Contexto:

Cuando Joel Segre se graduó en la Escuela de Ingeniería de Stanford, su objetivo era diseñar dispositivos médicos que fueran asequibles para más de cuatro mil millones de personas en el mundo que ganan menos de 2$ al día. La ceguera, en particular, le atrajo como un buen tema para comenzar, ya que era tanto una causa como un efecto de la pobreza. Los demasiado pobres para pagar el cuidado de la vista quedan ciegos. Los cegados por la falta de cuidado de la vista se vuelven pobres.


Joel y el Dr. Weinstein en el trabajo

Trabajando en una organización sin fines de lucro dedicada a hacer que la tecnología médica y los servicios de atención médica sean accesibles y asequibles, Segre encontró la oportunidad de dar seguimiento a su objetivo. Específicamente, trabajó en el área de las cataratas, que representa alrededor del 75% de las cegueras prevenibles en todo el mundo.

Las cataratas se tratan fácilmente con lentes intraoculares, que reemplazan los tejidos enfermos del ojo en un procedimiento simple. Sin embargo, en gran parte del mundo en desarrollo, las lentes intraoculares producidas en los países desarrollados tienen un coste prohibitivo de alrededor de 100$ por pieza. Segre esperaba diseñar una lente equivalente por una fracción del coste.

Problema:

Utilizando equipos de mecanizado de precisión, Segre ideó varios primeros prototipos de lentes. Sin embargo, muchos de ellos producían imágenes con una leve neblina, pero inaceptable para su uso en humanos. Segre no podía identificar el problema y tuvo problemas para comprender dónde se producía el error. Segre pidió ayuda a su padrastro, el Dr. Marvin Weinstein, un conocido físico teórico del Centro Acelerador Lineal de Stanford.


Fallo del foco solo visible en el cruce sobre el punto

Ampliación de la vista de la aberración
Solución:

El Dr. Weinstein consideró el problema y sugirió que para comprender la causa de la neblina tendrían que tener un conocimiento más profundo de cómo las variaciones submicrónicas en las superficies ópticas de cada lente afectarían a la calidad de la imagen. Para responder a la pregunta, el Dr. Weinstein decidió construir un modelo de computadora de cada lente y rastrear la imagen esperada. De esta manera, podrían modificar la forma de la lente rápidamente y ver qué variaciones estaban causando el problema. Si bien existen costosos programas de trazado de rayos para diseñar lentes en el mercado, el Dr. Weinstein, un usuario de Maple desde hace mucho tiempo, decidió implementar un programa simple de trazado de rayos en Maple. (Este programa está disponible en el sitio web de Maplesoft: Paquete de trazado de rayos) Cuando la forma de lente conocida se incluyó en este programa, el Dr. Weinstein pudo identificar la causa del problema y ayudar a Segre a corregirlo. El cálculo del Dr. Weinstein demostró ser un punto de inflexión crítico en el proceso de diseño de lentes.

"Sabía que Maple era ideal en este contexto", dijo el Dr. Weinstein. "Los gráficos de Maple fueron muy adecuados para la tarea y su combinación de capacidad de cálculo simbólico y numérico, junto con la capacidad de usar la interfaz de documento para manipular las imágenes resultantes, creó un programa potente y fácil de utilizar. Cuando Joel me pidió una solución, Maple fue el primer programa que se me ocurrió. Y estuvo a la altura de su reputación".

Reflexionando sobre el éxito del proyecto, Segre dijo: "El paquete de trazado de rayos en Maple le permitió a Marvin encontrar una solución a un problema que literalmente me mantenía despierto por la noche. Basándome en los cálculos de Marvin, volví al laboratorio y solucioné el problema. Nuestras lentes ahora producen imágenes nítidas, lo que significará una mayor agudeza visual para las personas que más lo necesitan".

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