Comparación entre las válvulas y antiguos transistores individuales de germanio.
Esquema del triodo (válvula) donde se detallan sus distintos componentes.
Las tecnologías de la información y de la comunicación (TIC) han modificado drásticamente la capacidad de los científicos de estar informados y compartir resultados en tiempo real, así como de acceder a representaciones y simulaciones que facilitan la comprensión de diversos conceptos, particularmente gracias al empleo de diferentes soportes multimedia. Todo esto fue posible por el traspaso de la información analógica (con distintos soportes como el papel o las cintas magnéticas) al formato digital. El nacimiento de la era digital se produjo gracias a algunos inventos fundamentales, fruto del esfuerzo de investigación en equipo de físicos teóricos y experimentales: el transistor, parte elemental de los microprocesadores de las computadoras (entre otras múltiples aplicaciones) y la web (WWW), que aseguró nuestra capacidad de compartir información a través de internet.
El desarrollo de la electrónica y de sus múltiples aplicaciones fue posible gracias a la invención del transistor, ya que este superó ampliamente las dificultades que presentaban sus antecesores, las válvulas. En efecto, las válvulas, inventadas a principios del siglo XX, habían sido aplicadas exitosamente en telefonía como amplificadores y posteriormente popularizadas en radios y televisores. Sin embargo, presentaban inconvenientes que tornaban impracticables algunas de las aplicaciones que luego revolucionarían nuestra sociedad del conocimiento. Uno de sus mayores inconvenientes era que consumían mucha energía para funcionar. Esto provenía del hecho de que en las válvulas se calienta eléctricamente un filamento (cátodo) para que emita electrones que luego son colectados en un electrodo (ánodo), estableciéndose así una corriente eléctrica. Luego, por medio de un pequeño voltaje (frenador) aplicado entre una grilla y el cátodo se logra el efecto amplificador, controlando el valor de la corriente, de mayor intensidad, entre cátodo y ánodo. El filamento no solo consumía mucha energía, sino que también solía quemarse, o las vibraciones lograban romperlo, por lo que las válvulas terminaban resultando poco confiables. Además, como era necesario evitar la oxidación del filamento incandescente, la válvula estaba conformada por una carcasa de vidrio, que contenía un gas inerte o vacío, haciendo que el conjunto resultara muy voluminoso.
Los transistores, desarrollados en 1947 por los físicos W. Shockley, J. Bardeen y W. Brattain, resolvieron todos estos inconvenientes y abrieron el camino que, junto con otras invenciones –como la de los circuitos integrados– potenciarían el desarrollo de las computadoras. Y todo a bajos voltajes, sin necesidad de disipar energía (como era el caso del filamento), en dimensiones reducidas y sin partes móviles o incandescentes que pudieran romperse.
Los transistores se basan en las propiedades de conducción eléctrica de materiales semiconductores, como el silicio o el germanio. Particularmente el transporte eléctrico en estos dispositivos se da a través de junturas, conformadas por el contacto de materiales semiconductores donde los portadores de carga son de distintos tipos: huecos (tipo P) o electrones (tipo N). Las propiedades de conducción eléctrica de las junturas se ven modificadas dependiendo del signo y de la magnitud del voltaje aplicado, donde, en definitiva, se reproduce el efecto amplificador que se obtenía con las válvulas: operando sobre una juntura mediante un pequeño voltaje se logra modificar las propiedades de conducción de otra juntura próxima que maneja un voltaje más importante.
Fotografía del primer transistor realizado por físicos W. Shockley, J. Bardeen y W. Brattain en diciembre de 1947. Tomada de www.bellsystemmemorial.com/belllabs_transistor.html
Los diez años posteriores a la invención del primer transistor vieron enormes adelantos en este campo:
En estos primeros circuitos integrados, los transistores tenían dimensiones típicas de alrededor de 1 cm. En 1971 el microprocesador de Intel 4004 tenía unos 2000 transistores, mientras que hoy en día, un Pentium IV tiene unos 10 millones de transistores, con dimensiones típicas de alrededor de 0.00001 cm. Desde 1970, cada año y medio aproximadamente, las dimensiones de los transistores se fueron reduciendo a la mitad (ley de Moore). Si se los hace aún más pequeños dejarán de funcionar como esperamos, ya que empezarán a manifestarse las leyes de la mecánica cuántica. Para seguir progresando, deberá entonces concebirse una nueva generación de microprocesadores basados en las propiedades que la materia manifiesta en las escalas nanométricas.
