son los ejercicios de

inhibición cognitiva, como mantras, meditación, respiración consciente y posiciones corporales.

(14) Complejo: (adjetivo o sustantivo) un sistema o conjunto heterogéneo cuya

descripción mínima completa es (relativamente) larga. La longitud de descripción

mínima es una medida de complejidad (formalmente se llama complejidad de

Kolmogorov). “X es complejo” significa que X tiene una lista larga de componentes,

interrelaciones y propiedades, y su descripción requiere párrafos, páginas o volúmenes y

mapas descriptivos (v.g.: de interconexiones o interrelaciones); por ejemplo el complejo

límbico, complejo PQRST (del perfil de un cardiograma), complejo habitacional o

industrial, etc. Notar que hay otros significados en otros ámbitos, como en psicología.

Nota: como adjetivo, no es lo mismo complejo que complicado (ni la diferencia es la misma que

entre simple y simplificado); existen otros conceptos poco conocidos como la simplejidad.

No hay una relación jerárquica definitiva entre las definiciones anteriores relacionadas

con instrumentos. Una muy aproximada para algunos de los conceptos anteriores puede

ser el diagrama de Venn de la Figura 1: permite modelar la jerarquía e interrelaciones

entre los conceptos (aunque esto cambia mucho entre disciplinas, textos y contextos): un

instrumento puede ser un equipo, una herramienta a veces es instrumento o máquina y

forma parte de un equipo, unas piezas o componentes no son por sí mismas

necesariamente máquinas aunque forman parte de ellas o usan principios mecánicos

(notar la aproximación de la representación por conjuntos, la noción de pertenencia no

significa necesariamente “ser”), etc. Los sistemas serían un conjunto más grande que

contiene a los equipos e instrumentos.

Fin§ Indice

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Figura 1. Modelo aproximado, en diagramas de Venn, de las relaciones jerárquicas

entre los conceptos anteriores. Aunque se lee "una máquina pertenece al conjunto de

equipos", es común decir que algunos dispositivos son instrumentos y viceversa; todo

instrumento está hecho de componentes (estos diagramas no se refieren a "de qué están

hechos"), pero lo que sí indica el diagrama es que "algunas componentes pueden ser por

sí mismos dispositivos o inclusive máquinas". Las fronteras pueden no ser definitivas ni

del todo nítidas (conjuntos borrosos).

Ejercicio: Piense en otras formas de esquematizar las relaciones entre los conceptos

mencionados; un diagrama de conjuntos no es necesariamente el modelo más adecuado.

(15) Modelo: Representación desde simple o simplificada hasta compleja de un objeto, organismo, sistema, fenómeno o de otros modelos. Esta es una definición aproximada pues a veces también se define representación como un tipo de modelo. A veces un modelo es una idealización (modelo prescriptivo), pero sobretodo suele ser una aproximación descriptiva. En términos matemáticos implica un isomorfismo (sean correspondencias exactas o aproximadas) entre un algo "A" (usualmente real y en el mundo físico, pero puede ser abstracto), o propiedades de A, y un conjunto de

elementos B que conforman el modelo en cuestión. Esta definición se

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describe como un conjunto {R, A, B}, siendo R, una relación, no necesariamente uno-a-uno, A, B dos conjuntos o sistemas diferentes (el primero a modelar, el otro es del modelo), y se dice que “B es modelo de A”. También se escribe como R,: AB, indicando la existencia de una correspondencia y más formalmente, un isomorfismo. El modelo puede representar/describir la forma o la apariencia de aquello modelado, o bien algunas de sus propiedades, funciones o respuestas (comportamiento) ante estímulos (puede haber un modelo para la forma, otro distinto para la función, etc.), puede representar las relaciones jerárquicas o funcionales entre diversos elementos, etc. En resumen, un modelo representa, describe o estudia algo (conjunto A) en términos de elementos o conceptos propios del modelo (elementos del conjunto B).

En forma semejante a “Definición”, se pueden considerar modelos operativos,

funcionales, teóricos, nominales (una descripción verbal detallada puede llegar a

constituir un modelo), geométricos, gráficos, etc. En ciencias exactas, pero también en

otras actividades, los modelos suelen ignorar, idealizar o suprimir variaciones intrínsecas

o defectos del objeto real. Pueden existir también modelos físicos (no de Física, sino

concretos, confeccionados en materiales adecuados diferentes a los del original

modelado) o modelos virtuales, generados por un programa de computadora.

Notar que las correspondencias establecidas (idealmente un isomorfismo) pueden

requerir de justificación, de modo que en contextos diferentes (o siguiendo paradigmas

diferentes), pueden calificarse como “adecuadas”, “aproximadas”, “equivocadas”,

“ambiguas”, etc., dando lugar a “mejores” modelos. Un modelo tiene mucho en común

con una teoría, que podrían definirse provisionalmente como conjuntos de principios y

axiomas, modelos, y sus interrelaciones.

(16) Simulación: Recreación ya sea física o virtual4 aproximada de un

proceso, experimento, fenómeno, modelo, etc. Se puede simular un estímulo

(como si fuera una "carnada") a un sistema físico y obtener de él una

respuesta física ("pescar"); o se puede simular al sistema (o sea, tener un

modelo funcional) para obtener una respuesta (“real”) de un estímulo real.

Nótese que la definición es muy semejante a la de modelo, pero con la

connotación de recrear un proceso (tal vez a escala, ya sea dimensional o

energética), o sustituir una parte real por otra artificial en un sistema, para

estudiar su comportamiento.

4 Es decir, en la memoria de una computadora o en medios distintos a aquellos del fenómeno que se simula.

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Los phantoms (maniquíes) son un tipo de modelo (físico, pero los puede

haber virtuales) que permiten simular características de un objeto de estudio

con la ventaja de que conocer de antemano las características y, en algunos

casos, respuestas posibles del phantom. En una simulación, las

correspondencias son entre parejas de estímulo y respuesta (reales o de la

simulación).

Nota: En el medio médico y en otros, hay especialistas y autoridades que evitan

hablar de “simulación”, “simulador” o "simulacro" (connotación peyorativa por el

contexto de corrupción personal o institucional), y por ejemplo se usa replicación y

replicador, respectivamente.

(17) Instrumentación virtual o instrumento virtual: Cuando físicamente no

existe tal instrumento, o es distinto del que aparece en una interfaz (usualmente gráfica)

computacional, o en el despliegue en que se simula un instrumento y sus funciones. Por

ejemplo, LabView, Simulink, PSpice, pueden simular sistemas dinámicos y de control,

adquisición de datos, circuitos lógicos o analógicos, un amplificador instrumental o un

cardiógrafo (o instrumentos más complejos), con fines didácticos, de entretenimiento, de

entrenamiento o de diseño y prueba (antes de la implementación). En un simulador de

(video-) juegos, manejo de vehículos, maquinaria o de vuelo, inclusive existen palancas,

volante, indicadores, luces, e interruptores que no están realmente conectados a lo que

en la realidad les correspondería (tren de aterrizaje, tanque de aceite, medidor de

presión, alerones, propulsores, etc.), sino que se mide cómo es usado por el operador o

aprendiz y se da retroalimentación, sea visual o dinámica (el simulador puede estar

montado en gatos hidráulicos y se inclina para simular movimiento, aceleración, subidas

y bajadas inclusive abruptas, vibra, sufre sacudidas, calor etc.). Las palancas o volante

pueden ofrecer resistencia (interfaz háptica), o se pueden usar guantes hápticos que

proporcionan la sensación de manipular algo. En combinación con realidad aumentada o

mixta el despliegue puede hacerse directamente en lentes de realidad virtual (antes se

usaba un casco, ya hay lentes de contacto, eventualmente la señal se enviará

directamente a la corteza visual e inclusive esta etapa podría saltarse).

(18) Sistemas dinámicos: aquellos que involucran cambios en el tiempo en

sus estados y salidas. Tales cambios dan lugar a una evolución y cambios

cualitativos mayores (transiciones de estado). Hay estados a los que el

sistema tiende a acercarse (atractores, y en ciertas configuraciones,

determinan un alejamiento de repulsores virtuales), o hay estados donde se

minimiza la energía global y estados de los que el sistema se aleja (los

repulsores pueden ser reales o determinados por atractores a los estados

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complementarios). Dichos atractores (o repulsores) pueden tener una

representación muy compleja en un espacio de estados, o espacio fase.

(19) Modelos dinámicos: consideran el comportamiento dinámico de un sistema,

instrumento o ser vivo; suelen ser descripciones matemáticas o procesos de simulación

de sistemas dinámicos o sus características. Como en cualquier modelo, se establecen

correspondencias de características, pero dinámicas, con el sistema a modelar.

Usualmente una simulación se funda en un modelo o representación

subyacentes, incluyendo un comportamiento dinámico, entradas y salidas

(efecto o producto de la simulación).

