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El fotófono es un dispositivo de telecomunicaciones que permite la transmisión de voz a través de un haz de luz . Fue inventado conjuntamente por Alexander Graham Bell y su asistente Charles Sumner Tainter el 19 de febrero de 1880, en el laboratorio de Bell en el 1325 de L Street en Washington, DC [1] [2] Ambos se convertirían más tarde en socios de pleno derecho en la Asociación de Laboratorios Volta , creada y financiada por Bell.
El 3 de junio de 1880, el asistente de Bell transmitió un mensaje telefónico de voz inalámbrico desde el techo de la Escuela Franklin a la ventana del laboratorio de Bell, a unos 213 metros (unos 700 pies) de distancia. [3] [4] [5] [6]
Bell creía que el fotófono era su invento más importante . De las 18 patentes concedidas sólo a nombre de Bell, y las 12 que compartió con sus colaboradores, cuatro eran para el fotófono, al que Bell se refería como su "mayor logro", diciéndole a un periodista poco antes de su muerte que el fotófono era "el mayor invento [que he] hecho jamás, mayor que el teléfono". [7] [8]
El fotófono fue un precursor de los sistemas de comunicación por fibra óptica que alcanzaron un uso popular en todo el mundo a partir de la década de 1980. [9] [10] [11] La patente maestra para el fotófono ( patente estadounidense 235,199 Aparato para señalización y comunicación, llamado Photophone ) se emitió en diciembre de 1880, [5] muchas décadas antes de que sus principios tuvieran aplicaciones prácticas.
El fotófono era similar a un teléfono contemporáneo, excepto que utilizaba luz modulada como medio de transmisión inalámbrica, mientras que el teléfono dependía de electricidad modulada transportada a través de un circuito de cables conductores .
La propia descripción de Bell del modulador de luz: [12]
Hemos descubierto que el aparato más sencillo para producir este efecto consiste en un espejo plano de material flexible contra cuya parte posterior se proyecta la voz del hablante. Bajo la acción de la voz, el espejo se vuelve alternativamente convexo y cóncavo y, de este modo, dispersa y condensa alternativamente la luz.
Por lo tanto, el brillo de un haz de luz reflejado, observado desde la ubicación del receptor, variaba de acuerdo con las variaciones de audiofrecuencia en la presión del aire (las ondas sonoras) que actuaban sobre el espejo.
En su forma inicial, el receptor del fotófono tampoco era electrónico y utilizaba el efecto fotoacústico . Bell descubrió que muchas sustancias podían utilizarse como transductores directos de luz a sonido. El negro de humo resultó ser excepcional. Utilizando un haz de luz solar totalmente modulado como señal de prueba, un diseño de receptor experimental, que empleaba únicamente un depósito de negro de humo, produjo un tono que Bell describió como "dolorosamente alto" para un oído presionado cerca del dispositivo. [13]
En su forma electrónica definitiva, el receptor del fotófono utilizaba un sencillo fotodetector de célula de selenio en el foco de un espejo parabólico. [5] La resistencia eléctrica de la célula (entre unos 100 y 300 ohmios ) variaba inversamente con la luz que incidía sobre ella, es decir, su resistencia era mayor cuando había poca luz y menor cuando había mucha. La célula de selenio sustituía a un micrófono de carbono (también un dispositivo de resistencia variable) en el circuito de lo que, por lo demás, era esencialmente un teléfono corriente, compuesto por una batería, un auricular electromagnético y la resistencia variable, todos conectados en serie. El selenio modulaba la corriente que circulaba por el circuito, y el auricular convertía la corriente en variaciones de la presión del aire (sonido).
