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Si "preocupar" es ocuparse de forma anticipada de algo, en el gobierno de Estados Unidos están "preocupados" por la llegada de una tormenta solar.
No existe una situación de alarma, ni una fecha inminente, pero el presidente Barack Obama emitióuna inesperada orden ejecutiva que publicó la Casa Blanca.
Instruye a varias secretarías y agencias del gobierno de EE.UU. a que establezcan un plan en 120 días para antes, durante y después de un evento climático espacial, como una tormenta solar.
Así suena el espacio: los extraños sonidos del Sistema Solar grabados por la NASA
Es un fenómeno que tiene la capacidad de "desactivar una gran parte de la red de energía eléctrica", lo que afectaría el abastecimiento de agua, los servicios de salud y limitaría el transporte, dice la orden.
Pero también tiene otras consecuencias sobre los servicios y dispositivos humanos.
¿Qué hay que saber?
Cuando se habla de "clima espacial" en realidad se está tratando de cómo es afectada la Tierra.
La Administración Nacional de la Aeronáutica y del Espacio de EE.UU. (NASA, por sus siglas en inglés) explica que ese clima está determinado por todos los eventos que ocurren en el Sol, como el "viento" que desprende, los flujos de plasma y las cargas magnéticas.
El brillante espectáculo de la mayor tormenta solar de 2015
"Nuestro Sol nos da más que un flujo constante de calor y luz. El Sol baña regularmente la Tierra y el resto de nuestro sistema solar con energía en forma de luz y partículas con carga eléctrica y los campos magnéticos", explica la NASA.
Entonces, cualquier tipo de impacto que resulta en la Tierra y en los sistemas y dispositivos humanos es el llamado "clima espacial".



¿Cómo lo resentimos?

Las partículas que libera el Sol y que alcanzan a la Tierra afectan un escudo magnético que protege al planeta del espacio, lo que es conocido como la magnetósfera.
Una tormenta solar tiene la capacidad de interrumpir las comunicaciones satelitales, lo que afecta las señales telefónicas, de televisión, de internet y los sistemas de posicionamiento global (GPS), entre otros servicios cotidianos.
También interrumpen la señal de radio de alta frecuencia y hasta tienen la capacidad de cortar el suministro de redes de electricidad.

Los aviones comerciales pueden quedar incomunicados a medida que están más cerca de los polos, que es donde se concentra la mayor parte de estas partículas.
Las naves espaciales pueden presentar anomalías temporales, con daños en componentes electrónicos críticos, paneles solares y sistemas ópticos tales como cámaras y sensores estelares.
Las impresionantes vistas de nuestro Sistema Solar
La magnetósfera protege a las personas en la Tierra, pero los astronautas pueden alcanzar el límite a la exposición de radiación en cuestión de minutos.
Pero también tienen efectos vistosos, como las auroras boreales que se pueden apreciar en algunos puntos cercanos al Polo Norte, y las raras auroras australes que llegan a ocurrir en el sur.




¿Qué ha ocurrido en el pasado?

La NASA tiene documentados varios eventos significativos que son atribuidos al clima espacial.
El más antiguo del que se tenga conocimiento directo fue el del 2 de septiembre de 1859, cuando provocó que la red del servicio de telégrafos quedara interrumpida de forma temporal.
Otro de los grandes eventos fue el colapso de la red eléctrica llamada Hydro-Québec, en Canadá, el 13 de marzo de 1989, causado por corrientes de origen geomagnético.
Un fallo en un transformador dio lugar a un apagón general que duró más de 9 horas y afectó a más de seis millones de personas.
Pero quizás uno de los momentos de mayor nerviosismo ocurrió durante la Guerra Fría entre EE.UU. y la Unión Soviética, como relata el Instituto Smithsoniano.


En mayo de 1967, las comunicaciones de radio militares de EE.UU. quedaron interrumpidas por una tormenta solar, lo que el gobierno estadounidense en un momento interpretó como "actos maliciosos" que requerían de una respuesta militar.
Sin embargo, la Fuerza Aérea de EE.UU. ya tenía en funcionamiento un programa para monitorear el clima espacial y dio aviso de que se trataba de una tormenta.
"Ese programa ayudó a los militares a identificar la perturbación como una tormenta solar en lugar de malas acciones de Rusia e impidió la agudización de las tensiones", recuerda el Smithsoniano.
Los botones rojos no fueron activados.

