Y finalmente, el relevo

En la última parte de la historia, aprendimos cómo el científico y maestro estadounidense Joseph Henry viajó por primera vez a Europa. Al visitar Londres, se dirigió deliberadamente a una persona profundamente respetada por él, el matemático Charles Babbage . Junto con Henry estaba su amigo, Alexander Bach, y su nuevo conocido, también un experimentador telegráfico, Charles Wheatstone . Babbage les dijo a los invitados que iba a demostrar su máquina de contar a un miembro del Parlamento, pero con un placer aún mayor compartió con ellos la idea de su nueva máquina, "que excederá significativamente las capacidades de la primera". Henry escribió información general sobre este plan en su diario:

Esta máquina está dividida en dos partes, una de las cuales el Sr. B. llama a la tienda y la segunda, el molino. El almacén está lleno de ruedas con números dibujados en ellas. Periódicamente, las palancas las jalan y las mueven en el molino, donde tienen lugar las manipulaciones necesarias. Al final, esta máquina podrá tabular cualquier fórmula de naturaleza algebraica.

El historiador no puede evitar sentir el escalofrío que le recorre la espalda desde intersecciones tan aleatorias en la vida humana. Dos hilos de la historia de las computadoras se cruzaron aquí, uno de los cuales estaba a punto de completarse, y el otro apenas comenzaba.

De hecho, aunque la máquina Babbage a menudo se presenta como el comienzo de la historia de las computadoras universales modernas, la conexión entre ellas es bastante débil. Su automóvil (que nunca construyó) fue la culminación de un sueño de computación mecánica. Este sueño, expresado por primera vez por Leibniz, se inspiró en los relojes cada vez más sofisticados creados por artesanos de finales de la Edad Media. Pero no se construyó una sola computadora de propósito general sobre mecánica pura; esta tarea es demasiado complicada.

Pero el relé electromagnético, concebido por Henry y otros, puede implementarse con bastante facilidad en los circuitos informáticos, cuya complejidad sin él parece inimaginable. Sin embargo, hasta este punto todavía había décadas, y Henry y sus contemporáneos no podían prever tal desarrollo. Se convirtió en el progenitor de innumerables transistores que hicieron posible el mundo digital de hoy, tan entrelazado con nuestra vida moderna. Los relés llenaron el interior de las primeras computadoras programables que gobernaron por un corto tiempo hasta que fueron reemplazadas por sus parientes puramente electrónicos.

Los relés se inventaron varias veces independientemente uno del otro en la década de 1830. Sus objetivos eran diversos (cinco de sus inventores presentaron al menos tres aplicaciones), así como ejemplos de uso. Pero es conveniente pensarlo como un dispositivo de doble uso. Se puede usar como un interruptor que controla otro dispositivo eléctrico (incluido, de manera importante, otro relé), o como un amplificador que convierte una señal débil en una fuerte.

Interruptor

Joseph Henry combinó en una persona un profundo conocimiento en filosofía natural, mecánica e interés en el problema del telégrafo mecánico. En la década de 1830, tal conjunto de cualidades era, tal vez, solo con Wheatstone. Para 1831, había construido un circuito de 2.5 km de largo capaz de conducir una campana usando el imán más poderoso que existía. Quizás si continuara trabajando tan activamente en el telégrafo y mostrara la misma perseverancia que mostró Morse, entonces su nombre habría sido inscrito en los libros de texto.

Pero Henry, profesor en la Academia Albany, y luego en el New Jersey College (ahora Universidad de Princeton) construyó y mejoró dispositivos eléctricos para investigación, enseñanza y demostraciones científicas. No estaba interesado en convertir una herramienta de enseñanza en un sistema de mensajería.

Alrededor de 1835, se le ocurrió una demostración particularmente ingeniosa utilizando dos circuitos. Recuerde que Henry descubrió dos dimensiones en electricidad: intensidad y cantidad (a esto le llamamos voltaje y corriente). Creó circuitos con baterías e imanes intensos para transmitir electromagnetismo a largas distancias, y circuitos con baterías e imanes cuantitativos para crear fuerzas electromagnéticas de alta potencia.

Su nueva unidad combinaba ambas propiedades. Un potente electroimán cuantitativo podría levantar una carga de cientos de kilogramos. Se utilizó un imán intenso al final de un circuito largo para levantar un pequeño cable de metal: un interruptor. El cierre del circuito intenso hizo que el imán levantara el cable, y esto abrió el interruptor y el circuito cuantitativo. El electroimán cuantitativo de repente dejó caer su carga con un rugido ensordecedor.

Este relé, es decir, el papel desempeñado por un imán intenso y su cable, fue necesario para demostrar la conversión de energía eléctrica en energía mecánica, así como también cómo una fuerza pequeña puede conducir a una grande. La ligera inmersión del cable en ácido para cerrar el circuito provocó un pequeño movimiento del pequeño interruptor, lo que resultó en una catástrofe en forma de una caída de metal, en una cantidad suficiente para aplastar a alguien que era lo suficientemente estúpido como para estar debajo de él. Para Henry, el relevo fue una herramienta para demostrar principios científicos. Era una palanca eléctrica.