Las simulaciones mediante métodos de muestreo estadístico (también

llamados métodos de Monte Carlo) utilizan conocimiento a priori (del

modelo subyacente) en la forma de funciones de distribución probabilística

de los diversos parámetros y variables aleatorias con las que se realizan

"tiradas" que constituyen la simulación Monte Carlo.

(20) Mecanismo: Al menos dos sentidos; (A) conjunto de dispositivos y piezas

diseñadas para trabajar en conjunto, clásicamente usando principios mecánicos, como

los mecanismos de relojería, pero con muy variados fines, en particular para acciones

repetidas, realizar cálculos, tocar música, registrar oscilaciones, sonidos, absorber

perturbaciones, redirigirlas, transmitir un esfuerzo, etc. La electrónica analógica y luego

la digital han ido reemplazando gradualmente algunas funciones mecánicas, aunque

estas se especializan en movimientos y sus transformaciones. Máxima expresión en los

autómatas europeos desde s. XVII hasta primera mitad del s. XX y en los 60's, en los

personajes animatrónicos en parques y museos norteamericanos. (B) por extensión,

cómo funciona algo, inclusive en organismos vivos y en la naturaleza, geofísica y

procesos físicos, a todas escalas aún sin piezas mecánicas o móviles, e inclusive en

abstracto, como metáfora (el mecanismo de la reproducción, los mecanismos de

distribución del narcotráfico). Maquinaria podría ser el análogo a un mecanismo, a

mayor escala, pero sobretodo con transformaciones más energéticas (mayor potencia) e

involucrando motores.

Cálculos implícitos y comportamiento emergente. Hay sistemas, tanto naturales

como artificiales que "resuelven problemas" complejos, sin conocimiento explícito de

matemáticas, física, bioquímica, etc., y a veces no existen cálculos explícitos

correspondientes para resolver tales problemas, o resultarían demasiado intrincados.

Tales sistemas pueden usar las redes neuronales (un depredador que logra determinar la

trayectoria y posición instantánea de una presa en movimiento), redes neuromiméticas

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(ídem artificiales, o también computación neuromórfica) u otros mecanismos complejos

que también manifiestan un comportamiento emergente; este el caso del sistema

inmunitario en mamíferos superiores, proteínas producidas por expresión del ADN,

ciertos circuitos eléctricos y hasta mecánicos (aunque en general estos tienen de algún

modo embebidas las leyes de física, o bioquímica necesarias) o la evolución conjunta en

un sistema ecológico que autoregula ciertos procesos. La conciencia, que se puede

definir como un saber recursivo autorreferente, parece ser de naturaleza emergente,

aunque aún no hay modelos satisfactorios, como tampoco los hay de varios procesos y

eventos cognitivos. Instinto y la intuición (y hasta los presentimientos y el conteo

explícito (o subitemizacion, del inglés subitize)) se definen en términos, ya sea, como

respuesta genéticamente programada, o de percepción y análisis subconscientes,

reconocimiento de patrones subconsciente (experiencia y entrenamiento), y presentan

rasgos semejantes de emergencia y hasta los pueden poseer muchos animales e insectos.

Nota: En los instrumentos ópticos, se manipulan y redirigen haces de luz mediante

espejos, lentes, prismas, polarizadores, colimadores y otros dispositivos (usualmente

pasivos), y, antes del registro electrónico y digital, el sensor primario era el ojo humano,

pero ya no como parte del instrumento (recordar la definición de Instrumento en

términos de llevar al dominio y escala de los sentidos...). Tales sistemas son el

equivalente óptico de los mecanismos que usan palancas, engranes, pistones etc.

Ejercicio: busque y describa otros seis dispositivos que manipulan energía, flujos o

información para algún sentido humano o el sensor de otro instrumento, o para un

actuador y compare las partes con los mecanismos (principios mecánicos).

Ejercicio: La brújula es uno de los instrumentos más sencillos y útiles de la historia de

la tecnología; mide directamente, sin sensores explícitos y por efecto de orientación

magnética, dónde está el polo Norte. Una vara que proyecta la sombra del sol es el reloj

más primitivo, pero efectivo, excepto en días nublados e interiores. ¿Cuáles son las

entradas de estos instrumentos? ¿En qué principio(s) transductor(es) se basa su

funcionamiento? ¿Puede pensar en otros ejemplos de instrumentos, máquinas o

dispositivos muy sencillos pero ingeniosos y útiles? Enuncie el principio físico o

fenómeno en que se basan.

Ejercicio: ¿Es el tiempo un mesurando?, o bien, ¿es un mesurando implícito, que se

mide indirectamente a través de un movimiento normalizado y calibrado, o de cambio,

en general? Conversamente, ¿se puede definir en términos de los relojes, sean de arena,

solares, mecánicos, atómicos, cósmicos o biológicos? ¿Puede dar una definición

operacional del tiempo? ¿Son posibles otras definiciones? ¿Qué otros mesurandos

implícitos o que no se pueden medir directamente existen? ¿Arroja todo lo anterior

algún entendimiento adicional sobre lo que es un mesurando, un instrumento (de

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medición), un sensor o transductor? ¿Existen actuadores con una naturaleza implícita,

como los "sensores" del tiempo?

Ejercicio: Reflexione entre las diferencias y relaciones entre un modelo y una

simulación (por ejemplo computacional).

Ejercicio: Examine y discuta definiciones de tecnología (proponga una antes de

revisar diccionarios o la WEB y compare con la suya). Lo mismo con técnica. Compare

ciencia, ingeniería, tecnología y técnica, y piense en un instrumento en términos

científicos, ingenieriles y técnicos o de tecnología. Finalmente, relacione todo lo

aprendido con sus inclinaciones profesionales; ¿pueden ser para usted la ciencia y

tecnología instrumentos para algún fin?

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Conceptos y temas clave relacionados con Instrumentación

& Señales:

Principios mecánicos, mesurando, medición, instrumento.,

Modelos, sistemas, Método Científico y Diagnóstico Médico.

Efecto de apertura finita y efectos de interfaz.

Función de Dispersión Puntual (PSF) y respuesta a impulso.

Criterio de muestreo de Nyquist-Shannon.

Transductor, sensor y actuador. Transformaciones formas

de energía.

Impedancia: oposición a un flujo o a un esfuerzo.

Ruido y degradación.

Histogramas y PDFs (Función de Densidad Probabilística).

Histéresis, interpretación, función de transferencia, retro-

alimentación, control.

Representación (primitivas), codificación, información,

lenguajes, terminología.

Ver definiciones provisionales en el archivo: ConceptosTemasClave.pdf

Fin§ Indice

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Algunas traducciones (notar algunos falsos amigos):

Device = dispositivo (salvo significado de método o truco).

Hardware = hardware, material, partes físicas, “tripas”, también, el equipo y el

sustrato de un software.

Software = software, programas de cómputo, partes de información codificada

(instrucciones) en el hardware que lo controlan o lo hacen seguir una compleja

secuencia de operaciones y ciclos; en su mayoría en interacción con usuarios.

En un uso metafórico los procesos mentales y habilidades cognitivas son

"software" que corre en el sustrato de las redes neuronales del cerebro humano (el

"hardware", aunque pueden existir sustratos o hardware no orgánicos).

Firmware = parte del software que no se puede o no es fácil de alterar

(comportamiento pre-programado). Antes se hablaba de “programas alambrados”,

o sea que en vez de ser código volátil, la lógica de una tarjeta de circuitos

efectuaba series de instrucciones y operaciones complejas, pero poco flexibles.

To devise = inventar, diseñar o hasta “implementar” (no es divisar).

To device = (des)atornillar.

Tool = herramienta, toolbox, kit = caja de herramientas, equipo, conjunto, “kit”

Engine = máquina, pero también se traduce como “ingenio”.

Figure = cifra (2o. significado, aparte del obvio de figura), número, factor, índice,

en particular en la expresión figure of merit (cifra o factor de mérito), la Real

Academia del Español (RAE) no da definición a la fecha el anglicismo "figura de

mérito" (FOM), aunque es empleado en otras definiciones y se ha extendido su

uso en instrumentación biomédica, para denotar factores de desempeño y eficacia

de equipos, dispositivos, sustancias o protocolos.

Gadget = gadget, dispositivo, accesorio (preferibles a “adminículo”).

Imaging = imagenología (tanto el área interdisciplinaria como las tecnologías).

Algunos académicos usan el término imaginología, aceptado por la RAE.

Machine = máquina (ver engine). To machine: Ver machining.

Machining = “maquinar”, dar forma con herramientas, como taladrar, troquelar,

prensar, tornear, estriar, espigar, tunelear, bordear, chaflanear. También se usa

como sustantivo, o sea maquinado, o también el maquinar. No es maquilar.

To instrument = instrumentar; establecer (concreto o abstracto) un proceso en

términos de aquellos conceptos y funciones que definen a un instrumento.

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To engineer = inventar ("ingeniar"), usar la ingeniería para diseñar algo u obtener

un efecto o solución a un problema o tener nuevas aplicaciones.