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Desarrollo de sensores es importante para la seguridad en todo el mundo. Aprender cómo los científicos están desarrollando sensores para triperóxido triaceton (TATP), uno de los explosivos más notorios en el mundo.
Después de los ataques terroristas en Bruselas a principios de este año, el senador Chuck Schumer pidió a la agencia antiterrorista del gobierno estadounidense para efectuar rápidamente las pruebas de una tecnología reciente para detectar el explosivo utilizado en el ataque.

El bombardeo, que causó la muerte de al menos 31 personas, utiliza triperóxido triaceton. El explosivo fue también el ingrediente principal del ataque París el año pasado.


Triaceton triperóxido (TATP)


triperóxido de triacetona, un explosivo de peróxido, ha sido cada vez más utilizada por los terroristas durante las últimas décadas. Esto se debe principalmente al hecho de que los materiales de partida del explosivo-es decir., Acetona, peróxido de hidrógeno, y el ácido son todos comercialmente disponibles en farmacias y ferreterías. Por otra parte, el proceso de síntesis de triperóxido de triacetona, o TATP, para abreviar, es simple y está disponible en Internet.

TATP es casi tan fuerte como TNT, que es el explosivo militar más comúnmente empleado. Sin embargo, a diferencia de TNT, TATP es tan sensible al calor, choque y fricción que no tiene ningún uso militar. Debido TATP podría explotar durante la fabricación, se presenta como muy peligroso para el fabricante, explicando el otro nombre del explosivo, "Madre de Satanás".

Curiosamente, la explosión de TATP implica un fenómeno raro conocido como explosión entrópica. Esto significa que la reacción generalmente no produce ningún calor o llama. En lugar de ello, se produce un gran cambio en volumen mediante la producción de cuatro moléculas en fase gaseosa a partir de cada molécula de TPTA en el estado sólido. Esto nos recuerda la reacción que se produce en las bolsas de aire de seguridad que rápidamente produce una gran cantidad de gas en caso de accidente.



Desafíos de detección TATP


Desde TATP no contiene ningún grupo nitro o elementos metálicos, que no tiene una absorción significativa en la región ultravioleta y no fluorescente. Como resultado de ello, los métodos convencionales de detección de explosivos, tales como los métodos de espectroscopia, no tienen éxito en el caso de TPTA.

Los estudios anteriores sobre la detección de TATP, como la espectrometría de movilidad iónica, la espectrometría de masas, espectroscopia de fluorescencia y espectroscopia de absorción, no son lo suficientemente rápido y / o no proporcionan la suficiente precisión. Estos métodos requieren generalmente caro y no portátil de instrumentación y se basan en un amplio muestreo.

Vapor de detección de fase de TATP

El explosivo tiene una presión de vapor de aproximadamente 0,03 torr a temperatura ambiente. La presión de vapor, que es la presión ejercida por el vapor del compuesto en equilibrio termodinámico con su forma sólida (o líquido), es una indicación de velocidad de sublimación (evaporación) del compuesto.

Tener una alta presión de vapor, TATP puede sublimar fácilmente a temperatura ambiente. Esto hace que el almacenamiento del explosivo difícil y peligroso. Sin embargo, los investigadores han utilizado esta función para realizar la detección en fase vapor de TATP.

La investigación publicada en 2009 por un grupo de ingenieros químicos utiliza una serie de sensores que cada elemento de la matriz es un efecto similar al transistor de campo. La puerta de cada uno de estos dispositivos se sustituye por una monocapa de moléculas de receptor. Cuando se expone al vapor TATP, la corriente que pasa el dispositivo varía. Sin embargo, se informó que el límite de detección para este esquema de estar alrededor de 100 ppb (partes por billón).



En 2010, una investigación realizada en la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign empleó una matriz de sensores colorimétricos para detectar el vapor de TATP con límites de detección por debajo 2ppb.

Un sensor colorimétrico se basa en un material sensible al gas que experimenta un cambio en el color, ya que está expuesta al gas objetivo. Estos sensores son capaces de detectar los gases tales como monóxido de carbono, amoníaco, dióxido de nitrógeno, y etileno.