En su discurso ante la Asociación Americana para el Avance de la Ciencia en agosto de 1880, Bell atribuyó la primera demostración de transmisión del habla mediante luz al Sr. AC Brown de Londres en el otoño de 1878. [5] [14]
Debido a que el dispositivo utilizaba energía radiante , el científico francés Ernest Mercadier sugirió que la invención no debería llamarse "fotófono", sino "radiófono", ya que sus espejos reflejaban la energía radiante del Sol en múltiples bandas, incluida la banda infrarroja invisible . [15] Bell usó el nombre por un tiempo, pero no debe confundirse con la invención posterior " radiófono ", que usaba ondas de radio . [16]
Mientras estaba de luna de miel en Europa con su esposa Mabel Hubbard , Bell probablemente leyó sobre la propiedad recién descubierta del selenio de tener una resistencia variable cuando actúa sobre él la luz, en un artículo de Robert Sabine publicado en Nature el 25 de abril de 1878. En sus experimentos, Sabine utilizó un medidor para ver los efectos de la luz que actúa sobre el selenio conectado en un circuito a una batería. Sin embargo, Bell razonó que al agregar un receptor de teléfono al mismo circuito podría escuchar lo que Sabine solo podía ver. [17]
Como el ex socio de Bell, Thomas Watson , estaba completamente ocupado como superintendente de fabricación de la naciente Bell Telephone Company en Boston, Massachusetts, Bell contrató a Charles Sumner Tainter , un fabricante de instrumentos que anteriormente había sido asignado a la Comisión del Tránsito de Venus de 1874 de EE. UU. , para su nuevo laboratorio de la calle 'L' en Washington , a razón de $15 por semana. [18]
El 19 de febrero de 1880, la pareja había logrado fabricar un fotófono funcional en su nuevo laboratorio al colocar un conjunto de rejillas metálicas en un diafragma, con un haz de luz interrumpido por el movimiento de las rejillas en respuesta a los sonidos hablados. Cuando el haz de luz modulado cayó sobre su receptor de selenio, Bell, con sus auriculares, pudo escuchar claramente a Tainter cantando Auld Lang Syne . [19]
En un experimento realizado el 1 de abril de 1880 en Washington, DC , Bell y Tainter se comunicaron a unos 79 metros (259 pies) a lo largo de un callejón hasta la ventana trasera del laboratorio. Luego, unos meses después, el 21 de junio, lograron comunicarse claramente a una distancia de unos 213 metros (alrededor de 700 pies), utilizando la luz solar como fuente de luz, ya que Edison acababa de introducir la iluminación eléctrica práctica en los EE. UU . El transmisor en sus últimos experimentos tenía la luz solar reflejada en la superficie de un espejo muy delgado colocado en el extremo de un tubo parlante; a medida que se pronunciaban las palabras, hacían que el espejo oscilara entre convexo y cóncavo, alterando la cantidad de luz reflejada desde su superficie hacia el receptor. Tainter, que estaba en el techo de la Escuela Franklin , habló con Bell, que estaba en su laboratorio escuchando y que le respondió a Tainter agitando vigorosamente su sombrero desde la ventana, como se le había solicitado. [6]
El receptor era un espejo parabólico con células de selenio en su punto focal. [5] Conducida desde el techo de la Escuela Franklin hasta el laboratorio de Bell en 1325 'L' Street, esta fue la primera comunicación telefónica inalámbrica formal del mundo (fuera de su laboratorio), convirtiendo así al fotófono en el sistema telefónico inalámbrico de voz más antiguo conocido del mundo, [ cita requerida ] al menos 19 años antes de las primeras transmisiones de ondas de radio habladas. Antes de que Bell y Tainter hubieran concluido su investigación para pasar al desarrollo del grafófono , habían ideado unos 50 métodos diferentes de modulación y demodulación de haces de luz para telefonía óptica. [20]
El teléfono en sí era todavía una novedad y la radio estaba a décadas de comercializarse. La resistencia social a la forma futurista de comunicación que era el fotófono se podía ver en un comentario del New York Times de agosto de 1880: [21] [22]
El hombre corriente... encontrará una pequeña dificultad en comprender cómo se deben utilizar los rayos de sol. ¿Tiene el profesor Bell la intención de conectar Boston y Cambridge... con una línea de rayos de sol colgados en postes de telégrafo y, si es así, qué diámetro tendrán los rayos de sol... [y] será necesario aislarlos contra el clima... hasta que (el público) vea a un hombre que va por las calles con una bobina de rayos de sol del número 12 sobre su hombro y los cuelga de un poste a otro, habrá una sensación general de que hay algo en el fotófono del profesor Bell que pone una tremenda tensión en la credulidad humana.