Todos estos desarrollos respondieron en cada caso al intento de resolver un problema concreto atacado tanto del punto de vista teórico como experimental. Muchos de los físicos que participaron en esta aventura del transistor y en sus desarrollos posteriores dieron lugar al nacimiento de nuevas invenciones (y de empresas como Texas Instruments, Intel y AMD) que hoy día dominan la escena en la que se desarrollan las TIC.
Otra piedra fundamental que cambió nuestra capacidad de comunicarnos y acceder a la información fue la creación de la World Wide Web (WWW o simplemente la web). La web fue creada en 1989 por T. Berners-Lee, del Centro Europeo para la física de las altas energías (CERN), que se encuentra en Ginebra. La motivación principal era la de facilitar el acceso a la documentación ligada a las investigaciones científicas.
Ya para ese entonces internet existía y se había ido desarrollando en un proceso iniciado a principios de los 60, que buscaba interconectar las computadoras de los centros de investigación. Sin embargo, el verdadero impacto respecto del acceso a la información en sus distintos soportes (documentos, audio, videos, etc.) recién llegaría con la creación de la web. Veremos brevemente a continuación por qué fue así.
Entre los 60 y los 80 las computadoras eran esencialmente herramientas de cálculo que los científicos necesitaban interconectar para aprovechar sus recursos. Este desarrollo, inicialmente impulsado por motivos estratégicos ligados a la guerra fría y posteriormente ligado a la necesidad de compartir y ejecutar programas de cálculo en diversos centros de investigación, había logrado interconectar 23 grandes computadoras en 1971, esencialmente de las grandes universidades a lo largo de los Estados Unidos de Norteamérica. Esto había podido lograrse gracias a las ideas visionarias de John Licklider (MIT) y de Leonard Klienrock. El primero de ellos imaginó a principios de los 60 el desarrollo de una red que fuera accesible para todos. El segundo ideó una manera eficiente para que las computadoras se comuniquen a través de la red: enviando la información en paquetes separados, que buscarían el mejor camino y que reconstruirían la información completa al reunirse en la computadora de destino. Estas bases, junto con el establecimiento de numerosas redes de computadoras en diversos centros de investigación en todo el mundo y el desarrollo de protocolos de interconexión como el TCP/IP (1974 (Transmission Control Protocol/Internet Protocol), adoptado mundialmente en 1982, dieron lugar a la existencia de internet. Grandes inversiones de la NSF (National Science Foundation, de los EE.UU.), las mejoras técnicas en las velocidades de transmisión de datos y la creación de facilidades como el DNS (1984, Domain Name Server), que permite ligar fácilmente nombres y números de los servidores, permitieron un crecimiento increíble del número de computadoras interconectadas (de 23 en 1971 a 300.000 en 1991).
Sin embargo, hasta aquí la internet no era más que una gran red de computadoras, cables que las conectaban y protocolos para transmitir datos en paquetes. Su uso seguía limitado al del control de computadoras remotamente y al uso del correo electrónico y eventualmente del chat.
Lo que T. Berners-Lee creó fue un sistema de hipertexto global (http) que permitió ver la información detrás de las conexiones. Esto provocó la creación de un espacio virtual que facilitó el acceso a la información. De esta manera dejó de verse a internet como un espacio de computadoras y cables para pasar a ser un lugar para hallar documentos, sonidos, videos o simplemente información. T. Berners-Lee también creó el programa para visualizar las páginas de hipertexto, llamado «browser» (ojeador) y permitió su acceso libremente, lo cual facilitó el gran desarrollo del sistema que había creado. Esto dio luego lugar a browsers, como Mozaic y posteriormente a Netscape y a Internet Explorer.
Desde 1991, en que la red se hizo pública, no ha hecho más que crecer. Los «buscadores» como Yahoo, Altavista o Google permiten encontrar información en diversos soportes. Hay enormes bases de datos, museos virtuales y publicaciones especializadas accesibles vía la web. Se desarrollaron muchas empresas (las .com) basadas en esta herramienta donde muchas transacciones comerciales se concretan a través de un clic. Finalmente, la gran red de computadoras y conexiones se transformó en ese gran espacio de información que forma parte de esta nueva era, donde las TIC juegan un papel esencial.
Evolución de las maquinas en red a partir del momento en que se torna pública ARPANET. Se observa también la creación de la Internet a partir del momento en que se estandariza el protocolo TCP/IP para la interconexión de las maquinas. Se señala también la creación de la web y la evolución de los sitios WWW.