Los investigadores de la Universidad de Illinois trataron previamente la corriente de vapor TPTA con un catalizador ácido sólido, Amberlyst-15, y se expusieron la matriz de sensores para el producto de descomposición de ácido. Dependiendo de la concentración del vapor TATP, el experimento dio lugar a diferentes mapas de colores como se muestra en la siguiente figura.




El uso de estos patrones, es posible detectar diferentes concentraciones de vapor de TPTA. Según el estudio, la elección del ácido catalizador apropiado juega un papel significativo en la concentración mínima que se puede detectar. Desafortunadamente, este método se basa en un uso de una sola vez y no se puede emplear en la detección continua en tiempo real.

El método de detección desarrollado por URI

El equipo de investigación de ingeniería química de la Universidad de Rhode Island examinó el complejo de vapor que se obtiene de la sublimación TATP. Se diseñaron un sensor que es sensible tanto a los lazos de peróxido de TPTA y de sus productos por-orgánico.

El estudio dio lugar a un sensor de gas a base de termodinámica que podría detectar TPTA con alta selectividad y alta sensibilidad. El sensor mide el calor absorbido o generado por el catalizador en presencia de TPTA y de sus productos de descomposición. Se empleó una gama de diferentes catalizadores para llevar a cabo la detección en tiempo real con un número mínimo de falsas alarmas.

Antes de los ataques de Bruselas, la tecnología iba a ser probado en el otoño en las instalaciones en Atlantic City, Nueva Jersey y en Savannah, Georgia. Sin embargo, después del ataque, Schumer dijo que los detectores podrían salvar incontables vidas y que la prueba debe hacerse tan pronto como sea posible sin perder un instante.

En 2008, el Departamento de Seguridad Nacional de EE.UU. comenzó a financiar el trabajo de la universidad a través de un centro de investigación explosivos.

Schumer agregó que los experimentos de laboratorio han demostrado que el detector puede controlar continuamente el aire y olfatear una muy pequeña cantidad de explosivo. En opinión de Schumer, sólo la vida real y en funcionamiento in situ del sistema necesita ser verificada.

Otto Gregory, profesor de la Universidad de Rhode Island de la ingeniería química detrás de la tecnología, señaló que la limpieza de los obstáculos relacionados con la investigación y dando la prioridad del Gobierno la tecnología haría posible para acelerar las pruebas por varios meses. Añadió que el detector puede competir con un perro detector de bombas de la policía y, a diferencia de un perro, que no necesita entrenamiento o se rompe!

Se espera que el primer prototipo costaría alrededor de $ 1.000 a $ 2.000, pero estima que su dispositivo de final sería un producto de mano de varios cientos de dólares.





Los ataques de Bruselas, una vez más, atrajeron la atención sobre lo peligroso que es TATP. También nos recordó a todos que la detección rápida, sensible y fiable del explosivo es de suma importancia.
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Un aluvión de piedras que golpean el sistema solar hace 3.9 millones de años podría haber re configurado de manera espectacular la geología y la atmósfera de la Tierra. Pero algunas de las pruebas de este bombardeo propuesta podría ser más inestable que se creía anteriormente, sugiere una investigación reciente. Simplificaciones hechas al fechar rocas lunares podrían hacer que parezca que asteroides y los impactos de cometas  alrededor de este tiempo, incluso si la tasa de colisiones en realidad estaba disminuyendo.

Muchos científicos creen que un período de relativa calma después de la Tierra se formó hace 4,6 millones de años fue interrumpido por un período llamado el Bombardeo Pesado Tardío, cuando restos de rocas golpearon la Tierra y los otros planetas. La superficie llena de cráteres de la Luna tiene la mejor evidencia para este evento; los científicos han medido la desintegración radiactiva de gas argón atrapados dentro de las rocas lunares hasta la fecha cuando se formaron los cráteres de la luna.

Muchos de los cientos de rocas lunares analizadas parecen ser unos 3,9 millones de años. Eso sugiere que el número de piedras que golpean la luna repentinamente  hasta ese momento - evidencia de un Bombardeo Pesado Tardío.