Sin embargo, en el momento de su gran éxito en febrero de 1880, Bell estaba inmensamente orgulloso del logro, hasta el punto de que quería llamar a su nueva segunda hija "Photophone", lo que fue sutilmente desalentado por su esposa Mabel Bell (en su lugar eligieron "Marian", con "Daisy" como su apodo ). [23] Escribió con cierto entusiasmo: [4] [24]
¡He oído hablar articuladamente a la luz del sol! ¡He oído reír, toser y cantar a un rayo de sol!... He podido oír una sombra e incluso he percibido por el oído el paso de una nube por el disco solar. Tú eres el abuelo del fotófono y quiero compartir contigo mi alegría por mi éxito.
— Alexander Graham Bell , en una carta a su padre Alexander Melville Bell , fechada el 26 de febrero de 1880
Bell transfirió los derechos de propiedad intelectual del fotófono a la American Bell Telephone Company en mayo de 1880. [25] Aunque Bell esperaba que su nuevo fotófono pudiera ser utilizado por barcos en el mar y también desplazar la plétora de líneas telefónicas que florecían a lo largo de los concurridos bulevares de la ciudad, [26] su diseño no protegió sus transmisiones de interferencias exteriores como nubes, niebla, lluvia, nieve y similares, que podrían interrumpir fácilmente la transmisión de luz. [27] Factores como el clima y la falta de luz inhibieron el uso de la invención de Bell. [28] No mucho después de su invención, los laboratorios dentro del Sistema Bell continuaron mejorando el fotófono con la esperanza de que pudiera complementar o reemplazar las costosas líneas telefónicas convencionales . Su primer uso no experimental llegó con los sistemas de comunicación militar durante la Primera y Segunda Guerra Mundial, siendo su principal ventaja que sus transmisiones basadas en luz no podían ser interceptadas por el enemigo.
Bell reflexionó sobre el posible uso científico del fotófono en el análisis espectral de fuentes de luz artificial, estrellas y manchas solares . Más tarde también especuló sobre sus posibles aplicaciones futuras, aunque no anticipó ni el láser ni las telecomunicaciones por fibra óptica : [24]
¿Puede la imaginación imaginar lo que será el futuro de esta invención?... Podemos hablar mediante la luz a cualquier distancia visible sin ningún cable conductor... En la ciencia en general, el fotófono hará descubrimientos que ni siquiera se han soñado por ahora.
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Aunque los investigadores de Bell Telephone realizaron varias mejoras incrementales modestas en el diseño de Bell y Tainter, las transmisiones de radio de Marconi comenzaron a superar con creces el alcance máximo del fotófono ya en 1897 [8] y el desarrollo posterior del fotófono se detuvo en gran medida hasta que comenzaron los experimentos germano-austriacos a principios del siglo XX.
El físico alemán Ernst Ruhmer creía que la mayor sensibilidad de sus células de selenio mejoradas, combinada con las capacidades de recepción superiores del "arco parlante" del profesor HT Simon, harían que el fotófono fuera práctico para distancias de transmisión más largas. Ruhmer llevó a cabo una serie de transmisiones experimentales a lo largo del río Havel y en el lago Wannsee entre 1901 y 1902. Informó que logró distancias de transmisión en buenas condiciones de 15 kilómetros (9 millas), [30] con igual éxito durante el día y la noche. Continuó sus experimentos alrededor de Berlín hasta 1904, en conjunto con la Marina alemana, que proporcionó reflectores de alta potencia para su uso en las transmisiones. [31]
La empresa alemana Siemens & Halske aumentó el alcance del fotófono utilizando lámparas de arco de carbono moduladas por corriente que proporcionaban un alcance útil de aproximadamente 8 kilómetros (5,0 mi). Produjeron unidades comerciales para la Armada alemana , que luego fueron adaptadas para aumentar su alcance a 11 kilómetros (6,8 mi) utilizando reflectores para barcos modulados por voz . [5]