To bioengineer = Como to engineer, pero en términos de Bioingeniería o

Biotecnología; alterar un organismo o material orgánico (células, o enzimas y

proteínas sintetizadas por un organismo vivo) para obtener medicamentos o

productos diversos, técnicas de fermentación o de tratamiento de otras sustancias

(bioderadación por ejemplo), etc., para obtener un efecto o solución a un problema

o tener nuevas aplicaciones.

Utilities, working tools = utilería(s), útiles (de trabajo) (en Francés: outils),

también son herramientas sencillas, "ligeras" como las usadas por artistas,

arquitectos, modistos, etc.

Range, span = alcance, gama, intervalo, recorrido, margen, ámbito, dominio,

región, registro, diferencia entre extremos o límites (superior e inferior).

Codominio o imagen de una función; en algunos casos significa abanico,

selección, paleta, ancho, amplitud, delimitación, cobertura, banda (en dominio de

frecuencia), ancho o capacidad del canal, campo, variedad o diversidad, según el

contexto. Cordillera o cadena, en Geociencias. Autonomía, registro, categoría,

hábitad, etc. Por la presión cultural y mediática del inglés, range suele traducirse en

español como “rango”, que en realidad significa “orden”, o lugar en una jerarquía (ver Rank), y

esta es la razón por respetar la traducción correcta, pues en matemáticas puede usarse al mismo

tiempo range y rank en Algebra lineal. Range image se debe traducir como imagen de

profundidad, o imagen de alcance o de distancia. El Diccionario de la Real Academia

Española admitió en 2007 el uso de “rango” como alternativa válida para traducir range, debido

a su popularidad y a pesar de su uso abusivo. Para colmo, to range significa ordenar y

sinónimo de to rank. Ver ejemplos en:

http://www.wordreference.com/es/translation.asp?tranword=range

Rank = rango (orden, jerarquía); to rank: disponer en orden ascendente o

descendente de acuerdo a un criterio dado. “Rango” suele usarse incorrectamente

para querer traducir “range” (ver arriba). Deberíamos traducir “the squad of

rangers includes quite a range of high-rank officers” como “el escuadrón de

comandos incluye toda una gama de oficiales de alto rango.”

Aliasing = Recubrimiento en espectros de frecuencia (= spectrum overlapping).

Bias = sesgo, polaridad o corrimiento; distinto a offset (valor inicial o “cero”).

Gauge = galga (componente de ciertos sensores), calibre, patrón o medida de

referencia (o el instrumento o útil usado para calibrar, o como patrón); medir

exactamente (aparato de medición). Strain gauge = galga de esfuerzo o

extensiométrica; es un sensor basado en el efecto piezorresistivo.

Glitch = pulso de espiga, transiente. Es modelado por una Delta de Dirac.

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Command, to command = (1) mando, orden; dar un mando, ordenar, mandar; (2)

(co)mando militar y comandar (dirigir, en un ejército o en un grupo disciplinado).

Pit or through = pozo (pico negativo, o mínimo) o valle en una señal o imagen.

Peak, crest, valley = pico, cresta, valle.

Crest lines = líneas de cresta, máximos locales (en dos o tres dimensiones).

Extrema = (valor(es)=extremo(s), se refiere al máximo o al mínimo (cualquiera

de los os o ambos).

Error = diferencia entre un valor medido o deducido y el valor verdadero (no

simpre se conoce. Origen en calibración, procedimiento, ruido, imprecisión.

Mistake = equivocación, error humano.

Phantom = maniquí (desde un bloque plástico hasta un modelo de órgano o de

humano completo, pero fabricado en materiales con propiedades que simulan

tejido, como el llamado gel balístico, piel, hueso, etc.). En algunos países

latinoamericanos se utiliza informalmente “fantoma” e inclusive "fantasma".

Dummy = maniquí o algo que simula otra cosa, sólo en apariencia (de madera o

apenas con un peso similar, dependiendo de la interacción prevista, como en un

choque de prueba); el contexto implica a veces un señuelo, algo para “engañar” a

un enemigo o a la naturaleza, o ciertos experimentos sin exponer a seres vivos.

Mannequin = maniquí (antropomórfico), usualmente usado para mostrar cómo

luce ropa, atuendos, uniformes, equipo, asientos, decoraciones o situaciones en

que el maniquí sustituye a un ser humano (en forma y apariencia). En francés

mannequin se refiere literalmente a un o una modelo (profesión).

Guinea pig = Conejillo de indias, o cobayo; ser viviente u objeto que es sujeto a

alguna prueba o ensayo experimental. En la práctica los pacientes voluntarios (o

familiares inmediatos) deben dar su consentimiento firmado y las pruebas o

experimentos requieren de la aprobación de un comité de ética, sobretodo si

existen riesgos o efectos colaterales.

Ver también las listas de falsos amigos del Español (Wikipedia).

Ver también la lista de acrónimos en instrumentación (biomédica).

Fin§ Indice

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Instrumentos clásicos de medición básica (escriba una traducción):

AC Voltmeters

Active-element Measurement Instruments

Ammeters

Amplifiers

DC Voltmeters

Electronic Counters

Frequency Analyzers

Frequency-Standard and Timekeeping Instruments

Graphic Recorders

Impedance Measurement Instruments

Instrumentation Printers and plotters

Microwave Signal Generators

Multimeters

Oscillators

Oscilloscopes and CRT displays

Power Meters

Pulse Generators

Regulated DC Power Supplies

Hay desde luego instrumentos y dispositivos más complejos; por ejemplo en un

laboratorio de enseñanza de la Física un espectrómetro muestra el espectro de un haz de

luz, el espectrómetro de masa exhibe la composición química de un compuesto, un

microscopio electrónico permite ver una muestra con amplificaciones de ×4000, un

secuenciador de ADN permite "leer" automáticamente las cuatro bases en cadenas de

ADN, etc. Veremos más ejemplos. Notar que un telescopio, un microscopio o un

endoscopio no miden explícitamente, aunque permiten usar métodos de medición sobre

las imágenes amplificadas que se obtienen del uso de estos instrumentos.

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App(s). Software que provee de funciones sofisticadas a dispositivos y gadgets

dotados de sensores de todo tipo. Actualmente hay y se desarrollan tales programas para

los gadgets (smartphones, tabletas, etc.); se denominan Apps (de applications). Con

ellos, un gadget puede realizar funciones que antes requerían equipos dedicados; un

ejemplo es un celular con cámara y GPS, que puede servir como espejo virtual,

teodolito, astrolabio y sextante en navegación marítima.

Interface o interfaz. Componente, dispositivo, circuito o material que permite aislar y

al mismo tiempo conectar de manera adecuada dos medios, dos dispositivos, dos cables,

etc. También se habla de interacción. Usualmente la interfaz tiene un objetivo de

optimización: acoplamiento de impedancias, maximización de flujos, filtrar (impedir el

paso) ruido, frecuencias no deseadas, o bacterias, en el caso de la barrera que filtra la

sangre que pasa a la red vascular cerebral, etc. A veces se refiere a un tipo de conector

(macho, hembra, USB, RS232, puertos en serie o paralelo, VGA, Mini-DIN, conector

XLR, coaxial, etc.), o terminales. También se usan los términos adaptador, acoplador.

Un electrodo es un cable conductor con dos puntas, normalmente una conecta a un

instrumento y la otra posiblemente a algo no metálico (la piel, tejido cerebral,

electrolitos, semiconductores, el vacío, un gas, etc.), formando un circuito. Esta punta

puede usar materiales especiales que reduzcan la impedancia y permitan el máximo

contacto (por ejemplo mediante un gel conductor); de modo que forman una interfaz.

En instrumentación interfaz es lo que hay entre observador y objeto observado (ver

definición de medición), pero también se refiere al efecto de degradación y de apertura

finita que produce un sensor o transductor: es lo que relaciona y a la vez se interpone

entre mesurando (en el espacio de estados) y medición (en el espacio operacional). Una

lente permite enfocar la luz, pero absorbe una parte, refleja otra, puede tener

aberraciones, etc.

En computación una interfaz es un dispositivo o un programa (o ambas cosas) que

interconectan a otros dispositivos o programas, y que puede servir para su interacción;

incluyendo la interacción con el usuario: teclado, mouse, monitor, periféricos,

(micrófono y bocinas, impresora, joystick). Como software, los navegadores (browsers),

las GUI: Graphical User Interface y HMI: Human Machine Interface. Se despliega en

estos casos diversos menús y “controles” virtuales (íconos de botones, barras deslizantes

dotados de un comportamiento complejo, y que se denominan widgets) que permiten

seleccionar y cambiar parámetros de un programa cualquiera, manipular datos y

archivos, objetos e imágenes en la pantalla, etc.