Henry fue probablemente el primero en conectar los dos circuitos de esta manera, para controlar el otro utilizando el electromagnetismo de un circuito. El segundo lugar, hasta donde sabemos, pertenece a William Cook y Charles Wheatstone, aunque establecieron objetivos completamente diferentes.

En marzo de 1836, poco después de asistir a una demostración telegráfica en Heidelberg que usaba una aguja galvánica para transmitir señales, Cook se inspiró en la caja de música. Cook creía que el uso de agujas que denotan letras en un telégrafo real requeriría varias agujas, y para ellas se necesitarían varios contornos. Cook, por otro lado, quería que el electroimán activara un mecanismo que ya puede ser arbitrariamente complicado para demostrar la letra deseada.

Concibió un automóvil que se parecía a una caja de música, con un barril rodeado de muchos alfileres. En un lado del barril debe haber un dial con letras. En cada extremo de la línea de telégrafo debe haber una caja de este tipo. Un resorte armado debe hacer girar el barril, pero la mayoría de las veces estará bloqueado por un tope. Cuando presiona la tecla del telégrafo, el circuito se cierra, lo que activa los electroimanes que abren ambas cerraduras, y ambas máquinas giran. Cuando se muestra la letra deseada en la escala, se suelta la llave, las cerraduras encajan en su lugar y detienen el movimiento de los barriles. Cook, sin conocerse a sí mismo, recreó el modelo cronométrico del telégrafo de Ronald, inventado hace dos décadas, y los primeros experimentos de los hermanos Schapp con el telégrafo (solo ellos usaron sonido, no electricidad, para sincronizar las escalas).

Cook se dio cuenta de que el mismo mecanismo podría ayudar a resolver el problema telegráfico de larga data, notificando a la parte receptora de un nuevo mensaje. Para hacer esto, puede usar el segundo circuito con otro electroimán, que activaría una campana mecánica. Cerrar el circuito retraería el tapón y sonaría la campana.

En marzo de 1837, Cook comenzó a trabajar junto con Wheatstone en un telégrafo, y por esta época pensaron en la necesidad de un segundo circuito. En lugar de organizar un circuito independiente para una señal de advertencia (y estirar kilómetros de cables adicionales), ¿no sería más fácil usar el circuito principal para controlar la señal?



Para entonces, Cook y Wheatstone habían vuelto al diseño de la aguja, y estaba claro que un pequeño trozo de cable podía conectarse a la aguja para que cuando su extremo fuera atraído por un electroimán, su cola cerraría el segundo lazo. Este circuito conduciría la señal. Después de un cierto intervalo, durante el cual el destinatario del mensaje podría tener tiempo de despertarse, apagar la señal y preparar un lápiz y papel, la aguja ya podría usarse para transmitir el mensaje en modo normal.

Durante dos años en dos continentes, dos veces, con dos objetivos diferentes, las personas se dieron cuenta de que el electroimán podría usarse como un interruptor para controlar otro circuito. Pero uno podría imaginar una forma completamente diferente de interacción entre los dos circuitos.

Amplificador

Para el otoño de 1837, Samuel Morse estaba convencido de que su idea de un telégrafo eléctrico podría funcionar. Usando la intensa batería e imán de Henry, envió mensajes a medio kilómetro de distancia. Pero para demostrarle al Congreso la posibilidad de transmitir mensajes por telégrafo en todo el continente, necesitaba mucho más. Estaba claro que, independientemente de la potencia de la batería, en algún momento el circuito sería demasiado largo para transmitir una señal legible a su otro extremo. Pero Morse se dio cuenta de que, a pesar de una fuerte caída de potencia con la distancia, el electroimán podría abrir y cerrar otro circuito alimentado por su propia batería, que a su vez podría transmitir la señal aún más. El proceso puede repetirse tantas veces como desee y cubrir distancias de cualquier longitud. Por lo tanto, estos imanes intermedios se llamaban "relés", como estaciones postales para cambiar de caballo. Recibieron un mensaje eléctrico de un compañero debilitado y lo llevaron más lejos con renovado vigor.

Es imposible establecer si esta idea se inspiró en el trabajo de Henry, pero Morse fue definitivamente el primero en usar un relé para tal propósito. Para él, el relé no era un interruptor, sino un amplificador capaz de convertir una señal débil en una fuerte.



Al otro lado del Atlántico, aproximadamente al mismo tiempo, a Edward Davy , farmacéutico de Londres, se le ocurrió una idea similar. Probablemente se interesó por el telégrafo alrededor de 1835. A principios de 1837, realizaba regularmente experimentos con un circuito de 1,5 km en Regent's Park, en el noroeste de Londres.