Las investigaciones del Almirantazgo británico durante la Primera Guerra Mundial dieron como resultado el desarrollo de un modulador de espejo vibratorio en 1916. Las células receptoras de molibdenita , más sensibles y con mayor sensibilidad a la radiación infrarroja, reemplazaron a las antiguas células de selenio en 1917. [5] Los gobiernos de Estados Unidos y Alemania también trabajaron en mejoras técnicas del sistema de Bell. [32]
En 1935, la empresa alemana Carl Zeiss había empezado a producir fotófonos infrarrojos para los batallones de tanques del ejército alemán , que empleaban lámparas de tungsteno con filtros infrarrojos modulados por espejos o prismas vibratorios. También utilizaban receptores que empleaban células detectoras de sulfuro de plomo y amplificadores, lo que aumentaba su alcance hasta los 14 kilómetros (8,7 millas) en condiciones óptimas. Los ejércitos japonés e italiano también intentaron un desarrollo similar de las telecomunicaciones por ondas de luz antes de 1945. [5]
Varios laboratorios militares, incluidos los de Estados Unidos, continuaron con sus esfuerzos de investigación y desarrollo sobre el fotófono hasta la década de 1950, experimentando con lámparas de arco de mercurio y de vapor de alta presión de entre 500 y 2000 vatios de potencia. [5]
DESDE EL PISO SUPERIOR DE ESTE EDIFICIO
SE ENVIÓ EL 3 DE JUNIO DE 1880
A TRAVÉS DE UN HAZ DE LUZ A LA CALLE 'L' 1325
EL PRIMER MENSAJE TELEFÓNICO INALÁMBRICO
DE LA HISTORIA DEL MUNDO.
EL APARATO UTILIZADO PARA ENVIAR EL MENSAJE
FUE EL FOTÓFONO INVENTADO POR
ALEXANDER GRAHAM BELL,
INVENTOR DEL TELÉFONO.
ESTA PLACA FUE COLOCADA AQUÍ POR
ALEXANDER GRAHAM BELL, CAPÍTULO DE
PIONEROS DEL TELÉFONO DE AMÉRICA
, 3 DE MARZO DE 1947,
CENTENARIO DEL NACIMIENTO DEL DR. BELL
Marcador en la Escuela Franklin que conmemora el primer juicio formal
El 3 de marzo de 1947, centenario del nacimiento de Alexander Graham Bell , los pioneros del teléfono de Estados Unidos dedicaron un marcador histórico en el costado de uno de los edificios, la Escuela Franklin , que Bell y Sumner Tainter usaron para su primer ensayo formal que involucraba una distancia considerable. Tainter originalmente se paró en el techo del edificio de la escuela y transmitió a Bell a través de la ventana de su laboratorio. El marcador no reconocía las contribuciones científicas y de ingeniería de Tainter. [ investigación original ? ]
El 19 de febrero de 1980, exactamente 100 años después de la primera transmisión con fotófono de Bell y Tainter en su laboratorio, el personal del Instituto Smithsoniano , la National Geographic Society y los Laboratorios Bell de AT&T se reunieron en la ubicación del antiguo Laboratorio Volta de Bell en 1325 'L' Street en Washington, DC para conmemorar el evento. [11] [33]
La conmemoración del centenario del fotófono fue propuesta por primera vez por el investigador en electrónica y escritor Forrest M. Mims , quien se la sugirió al Dr. Melville Bell Grosvenor , nieto del inventor, durante una visita a su oficina en la National Geographic Society. La agrupación histórica conmemoró más tarde el centenario de la primera transmisión exitosa de laboratorio del fotófono utilizando el fotófono de demostración hecho a mano por Mims, que funcionaba de manera similar al modelo de Bell y Tainter. [20] [Nota 1]
Mims también construyó y proporcionó un par de transceptores LED portátiles modernos alimentados por batería conectados por 100 yardas (91 m) de fibra óptica . Richard Gundlach de Bell Labs y Elliot Sivowitch del Smithsonian usaron el dispositivo en la conmemoración para demostrar uno de los descendientes modernos del fotófono. La National Geographic Society también montó una exhibición educativa especial en su Explorer's Hall, destacando la invención del fotófono con elementos originales prestados del Instituto Smithsonian. [34]
Notas al pie
Citas
Bibliografía