Mediciones indirectas: Algunos instrumentos no tienen entradas y/o sensores

explícitos, pero aprovechan y reproducen algún fenómeno físico relacionado de forma

conocida con el mesurando de interés: el tiempo, la temperatura y la presión atmosférica

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no son cuantificadas de forma directa: se aprovechan normas y convenciones que

establece una relación entre el tiempo y movimientos regulares; así, un reloj transforma

energía en un movimiento regular u oscilaciones que dan lugar a una medición en una

escala (la carátula, por ejemplo) o un despliegue cuyos valores se etiquetan como

"segundos", "horas", etc. Un tipo de termómetros aprovecha la dilatación de un material

(mercurio) en función de cambios en la temperatura, sea ambiental o en contacto con el

contenedor de tal material; en la escala de la columna de mercurio que se dilata se

indican unidades de grados °C, °F o Kelvins. En un barómetro a una temperatura

controlada la presión atmosférica obliga a una columna a desplazarse, compensando un

espacio en el otro extremo; la altura se calibra para que indique "mm de mercurio", psi's,

etc. Hay muchas otras formas de medir estos y otros mesurandos, dependiendo de

fenómenos físicos o principios transductivos que relacionan un mesurando con otro que

resulta más fácil de medir.

Ejercicio: Hay mesurandos y propiedades que requieren mediciones diferentes,

coordinadas entre sí (el tiempo en que un sistema alcanza ciertas condiciones de

temperatura, presión, concentración química, etc.); tan sólo para detectar algunas

(sub)partículas elementales se requieren de aceleradores, colisionadores kilométricos y

gran cantidad de instrumentación. ¿Qué serie de mediciones e instrumentos recuerda

haber usado (usted u otros) para reproducir los experimentos de (A) Robert Millikan, (B)

Henry Cavendish, (C) Léon Foucault y (D) Michelson–Morley?

Ejercicio: Antes de estudiar la sección que sigue, proponga (sin consultar la

bibliografía o la web) al menos 10 funciones de un instrumento distintas a la

medición.

Fin§ Indice

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Posibles funciones de un instrumento (tecnología 2015), notar aquellas

aparte de la medición explícita de un rasgo o propiedad en un objeto o fenómeno:

Amplificación de una señal, sea en potencia, en variables de esfuerzo o de flujo, (o

minimizando pérdidas), acondicionamiento en general.

Detección, en general; de objetos o personas para activar o desactivar una

alarma, dispositivo o puertas; los sensores infrarrojos permiten funciones de

control remoto (TV, teclado y ratón de computadoras, puertas, llaves, etc.), etc. La

detección puede servir para el conteo de eventos o de objetos, animales y personas

que pasan frente al detector, o a cierta distanca específica.

Amortiguar o reforzar oscilaciones de un sistema (producir resonancias).

Regulación de fuentes de poder AC, DC, o de otras señales.

Calibrar otros dispositivos, instrumentos o herramientas.

Modular señales, (en frecuencia, en amplitud, en fase, etc.) y de-modulación.

Ocultar información en una señal. Revelar información oculta.

Filtrar ruido, de bajas o altas frecuencias, de intervalos de frecuencias, etc. O

separar una señal mezclada con la original.

Restaurar o realzar señales o imágenes.

Transmitir, recibir o retransmitir información; señales como ondas de radio,

microondas, luz, sonido, vibraciones, partículas, calor, etc. Un satélite es un

instrumento de tele-comunicaciones orbitando un planeta, luna o sol.

Almacenar información (registro) en diferentes formatos.

Aplicar a la entrada una función de transferencia no linear, en tiempo real.

Otras transformaciones de una señal o imagen (por ejemplo, corrección de

deformaciones geométricas y radiométricas, strecthing).

Conmutar (to switch) o inclusive Encausar o bien Clasificar señales para

redirigirlas por distintos canales de acuerdo a sus características o las de otras

señales o eventos asociado, o siguiendo algún criterio.

Retro-propagación de error, en ciertos sistemas retroalimentados.

Discretizar, digitalizar o cuantizar datos, señales, imágenes, videos, etc.;

conversiones A/D (analógico/digital) y D/A. Muestreo y re-muestreo.

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Conversiones entre formatos, compresión, codificación, decodificación,

encriptar/decriptar, revolver (“scramble”), multiplexar o de-multiplexar una o

varias señales; entrelazado y otros procedimientos; serialización o paralelización.

Interpolación y extrapolación de información (por ejemplo, mediante un sistema

que usa redes neuronales artificiales, neuromiméticas o neuromórficas); en

general, realizar “procesamiento paralelo distribuido”.

Proyectar una imagen, un video, en superficies planas, curvas o en diferentes

geometrías (v.g. circun-visión, Imax, etc.).

Controlar otro instrumento, dispositivos o periféricos; controlar un vehículo, las

compuertas de una presa, el tráfico vehicular.

Convertir una forma de energía en otra (transformación y transducción). En

particular cuando no existe un efecto transductivo explícito; puede entonces

consistir de varias etapas y hasta requerir de instrumentos completos, a pesar de

consistir globalmente en un "transductor" (sensor o actuador).

Direccionar (acceder, habilitar) distintos dispositivos periféricos.

Ecualizar bandas de diferentes frecuencias, para acentuarlas o atenuarlas (en audio

y electrónica); esto se puede hacer por cada canal individual de estéreo.

Interfaz entre dispositivos (no sólo interconectar).

Distribuir señales o canales de información, lo cual puede requerir selectores

direccionables y acoplamientos de impedancia de acuerdo a la distribución

(capacidad de “fan-in” y/o de “fan-out” en terminología de circuitos digitales).

Acoplar impedancias entre dos dispositivos con impedancias de entrada-salida

discordante (impedancia eléctrica, acústica, mecánica, óptica, térmica, etc.),

interconexión en general, optimizando algún parámetro.

Analizadores de señal, ópticos, atómicos (descomposición en funciones de base o

componentes físicas, etc.), espectrógrafos, espectrómetro de masa,...

Electroestimulación (genera contracciones musculares), sea para rehabilitación o

deporte. Estimulación mediante dispositivos con una masa que oscila; el puro

sostenerlo ocasiona un esfuerzo. Diferentes combinaciones de frecuencias y masas

de diferentes pesos estimulan diferentes grupos musculares.

Generación de señales de referencia, generadores de funciones o síntesis de

señales complejas (v.g. un sonido complejo a partir de una onda simple, música

digita, marcapasos cardiaco, estimulación neural, muscular: produce

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Observación a distancia, o con magnificación; sistemas ópticos: telescopio,

microscopio, microscopio digital, sistemas de panavisión, omnivisión, circunvisión,

visión anamórfica o con distintas deformaciones, etc. Un sistema elecromagnético,

no óptico: radiotelescopio.

Observación indirecta: periscopios, endoscopios y boroscopios (con fibras y guías

ópticas), videoendoscopios, laparascopios (instrumentos médicos de laparoscopía).

Como un Smartphone tiene una cámara, es posible implementar un espejo virtual y

uno “diferido” (para examinarse la espalda, por ejemplo).

“Máquinas” lógicas: realizan elaboradas funciones lógicas en base a

configuraciones iniciales o de entrada.

Cálculo, computación, Procesamiento Distribuido en Paralelo (redes neuronales,

o neuromiméticas), emulación o implementación.

Identificar movimientos complejos, patrones, eventos o secuencias de eventos en

experimentos o entorno; monitoreo, seguimiento..

Identificar los elementos químicos en una muestra o analizando un espectro.

Almacenar datos, señales, imágenes, sonido (grabadora, reproductor de video,

CDs y DVDs. Reproducción (recuperación) de información almacenada.

Conversión a otros medios y formatos.

Capturar un fotón o un electrón libre, partículas cargadas, polvo.

Ionizar un medio. Descargar un medio u objeto electrificado.

Polarizar, despolarizar una señal, un objeto, polarizar luz, filtrar luz polarizada.

Magnetizar, desmagnetizar un objeto o un equipo, etc.

Desfasar dos señales, o sincronizarlas entre sí o respecto una de referencia.

Calentar objetos (alimentos) mediante microondas de forma controlada.

Enfriar/refrigerar objetos (alimentos) de forma controlada (varias técnicas). Un

sistema de gradientes de temperatura comprende un refrigerador que da la

temperatura base y calefactores; la temperatura sigue una curva.

Conservar y transferir cantidad de movimiento angular (gimbal, giróscopo).

Detectar y analizar olores (nariz electrónica).

Alcoholímetro ("breathalyzer").

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Medir velocidad a distancia (por radar Doppler):en béisbol, tráfico, carreras,

vuelo de pájaros y aviones, etc.

Sonar y radar; siguen objetos que reflejan las ondas sónicas o EM.

Impresión gráfica, fotocopiado, facsímil, plotters, impresión fotográfica.

Pantógrafos; replicación y amplificación o miniaturización de movimientos y

acción: dibujo, rayado, maquinado, copiado, manufactura a escala.

Adquisición de imágenes (scanners, cámaras, US, MRI, TAC, radiografías).

Escanear, fotocopiar e imprimir un documento.

Fotografía en estéreo; fotografía secuencial con cámaras en batería (objeto

estático o con movimiento distinto al del arreglo de cámaras).