Los geoquímicos Patrick Boehnke y Mark Harrison, de la UCLA tomaron un segundo vistazo a los datos. La medición de argón desde la misma roca a diferentes temperaturas; si todos los valores de edad se alinean, los investigadores pueden estar relativamente seguros de que van a obtener una edad exacta. Pero muchas de las muestras lunares previamente analizadas dieron diferentes edades en función de la temperatura a la que se midió su contenido de argón.

Crearon un modelo para simular cómo esta simplificación podría afectar a los patrones observados cuando los científicos examinaron las edades de muchas rocas. El equipo de modelado 1.000 rocas y se asigna a cada uno una edad impacto. Algunas rocas no habían sido golpeado alrededor y tenía un claro impacto edad. Otros habían sido aplastados en repetidas ocasiones, que cambió su contenido de argón y oscurecido la edad de impacto real asignada por el modelo.

El modelo asume que las colisiones de asteroides disminuyeron con el tiempo - que más de las rocas eran mayores y menos eran más nuevo. Pero aún así, las edades de colisión aparecieron a la espiga hace 3.9 millones de años gracias a la falta de claridad introducida por las rocas rotas. Por lo que el aumento de asteroides patentes en aquel momento podría ser una peculiaridad debido a la forma en que los datos de citas de argón fueron compilados y analizados, no una indicación de algo dramático sucediendo realmente.

"No podemos decir que el Bombardeo Pesado Tardío no sucedió", dice Boehnke. Tampoco los resultados invalidan la técnica de datación de argón, que se usa ampliamente por los geólogos. En su lugar, Boehnke dice, apunta a la necesidad de una interpretación más matizada de datos de rocas lunares.

"Una gran cantidad de datos que muestra esta complejidad se interpreta de una manera muy simplista", dice.

El científico planetario Simone Marchi dice que encuentra el documento "sin duda convencer al decir que tenemos que ser muy cuidadosos" al interpretar los datos de citas de argón a partir de muestras lunares.

Pero hay otra evidencia de un Bombardeo Pesado Tardío que no se basa en argón citas, tales como data de los elementos radiactivos más estables y análisis de la superposición de cráteres en la Luna, dice Marchi, del Instituto de Investigación del Suroeste en Boulder, Colorado. Él apoya la idea de un suave Bombardeo pesado Tardío 4.1 mil millones de años atrás, en lugar de un dramático estallido hace 3.9 mil millones de años (SN: 8/23/14, p.13).



Crearon un modelo para simular cómo esta simplificación podría afectar a los patrones observados cuando los científicos examinaron las edades de muchas rocas. El equipo ha modelado 1.000 rocas y se asigna a cada uno una edad impacto. Algunas rocas no habían sido golpeadas alrededor y tenía un claro impacto. Otros habían sido aplastados en repetidas ocasiones, que cambió su contenido de argón y oscurecido la edad de impacto real asignada por el modelo.

El modelo asume que las colisiones de asteroides disminuyeron con el tiempo - que más de las rocas eran mayores y menos eran nuevos. Pero aún así, las edades de colisión aparecieron a la espiga hace 3.9 millones de años gracias a la falta de claridad introducida por las rocas rotas. Por lo que el aumento de asteroides patentes en aquel momento podría ser una peculiaridad debido a la forma en que los datos de citas de argón fueron compilados y analizados.

"No podemos decir que el Bombardeo pesado tardío no sucedió", dice Boehnke. Tampoco los resultados invalidan la técnica de datación de argón, que se usa ampliamente por los geólogos. En su lugar, Boehnke dice, apunta a la necesidad de una interpretación más matizada de datos de rocas lunares.

"Una gran cantidad de datos que muestra esta complejidad se interpreta de una manera muy simplista", dice.

Pero hay otra evidencia de un Bombardeo Pesado Tardío que no se basa en argón citas, tales como data de los elementos radiactivos más estables y análisis de la superposición de cráteres en la Luna, dice Marchi, del Instituto de Investigación del Suroeste en Boulder, Colorado. Él apoya la idea de un suave Bombardeo pesado Tardío 4.1 mil millones de años atrás, en lugar de un dramático estallido hace 3.9 mil millones de años.