Poco después de la reunión entre Cook y Wheatstone en marzo de 1837, Davy sintió competencia y comenzó a pensar más en serio sobre la construcción de un sistema práctico. Se dio cuenta de que la fuerza de deflexión de la aguja galvánica disminuía notablemente al aumentar la longitud del cable. Como escribió muchos años después:

Entonces pensé que incluso el más mínimo movimiento de la aguja sobre el grosor del cabello sería suficiente para poner en contacto dos superficies metálicas, cerrando un nuevo circuito, dependiendo de la batería local; y así se puede repetir para siempre.

Davy llamó a esta idea de convertir una señal eléctrica débil en un "actualizador eléctrico" fuerte. Pero no se dio cuenta de esta o cualquier otra idea sobre el telégrafo. Recibió una patente telegráfica en 1838, independientemente de Cook y Wheatstone. Pero en 1839 navegó a Australia, huyendo de un matrimonio infeliz, y dejó el campo de actividad para competidores. Su compañía telegráfica compró esta patente unos años más tarde.

Relés en el mundo

En la historia de la tecnología, prestamos mucha atención a los sistemas, pero a menudo ignoramos sus componentes. Mantenemos la historia del telégrafo, teléfono, luz eléctrica, bañamos a sus creadores en los cálidos rayos de nuestra aprobación. Pero estos sistemas solo pueden aparecer debido a la combinación, recombinación y modificación de elementos existentes que crecieron silenciosamente en la sombra.

El relé es uno de esos elementos. Evolucionó rápidamente y ganó variedad cuando las redes telegráficas comenzaron a crecer rápidamente en las décadas de 1840 y 1850. Durante el siglo siguiente, apareció en varios tipos de sistemas eléctricos. La primera modificación fue el uso de un ancla de metal rígido, como en una señal telegráfica, para cerrar el circuito. Después de apagar el electroimán, el ancla se desconectó del circuito con un resorte. Tal mecanismo era más confiable y duradero que pedazos de alambre o una aguja. También se desarrollaron modelos que se cerraron por defecto, además del diseño original, que se abrió por defecto.


Relevo típico de finales del siglo XIX. El resorte T evita que la armadura B entre en contacto con el contacto C. Cuando se activa el electroimán M, supera el resorte y cierra el circuito entre el cable W y el contacto C.

En los primeros años del telégrafo, los relés rara vez se usaban como amplificadores o "mejoradores", ya que un circuito podía extenderse por 150 km. Pero fueron muy útiles para combinar líneas largas de baja corriente con líneas locales de alto voltaje, que podrían usarse para alimentar otras máquinas, por ejemplo, la grabadora Morse.

Docenas de patentes en los Estados Unidos en la segunda parte del siglo XIX describen nuevos tipos de relés y sus nuevas aplicaciones. El relé diferencial, que dividía la bobina de modo que el efecto electromagnético se compensaba en una dirección y se amplificaba en la otra, hizo posible utilizar la comunicación telegráfica dúplex: dos señales que viajan en direcciones opuestas en el mismo cable. Thomas Edison utilizó un relé polarizado (o polar) para crear un cuádruplex capaz de enviar 4 señales simultáneamente en un cable: dos en cada dirección. En un relé polarizado, la armadura misma era un imán permanente que respondía a la dirección de la corriente, y no a la fuerza. Gracias a los imanes permanentes, fue posible realizar relés con contactos de conmutación, que después de la conmutación permanecieron abiertos o cerrados.


Relé polarizado

Los relés, además del telégrafo, comenzaron a usarse en los sistemas de señales de los ferrocarriles. Con el advenimiento de las redes de energía, los relés comenzaron a usarse en estos sistemas, especialmente como dispositivos de protección.

Pero incluso estas redes largas y complejas no requerían más retransmisores de los que podían proporcionar. El telégrafo y el ferrocarril entraron en cualquier ciudad, pero no en ningún edificio. Tenían decenas de miles de puntos finales, pero no millones. A los sistemas de energía no les importaba dónde terminaban: solo daban corriente al circuito local, y cada casa y compañía podían recogerla por sí mismos según fuera necesario.

La telefonía era un asunto completamente diferente. Los teléfonos necesitaban crear una conexión de punto a punto, desde cualquiera de las casas y oficinas a cualquier otra, y por lo tanto necesitaban circuitos de control de una escala sin precedentes. La voz humana, que viajaba en forma de vibraciones a lo largo de los cables, era una señal rica pero débil. Por lo tanto, la telefonía de larga distancia necesitaba amplificadores de mejor calidad. Resultó que los interruptores pueden funcionar con tales amplificadores. Ahora las redes telefónicas, más que cualquier otro sistema, controlaban la evolución de los conmutadores.

Que leer

• James B. Calvert, "El telégrafo electromagnético"
• Franklin Leonard Pope, "Práctica moderna del telégrafo eléctrico" (1891)