Escanear formas 3D, personas, incluso en movimiento. Imágenes de profundidad;

varias técnicas.

Reproducir una pieza musical a partir de una cinta magnética, disco LP, CD.

Generar ruido de diferentes espectros. El ruido 1/f es particularmente difícil pero

útil (mucha música tiene un espectro 1/f –ver tema de ruido).

Generar rayos X, haces de partículas, focalizarlos en pantalla de fósforo.

Cambiar la orientación de algo siguiendo la posición del sol (helióstato). Otros

dispositivos fototrópicos, geomagnetotrópicos (como la brújula), electro-, gravi- (o

geo-), sono-, radio-, hidro-, quimio-, termo-, tigmo-, etcétera-trópicos. En vez de

atracción, puede ser repulsión (respuesta negativa al estimulo), comportamiento,

reacción o alarma.

Fusionar por hardware señales de diferentes modalidades.

Despliegue gráfico (no es medición explícita), v. g. cardiógrafo, monitores, TV,

osciloscopio, sismógrafo.

Monitoreo cardiaco durante ejercicio: permite optimizar el esfuerzo, evitando

lesiones ya la larga previene problemas atléticos como la megacardia.

Resucitadores cardiacos; los hay portátiles: permiten aplicar una carga de

desfibrilación cardiaca, para casos de paro cardiaco o arritmias.

Generación de sonidos mediante principios mecánico-acústicos: instrumentos

musicales tradicionales y extensión a más complejos. La amplificación electrónica

de vibraciones de baja intensidad da lugar a instrumentos musicales electrónicos

(guitarra eléctrica, violín, etc.). Ciertos sonidos de baja frecuencia funcionan como

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señal portadora de sonidos de más alta gama de frecuencias, mejorando su

audibilidad (parte del "efecto de los bajos”).

Síntesis acústica, instrumentos musicales electrónicos y electro-acústicos

(híbridos). Cualquier sonido puede en principio sintetizarse numéricamente.

Generación de vibraciones y/o percusiones en aparatos que dan masajes.

Idem, pero a muy alta frecuencia: la litotricia extracorpórea por ondas de choque

se basa en pulsos acústicos ultrasónicas que pulverizan cálculos biliares. Los

ultrasonidos también sirven para limpieza de objetos, mediante vibración de alta

frecuencia inducida por ultrasonidos en un medio líquido.

Guiar ondas, dispositivo, interfaces, actuadores, transductores para ondas.

Localización geográfica a través de un enlace con satélites (GPS: global

positioning system). Precisión de algunos metros.

Enfocar un haz luminoso, de electrones o partículas; colimarlo, dirigirlo a una

muestra, dividirlo o combinarlo con otros haces, et.

Generar un haz de luz coherente, colimada y monocromática, y reflejarlo varias

veces en su trayectoria, realizando interferencia constructiva consigo mismo (otras

partes del haz), amplificando en cada reflexión su intensidad y liberándolo en

pulsos al abrir un diafragma. (=láser). Generación de haces coherentes en

general: láser, máser, en pulsos o rayos continuos.

(Ayudar a) ensamblar o fabricar otros instrumentos. A un dispositivo capaz de

"replicarse" a sí mismo por completo se le denomina máquina de Von Newman.

Audífonos con cancelación o atenuación activa de ruido. Usados con

smartphones, dos personas frente a frente pueden tener una conversación en medio

de ruido de 100 decibeles sin tener que gritarse.

Audífonos de estimulación binaural. Actualmente existen audios que proporcionan

combinaciones de frecuencias ligeramente distintas para cada oído y producen

efectos de placer, euforia o alucinaciones (unos son drogas auditivas, pero no son

adictivas, aunque sí pueden llegar a causar dolor de cabeza y daño al oído

interno). Hay muchas otras aplicaciones posibles -como las hay para las drogas en

medicina- y el efecto podría usarse para modular o sobreponerse a la música o al

propio medio ambiente.

Lentes de estimulación binocular; ídem que los audífonos anteriores, pero a través

de los canales visuales y su interacción diferencial.

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Lentes y binoculares de visión nocturna, con intensificador de imagen. Usados

rutinariamente por los marines en operaciones nocturnas y por los observadores y

biólogos de fauna salvaje.

Sintetizar voz, leer un texto, traducirlo, convertirlo en Braille (a un ciego-sordo) y

viceversa; generación de texturas y patrones táctiles.

Lentes de realidad aumentada o mixta; incluye cámaras para la componente de

realidad real, captores de posición y seguidores ópticos de objetos externos, manos

o referencias y conexión a computadora que proporciona las imágenes virtuales

mezcladas con las reales, o las reales modificadas.

Lentes que producen imágenes estroboscópicas -la transparencia es total o un

poco obscura, produciendo el efecto estroboscópico. El efecto depende de la

frecuencia del estímulo; puede ser una imagen real con la única modificación de

intensidad, quizás en canales independientes o alterando el matiz o saturación. Se

estudian diversas aplicaciones debidas a la respuesta del cerebro: aliviar o

suprimir la cinetosis (valioso para pilotos y astronautas, pero también para ciertas

patologías y problemas de equilibrio), causar vómito o lograr evitarlo, aliviar

migrañas, tratar la psicosis, inducir euforia (drogas visuogénicas), etc.

Producir haces de ondas planas acústicas o de energía en general (hay muy poca

dispersión con la distancia): dispositivos de energía dirigida.

Suministrar a un paciente un medicamento automáticamente (por vía intravenosa),

calculando la dosificación por retroalimentación (parámetros tomados del

paciente) o de acuerdo a un plan.

Generar descargas eléctricas con ciertas características al cerebro de un paciente,

para terapia electroconvulsiva (electro-shocks).

Hacer cálculos mediante circuitos analógicos, más rápido que una computadora

digital (“programas alambrados”).

Impresión 3D de objetos (también denominada estereolitografía); varias

tecnologías y materiales (por ejemplo los termoplásticos); el paradigma que siguen

las impresoras 3D se denomina de manufactura aditiva, para distinguir de las

técnicas clásicas (remoción de material, esculpido, devastación, etc.).

Retroalimentación a médico con retorno de esfuerzo para simular procedimientos

quirúrgicos. Objetivo: entrenar, practicar haciendo sentir al usuario que “toca”,

“mueve” y “deforma” un órgano virtual con instrumental virtual. Idem, pero en

telecirugía (paciente real). Idem, industrial.

Audición a distancia (sistemas auditivos y acústicos); audición selectiva.

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Tacto a distancia o escalada; interfaces hápticas y de retorno de esfuerzos,

guantes para realidad virtual y aumentadas; teledetección, percepción remota.

Cirugía asistida por computadora y a distancia (transmitir el gesto quirúrgico).

Filtrar además sus temblores y errores (o hasta el espasmo de un estornudo, o

cualquier gesto “prohibido” que implique riesgos).

Replicar los gestos de un cirujano no sólo a distancia (telecirugía), sino en el

tiempo (almacenamiento, procesamiento y recuperación de conocimiento

procedural) y en escala. Reproducir tales gestos –mejorados– mediante cirujanos

robóticos. Creación y uso de "bibliotecas" del histórico gesticular de cada

cirujano en un hospital o el sistema hospitalario.

“Grabar” la ejecución de un pianista, no sólo sonido, sino cómo pulsa las teclas y

reproducirla o caracterizarla para ejecutar otras piezas, como si fuera él mismo

(posible con redes neuronales artificiales). Idem, toda la orquesta, para análisis

posterior, bibliotecas de ejecución, etc.

Eventualmente se pueden considerar "librerías" de patrones neuronales genéricos

o particulares sobre cualquier reflejo, gesto o habilidad y poderlos "instalar" o

programar en redes neuronales artificiales o naturales.

Identificación, detección, inspección y seguimiento (tracking) sofisticados,

utilizando reconocimiento de patrones, visión computacional y modelos del

Sistema Visual Humano. La sonda Curiosity, en Marte desde 2012, es un ejemplo.

Exo-esqueletos o asistentes de esfuerzo muscular; el ejército estadounidense, la

NASA, universidades y laboratorios industriales experimentan con diferentes

dispositivos que puede "vestir" una persona, sea un paciente con un miembro débil

o que no responde, un obrero que carga objetos pesados, un soldado que debe

subir corriendo una colina con mucho equipo, o para que un astronauta realice

tareas que requieren replicar sus movimientos (y multiplicarlos como si fueran

varios), amplificarlos, o realizarlos a distancia. Algunos acróbatas e ilusionistas

usan variaciones de estos dispositivos para sus rutinas.

Generadores de campos electromagnéticos, o de otro tipo. La instrumentación de

MNR provoca que el sujeto emita radiofrecuencias, captadas por la antena

especial el sistema de MNR. El mesurando es de tipo emanado.

Estimuladores electromagnéticos. Una bobina de estimulación transcraneal

magnética (TMS) aplica un pulso que polariza o despolariza poblaciones de

neuronas, dando lugar a una inhibición o un estímulo que es actualmente usado

para estudios cognitivos y diversas terapias, a veces en combinación con fMRI y

electroencefalografía. El SQUID, es un arreglo de sensores de campos magnéticos,

que al contrario, permite obtener electro-magnetoencefalogramas. La estimulación

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transcraneal de corriente directa (TDCS) aplica una corriente a una zona y

usualmente el negativo en otra: la estimulación/inhibición puede despertar o

acentuar diversas habilidades cognitivas y parecer ser permanente.

Sistemas de realidad virtual, aumentada y/o mixta: permiten visualizar la

combinación de imágenes reales (paciente, por ejemplo) con modelos

computacionales que siguen los cambios de posición del objeto real.

Acelerar partículas subatómicas y hacerlas colisionar para crear isótopos,

erosionar materia, formar condensador o analizar la composición del blanco.

Drones, sistemas de aviónica, vehículos no tripulados, sondas, etc., autónomos o a

control remoto, que pueden inclusive incorporar Realidad Aumentada; así como

dispositivos de telepresencia (descendiente del control remoto), o

antropomecánicos (replicación y/o amplificación de potencia humana). Estas

“funciones” se encuentran en el límite de una máquina-herramienta muy

sofisticada. Los robots se pueden considerar un tipo de instrumentación derivada

de sistemas automáticos, servo-mecánicos y de control. Las sondas

interplanetarias son instrumentos de exploración espacial (o son vehículos

espaciales automatizados que portan instrumentación para tal fin).

Ejercicio: averigüe o “invente” otras aplicaciones posibles que no sean casos particulares ni

combinaciones de las anteriores. Su contribución se agregará a la lista anterior.

Comentario: Aunque en las funciones mencionadas existen sensores, filtrado, análisis,

recepción/transmisión, despliegue, actuadores, almacenamiento, control, etc., no siempre

se llaman "instrumento" (se da por sentado la existencia de sensores, control y

microprocesadores), sino dispositivo, equipo, periférico, accesorio, juguete o gadget,

pero es claro que depende mucho del contexto, aplicación, escala, requerimientos

(precisión, rapidez, robustez), con qué otros dispositivos se conecta, etc. Del mismo

modo un científico no duda en llamar "instrumento" a un satélite, una sonda espacial, un

arreglo de radiotelescopios o al Large Hadron Collider, a pesar de sus escalas y el hecho

de que involucran muchos instrumentos, equipos, maquinaria, etc.; el caso es que "el

todo" tiene entradas, salidas, etapa de procesamiento, etc. y responde a la definición de

instrumento. En el otro extremo, unas mini-pinzas quirúrgicas especiales para posicionar

un stent son llamadas "instrumento" por el cirujano, aunque "sólo" sean unas pinzas

finas muy caras. En cambio un transformer en "modo" de mega-retroexcavadora

robotizada, es maquinaria pesada.

Comentario: Con las funciones (o funcionalidades) que puede tener un gadget dotado

de sensores, actuadores, enlaces inalámbricos y apps adecuadas, los instrumentos

dedicados (se diría explícitos) han ido desapareciendo o bien, la propia instrumentación

virtual ha adquirido otros significados. Hay sin embargo condiciones en que los gadgets

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no pueden funcionar como lo haría un instrumento explícito, de funcionalidad limitada;

por ejemplo en instrumentación redundante, robusta o diseñada para entornos muy

hostiles (espacio exterior, altas presiones o temperaturas, en campos electromagnéticos

intensos, en atmósferas muy inflamables, etc. o simplemente a escalas y márgenes de

potencia (por ejemplo) muy distintas a las que maneja un gadget multifuncional).

Un sistema de automatización (de una fábrica, monitoreo y control del tráfico, ambiente

en un edificio, etc.) puede tener instrumentos, sensores y actuadores, interconectados.

Hoy día, el control y análisis de información en un sistema complejo puede recurrir a

software de inteligencia artificial (ver adelante las definiciones de domótica e inmótica).

Comentario: En el medio científico, industrial y médico hay cierta tendencia a usar

el término "instrumento" para designar lo que definimos como instrumento de medición

y para otras funciones suele usarse dispositivo, aparato, equipo, herramienta,

computadora, gadget, etc., a pesar de que contengan sensores, despliegue, etc. Lo

curioso es que si cambia la aplicación, o la fineza, el nivel de exigencia, la necesidad de

extenso entrenamiento, o inclusive la interfaz y hasta el propio diseño la

"presentación", es posible que el operador o usuario use entonces el término

instrumento aún cuando no lo sea. Otras curiosidades: los antropólogos hablan más de

instrumentos de caza, y menos de armas o herramientas; los militares dicen que el

portaviones y el submarino son instrumentos de paz (o de guerra, cuando son los del

enemigo); estos suelen portar consigo instrumentos de destrucción masiva que en la

práctica son utilizados como instrumentos de persuasión o disuación. Los instrumentos

de tortura, inclusive medievales, podían ser en extremo sofisticados, sin necesidad de

microcircuitos o tecnología de punta. En muchos casos la palabra máquina o

herramienta son más adecuadas.

Fin§ Indice

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Carácter analógico o digital.

Las componentes, dispositivos, instrumentos, equipos, señales e información en general

(su representación en un medio) pueden ser analógicos o digitales. Definimos a

continuación estos y otros términos asociados.

Analógico. Las variaciones en los atributos de las señales e información (en el flujo ya

sea eléctrico, acústico, hidráulico, mecánico, etc.) en un sistema o instrumento son

continuas. En general son valores en un intervalo [xmin, xmax] (puede ser región

multidimensional). Un circuito que convierte valores analógicos a digitales se denomina

convertidor A/D y un convertidor D/A hace lo contrario.

Digital, digitalización. Terminología ambigua; puede indicar simplemente que la

información es introducida a (digitalizada), manejada por o generada por o para una

computadora o un sistema digital (notar circularidad, requerimos definir “circuitos

digitales”), pero también se usa como sinónimo de:

Discreto, discretización. Las variaciones en los atributos de señales e

información (en el flujo ya sea eléctrico, acústico, hidráulico, mecánico, etc.) en un

sistema o instrumento adquieren valores exclusivamente pertenecientes a un

conjunto finito (no necesariamente valores enteros, aunque esto es común): {x1 , x2 ,

x3 ,…, xL }. Notar que tales valores podrían ser vectoriales (varios canales). La

precisión de una representación discreta (codificación) puede aproximar valores

analógicos, permitiendo las converciones D/A. Los circuitos digitales manejan

valores discretos de voltaje o de la variable de flujo en que se basan.

Cuantizado, cuantización. En principio es sinónimo de discreto (conjunto finito

de valores) sin embargo en señales e imágenes multidimensionales, la discretización

se refiere al dominio (temporal o espacial, v.g., coordenadas) y la cuantización al

co-dominio, es decir a los valores de los atributos (por ejemplo, intensidad).

Análogo. El concepto circuito análogo no tiene nada qué ver con circuitos analógicos

(variaciones contínuas) o digitales (variaciones discretas). Se habla de analogías en el

sentido de semejanza, o equivalencia: pro ejemplo un resorte es el análogo mecánico de

un capacitor, y un amortiguador el de una resistencia, mientras que una fuerza es el

análogo mecáncio de un voltaje o diferencia de potencial eléctrico.

Re-cuantizar (a veces: re-muestrear): Si una señal se encuentra ya discretizada,

digamos en N niveles, es posible requerir que se re-cuantice a M niveles, donde

usualmente MN. Este proceso requiere a veces de interpolar los valores, para

minimizar el error de cuantización reiterada.

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Re-muestrear: Usualmente es sinónimo de re-cuantizar, más en general incluye

transformaciones del dominio (traslaciones, cambios de escala, rotaciones y

deformaciones en general), el tipo de retícula o geometría del dominio, o de primitiva de

representación y otros aspectos. Como con la re-cuantización, un re-muestreo requiere

con frecuencia interpolar los nuevos valores a partir de los originales. Un ejemplo es la

rotación geométrica y reescalamiento de una imagen digital.

Nota: Un histograma aproxima una distribución o función de densidad probabilística

(PDF) o función de distribución probabilística (pdf, sinónimo de PDF) y para esto se

cuantiza o re-cuantiza el valor del atributo de los datos para crean un número

conveniente de clases o bins para el histograma.

Nota: Numérico es sinónimo de digital (uso común en España y en Francia, donde

además existe el término numérisation = digitizing = digitalizar o digitalización).

Adelante veremos conceptos afines a la discretización y cuantización: el muestreo y el

re-muestreo. Lo contrario, generar valores intermedios, requiere de la interpolación y la

extrapolación.

También, en el tópico sobre ruido examinaremos el error de discretización y el error de

cuantización, a los cuáles debe agregarse el error numérico de la representación

computacional de valores y del propio cálculo, aparte de las aproximaciones del

algoritmo y hasta del modelo, si hay alguno. Aunque fuesen errores pequeños, basta con

repetir varias veces una operación numérica (en algoritmos iterativos) para acumular

desviaciones importantes (por ejemplo una transformación geométrica de datos en 2 o 3

dimensiones requiere de una re-cuantización que a su vez implica interpolaciones que

pueden ser multi-lineales, multi-cúbicas, o de orden superior, pero son siempre

aproximadas).

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Otras definiciones -relacionadas con instrumentación & tecnología.

Autómatas (automaton) y robots. Máquinas (o mecanismos) que imitan la figura

(humanoide o androide) y los movimientos de un ser animado. Un equivalente

tecnológico en la actualidad serían los robots autónomos. Si el robot es

antropomorfo se conoce como androide (Real Academia Española o RAE). En

ciencia ficción un droide es un robot no necesariamente antropomórfico. En la

industria del entretenimiento los animales, dinosaurios y figuras animatrónicos

incorporaron desde los años 60's principios mecatrónicos (ver abajo) a los

mecanismos motorizados "debajo del disfraz", para realizar rutinas repetitivas de

movimientos y acciones en parques temáticos, museos y ciertas secuencias

fílmicas que hoy son realizadas a menor costo y mayor realismo (!) por

graficación computacional.

Biomimética: Esta disciplina usa el conocimiento ganado en aplicar la Ingeniería

en Reversa, en los sistemas vivientes evolucionados, para poder resolver

problemas de diseño muy difíciles en sistemas artificiales. Las redes neuronales

artificiales (redes neuromiméticas), los algoritmos genéticos y diversos

mecanismos de selección artificial, son ejemplos representativos.

Biónica o biomimética II. Aplicación de soluciones biológicas a la técnica de

los sistemas de arquitectura, ingeniería y tecnología moderna. A veces el término

se usa para referirse (erróneamente) a la mecatrónica o la robótica.

Cibernética. La cibernética es el estudio interdisciplinario de la estructura de

los sistemas reguladores. La cibernética está estrechamente vinculada a la teoría

de control y a la teoría de sistemas. El término como especialidad ha venido

perdiendo vigencia al crecer cada sub-disciplina al grado que no es posible

abarcar sino una a la vez (aunque aún esto es cada día más difícil).

Cybernetics. Transdisciplinary approach for exploring regulatory systems, their

structures, constraints, and possibilities. Cybernetics is relevant to the study of

systems, such as mechanical, physical, biological, cognitive, and social systems.

Cybernetics is applicable when a system being analyzed is involved in a closed

signaling loop; that is, where action by the system generates some change in its

environment and that change is reflected in that system in some manner

(feedback) that triggers a system change, originally referred to as a "circular

causal" relationship.

Domótica (domotics). Por un lado es una disciplina y por otro lado el propio objeto de

estudio y desarrollo: el conjunto de sistemas y dispositivos automatizados que monitorean y

controlan parámetros en una vivienda ultramoderna: aire acondicionado, humedad, polución,

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basura, iluminación, música, medición y optimización del gasto eléctrico y del agua del gas,

inventarios (alimentos), salud básica y estado anímico de los habitantes, seguridad, servicios

domésticos, de jardinería y mantenimiento (hasta que existan robots o dispositivos robóticos

prácticos, siguen siendo seres humanos los que realizan muchas tareas, pero coordinados por la

domótica del hogar); en muchos sentidos se refiere a un sistema operativo con inteligencia

artificial que hace las veces de "ama de casa", ama de llaves, etc. Ver adelante inmótica.

Estereolitografía (o impresión 3D). Se refiere a varias tecnologías de

manufactura aditiva usada para producir modelos, prototipos, texturas y piezas

componentes. En aplicaciones médicas se producen modelos, prótesis o soportes-

andamiaje sobre los cuáles crece tejido vivo. En unos 15 ó 20 años podrían ser

obsoletos al ser substituidas por una nanotecnología denominada Claytronics.

FDA. Food and Drug Administration. agencia del gobierno de los Estados

Unidos responsable de la regulación de alimentos (tanto para personas como para

animales), medicamentos (humanos y veterinarios), cosméticos, aparatos e

instrumentación médica, dispositivos emisores de radiación EM, productos

biológicos y derivados sanguíneos. Todo diseño y prototipo destinado al uso

médico en EU debe ser aprobado por la FDA y seguir sus normas y

procedimientos. Varios países tienen oficinas de FDA o siguen sus lineamientos y

algunos pocos tienen agencias equivalentes. En México existen aparte las Normas

Oficiales Mexicanas, varias de las cuales están dedicadas al sector salud, industria

farmacéutica, equipos médicos, etc.

FPGA. Field Programmable Gate Array. Dispositivos semiconductores que contienen

bloques de lógica cuya interconexión y funcionalidad puede ser configurada 'in situ' mediante

un lenguaje de descripción especializado. La lógica programable puede reproducir desde las

funciones de una compuerta lógica hasta las de complejos sistemas y procesadores.

Homeostasis. Característica de un organismo vivo por la cual, mediante la

absorción y metabolismo de nutrientes y ciertas acciones (buscar abrigo o realizar

ciertos cambios), puede regular las funciones que existen dentro de él, para

mantener una condición estable y constante. La homeostasis es posible gracias a

los múltiples ajustes de equilibrio y los mecanismos de autorregulación. En su

generalización a sistemas ecológicos, no biológicos y sistemas dinámicos, la

homeostasis incorpora mecanismos de retroalimentación basado en

(auto)monitoreo y decisiones de comportamiento, configuración e interacciones

con otros sistemas (vivos o no) y el medio ambiente.

Imagenología (o imaginología según la RAE). Disciplina (e interdisciplina)

científica y tecnológica que abarca el estudio, desarrollo y aplicaciones de

instrumentos, sensores y dispositivos que permiten adquirir imágenes, mediante

muy diversas técnicas. En forma extendida, también comprende los

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procedimientos, métodos, algoritmos e instrumentación necesarios para refinar

dichas imágenes, analizarlas, manipularlas, almacenarlas transmitirlas o recibirlas

de otro sistema, etc., así como los formatos en los cuáles son intercambiadas o

almacenadas. En imagenología médica las imágenes provienen de la anatomía

externa o interna de organismos vivos (en particular humanos), pero también de

diversos fenómenos y funciones (fisiológicas y metabólicas), tales como la

distribución de temperatura corporal, la absorción de un fármaco o marcador

(radiactivo o de contraste), el flujo sanguíneo, la respuesta a distintos estímulos,

etc. Imagenología traduce imaging. Es distinta al procesamiento de imágenes o la

visión computacional, pero tienen cierto traslape y muchos conceptos en común.

Ver archivos de Imagenologia.pdf, e Introduccion_al_Procesamiento&Anali-

sis_deImagenes.pdf

Inmótica (inmotics). Domótica en edificios (inmuebles), centros comerciales, empresas, hospitales,

conjuntos habitacionales, escuelas, hoteles, complejos industriales, etc. Aparte de lo "doméstico", se

automatiza la vigilancia, inventarios, movimiento de bienes y mercancías, mantenimiento,

configuración, interacciones con otros inmuebles o complejos, etc. En la Torre Mayor, Ciudad de

Mexico, parte de la superestructura es capaz de absorber esfuerzos de sacudidas sísmicas; utiliza redes

de sensores, computadoras dedicadas y actuadores en una red de soportes deslizables con

amortiguamiento, liberando stress. Otros rascacielos usan gatos neumáticos. En otros edificios, como la

torre Taipei 101 en Taiwan, las oscilaciones causadas por los sismos son compensadas con masas

pendulares (tuned mass-damper); otra solución sencilla es aprovechar el propio depósito de agua, en los

últimos pisos. Hay quienes distinguen domótica de inmótica indicando que la primera se refiere a la

automatización y control de equipo y accesorios domésticos, mientras la segunda exclusivamente a los

aspectos distribuidos y funciones de la casa (calefacción, vigilancia, puertas y ventanas, iluminación,

etc.) y arquitectónicos, pero hay una intersección importante y una diferenciación muy difusa.

Domótica urbana o metropolitana (¿Urbimática?). Como la domótica e inmótica, pero a nivel

comunitario o de una ciudad (mucho más complejo, debido a la cantidad de elementos, su dinámica e

interacciones).

Domótica Planetaria (~Gaia). Al extenderse el monitoreo sensorial y las acciones reactivas a

regiones en varias escalas y abarcar sistemas ecológicos en una red global, el conjunto define

literalmente a Gaia; una versión hipotética de la Tierra como "ser viviente", con un grado de

conocimiento de sí misma. En forma natural varios sistemas ecológicos ya poseen cierta homeostasis

básica. En un futuro cercano, con intervención proactiva del ser humano, nuevas tecnologías e

inteligencia artificial en red global, red de domóticas regionales, etc., Gaia podría evolucionar por sí

misma y de manera sustentable, a partir del 2030 o 2040 (aproximadamente coincidiendo con la

Singularidad Tecnológica y asistida por la red mundial de IA) y mantener una homeostasis elemental

que abarque toda las especies y sistemas ecológicos, incluyendo los humanos. El autocontrol climático

tomará sin embargo más de un siglo y la manipulación tectónica, volcánica y del campo EM terrestre, al

menos dos, pero no cientos de miles de años como muchos creen.

Internet de las Cosas. Se refiere a una red de objetos cotidianos

interconectados mediante dispositivos informáticos. No sólo intercambian

información, sino que se forman registros históricos de eventos y tendencias.

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Mecatrónica. Disciplina que combina la ingeniería mecánica, ingeniería

electrónica, ingeniería de control e ingeniería informática. Su estudio permite

concebir y desarrollar dispositivos que involucren sistemas de control para diseñar

productos o procesos "inteligentes", para crear maquinaria más compleja que

facilite las actividades del ser humano a través de procesos electrónicos en la

industria mecánica principalmente.

MEMS. Micro-Electro-Mechanical Systems. Tecnología electromecánica, micro-métrica y

sus productos, a escalas relativamente más pequeñas (escala nano-métrica) se fusionan en

sistemas nano-electromecánicos (NEMS) y nano-tecnología. MEMS también se denominan

'Micro Máquinas' (en Japón) o 'Tecnología de Micro Sistemas' - MST (en Europa). Los MEMS

son independientes y distintos de la hipotética visión de la nanotecnología molecular o

Electrónica Molecular.

(La) Nube y cloud computing. La Nube es parte del ciberespacio y se refiere al contenido en

memoria de servidores que organizan y almacenan todo tipo de información para acceso directo

por dueños o usuarios; en general de forma compartida (documentos, música, películas)

evitando la existencia de cientos de millones de copias. Cloud computing conforma servicios de

cómputo en línea para ejecutar programas en lo servidores de la Internet, en vez de correrlos en

la computadora personal del usuario (denominado cliente) o de laboratorios con recursos

limitados ya sea para el equipo o el software. O sea que el uso de cloud computing para ejecutar

programas le ahorra al usuario tener computadoras y software caros, que además ocuparían

espacio físico y de memoria.

PACS. Picture Archiving and Communication System; sistema computarizado

para el archivado digital de imágenes médicas (medicina nuclear, tomografía

computada, ecografía, mamografía,...) y para la transmisión de éstas a estaciones

de visualización dedicadas o entre éstas a través de una red informática.

PDP. Procesamiento Paralelo Distribuido; uno de los paradigmas de estudio y

funcionamiento de las redes neuronales naturales y artificiales (neuromiméticas o

también llamadas neuromórficas).

Protocolo (de medición, de adquisición, en un proyecto). Uno o un conjunto de

procedimientos destinados a estandarizar un comportamiento humano u sistémico

artificial frente a una situación específica. Un protocolo de investigación describe

los objetivos, diseño, metodología y consideraciones tomadas en cuenta para la

implementación y organización de una investigación o experimento científico.

Incluye el diseño de procedimientos a utilizar para la observación, análisis e

interpretación de los resultados. Además de las condiciones básicas para llevar a

cabo la investigación descrita, un protocolo proporciona los antecedentes y

motivos por los cuales tal investigación está siendo llevada a cabo y define los

parámetros bajo los cuales se medirán sus resultados. Ver Método Cientifico.

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(Experimental) Protocol. A predefined written procedural method in the design

and implementation of experiments. Protocols are written whenever it is desirable

to standardize a laboratory method to ensure successful replication of results by

others in the same laboratory or by other laboratories. Detailed protocols also

facilitate the assessment of results through peer review.

Realidad Virtual, Aumentada y Mixta + Virtualidad Aumentada.

RFID. RadioFrecuency IDentification. Dispositivo inalámbrico utilizado para el

rastreo de un objeto o de la persona que lo porta, o para intercambiar información

(identificar al objeto o algunas de sus características). Los transponders son

dispositivos que emiten una señal de identificación en respuesta a una señal

"interrogatoria" que recibe. En otros dispositivos o en algunos satélites la señal

recibida es solo retransmitida. Ver arriba Internet de las Cosas.

Robótica (ver también autómatas). Rama de la tecnología que se dedica al

diseño, construcción, operación, disposición estructural, manufactura y aplicación

de los robots. La robótica combina diversas disciplinas como son: la mecánica, la

electrónica, la informática, la inteligencia artificial, la ingeniería de control y la

física. Otras áreas importantes en robótica son el álgebra, los autómatas

programables, la animatrónica y las máquinas de estados. En medicina, los brazos

robóticos pueden reemplazar varias funciones de un miembro faltante; en la

industria, ciertos robots o "trajes robo-asistidos" pueden amplificar la fuerza o la

amplitud de movimientos de un operador humano, in situ o a distancia

(telepresencia). Los sistemas, dispositivos y equipos automatizados y robotizados

(cuando incluyen manipuladores articulados como manos, brazos, patas) son

capaces de ensamblar autos, realizar limpieza, etc. Sobretodo pueden realizar

tareas peligrosas o que demandan esfuerzos sobrehumanos, gran velocidad y

mucho mayor precisión y exactitud. De forma no automática, sino controlada

directamente por el sujeto, han dado lugar a manos, brazos y piernas

antropomórficos usados como prótesis artificiales auxiliadas por mecanismos

mecatrónicos, cada vez más capaces de permitir recuperar movilidad a la persona

discapacitada que los usa y comanda; también realizan amplificación de esfuerzo

en la forma de exoesqueletos cada vez más ligeros e incorporados por ejemplo a

un uniforme militar o un traje espacial, de asbesto, submarino, etc. El robonauta

(visitar http://robonaut.jsc.nasa.gov/default.asp) es un robot humanoide ya casi

listo para servir en la Estación Espacial Internacional. Un robot humanoide

reciente es el Geminoid DK: http://www.youtube.com/watch?v=eZlLNVmaPbM .

Finalmente, en entrenamiento médico y pruebas de equipo, se usan simuladores

con características humanoides, cavidades y “órganos” con instrumentación y

actuadores que imitan las respuestas de un paciente, sus signos vitales, etc.;

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responden al tratamiento y son capaces de “curarse” o “morir” si dicho

tratamiento del estudiante es inadecuado.

Singularidad Tecnológica. Evento hipotético de transición tecnológica muy relevante

pronosticado a ocurrir entre 2030 y 2040 cuando los sistemas de inteligencia artificial rebasen la

mayoría de las capacidades humanas (y eventualmente del conjunto de todos los cerebros

humanos) y mantengan evolución propia e independiente. Los sustratos físicos de estos

sistemas pueden ser muy variados: electrónica digital clásica, bio-electrónica, nanotecnología,

genómica, redes neuromiméticas, computación cuántica, interconectividad de cerebros naturales

y artificiales, etc. Se piensa que el evento es casi tan importante como un encuentro con una

civilización extraterrestre y a partir del mismo es posible que la ciencia y tecnología tengan un

desarrollo todavía más (mucho más) acelerado que hoy día. Existe al menos un congreso

mundial anual e institutos dedicados a analizar con extrema seriedad este evento y sus

consecuencias. Entre las razones para extrapolar tal evento de "singularidad tecnológica" es la

aceleración sostenida del avance científico y tecnológico; parte de las causas es que el 92% de

todos los científicos de la historia de la humanidad están vivos y productivos hoy día; lo mismo

para el 85% de todos los ingenieros que hayan jamás existido; colaboran cada vez más y mejor,

a la vez compiten más, sus recursos aumentan y sus herramientas e instrumentos mejoran de

forma exponencial. Sus expectativas de vida (de calidad y productiva) son las más elevadas en

la historia humana y ya hay más colaboraciones inter-generacionales que nunca antes.

Telemática. Disciplina científica y tecnológica, consistente del uso integrado de

las tecnologías de las Telecomunicaciones y de la Informática. También se conoce

como ICT (Information and Communications Technology).

Telemedicina. Diagnóstico, consulta y servicios médicos a distancia (usando

teleconferencia, internet, intercambio de imágenes, datos e información de

dispositivos personales o paramédicos (toma de signos vitales, examen visual por

cámaras comunicando con el médico u hospital, etc. La primera telecirugía

(operación por telepresencia o "a control remoto") la realizaron el Dr. Jacques

Marescaux y su equipo, localizados en Nueva York, EU; el 7 de septiembre de

2001 extirparon, la vesícula biliar a una mujer hospitalizada en Strasbourg,

Francia. Emulando el evento del primer vuelo transatlántico, el evento se conoce

como "La Operación Lindbergh".

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Diseño de instrumentos médicos.

Figura 2 (del Webster). Proceso de diseño para instrumentos médicos. La selección y el

diseño son afectados por factores característicos de las señales y mesurando, pero

también por factores ambientales, médicos, de seguridad y económicos. (Modificado de

Transducers for Biomedical Measurements: Application and Design, by R. S. C.

Cobbold. Copyright 1974, John Wiley and Sons, Inc.).

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