Tenemos la tendencia a pensar en los vertebrados que viven tanto tiempo como nosotros, más o menos 50 a 100 años. Las especies marinas son propensos a tener una muy larga vida, pero la determinación de su edad es particularmente difícil. Nielsen et al. utilizando el pulso de carbono-14 producido por las pruebas nucleares en la década de 1950, en concreto, de su incorporación en el ojo durante el desarrollo, para determinar la edad de los tiburones de Groenlandia. 
Estos increíbles tiburones de Groenlandia (Somniosus microcefalia) pueden sobrevivir más de 200 años a profundidades de hasta 600 metros bajo el hielo del Ártico.
Esta especie es grande pero de crecimiento lento. El más antiguo de los animales que en la muestra había vivido durante casi 400 años, y llegando a la conclusión de que la madurez de la especie alcanza  a los cerca de 150 años de edad.



El tiburón de Groenlandia (Somniosus microcefalia ), una especie emblemática de los mares árticos, crece lentamente y alcanza > 500 centímetros (cm) de longitud total, lo que sugiere una vida útil mucho más allá de los de otros vertebrados. La datación por radiocarbono  reveló una vida útil de al menos 272 años. Sólo los tiburones más pequeños ( 220 cm o menos) mostraron signos de pulso bomba de radiocarbono, un marcador de tiempo de la década de 1960. Los rangos de edad de los tiburones prebomb (informados como punto medio y la extensión del rango de probabilidad del 95,4 % ) revelaron la edad de madurez sexual que ser al menos 156 ± 22 años, y el animal más grande ( 502 cm ) para ser 392 ± 120 años de edad. 
Más grandes que el famoso tiburón blanco, crecen hasta 23 pies de largo (7 metros) y son tan temibles que incluso se ha sabido que comen osos polares.
Viven más al norte que cualquier otra especie de tiburón y nadan en aguas donde las temperaturas caen en picado a sólo un grado centígrado.
Nuestros resultados muestran que el tiburón de Groenlandia es el vertebrado más larga vida conocida, y plantean preocupaciones acerca de la conservación de especies.

profundidades de hasta 600 metros bajo el hielo del Ártico.
Más grandes que el famoso tiburón blanco, crecen hasta 23 pies de largo (7 metros) y son tan temibles que incluso se ha sabido que comen osos polares.
mapa de Europa

   El brillo del cielo no es solo un problema en las zonas urbanas. El Valle de la Muerte obtiene resplandor lumínico de Las Vegas y de Los Ángeles en EE UU. La tercera parte de la humanidad ya no puede ver la Vía Láctea

El nuevo Atlas Mundial del Brillo Artificial del Cielo Nocturno, producido por un grupo de destacados científicos -dirigidos por el italiano Fabio Falchi- fue publicado hace poco por la revista científica "Science Advances".

Y se trata de un logro notable.

El primer atlas apareció en el año 2001, pero estaba basado en un sistema de medida satelital menos preciso. Este último atlas ofrece mucha más claridad.

Mide lo que se conoce como "resplandor de la luz artificial" -la luz reflejada de la luz eléctrica, que se esparce por la atmósfera- en todo el mundo.

El resplandor lumínico es consecuencia de la contaminación lumínica, o del exceso de luz eléctrica durante la noche.

¿Cuál es la magnitud del problema?


DESTRUCCIÓN DEL CIELO

Una prueba sobre cuán lejos hemos llegado en la destrucción del cielo nocturno con el resplandor lumínico es que, según calculan Falchi y sus colegas, la Vía Láctea ya no es visible para una tercera parte de la humanidad.

Y las regiones más industrializadas se llevan la peor parte: un 60% de los europeos y un 80% de los norteamericanos ya no pueden ver la Vía Láctea por la noche.



El problema, sin embargo, no se limita a la observación astronómica.

Tal y como señalan Falchi y sus colegas, también afecta a la salud medioambiental y pública.

Como epidemiólogo que lleva estudiando el impacto sobre la salud de la iluminación eléctrica durante décadas, este asunto me preocupa enormemente.

El Atlas utiliza mediciones tomadas por el satélite Suomi Asociación Nacional de órbita polar (S-NPP), que orbita a 800 kilómetros sobre la Tierra y toma fotografías se su superficie por la noche.

El satélite puede percibir la intensidad de cualquier fuente lumínica que detecta, señalando su ubicación.



Estas medidas se permiten producir coloridos mapas de cada parte del mundo que muestran el nivel de brillo lumínico sobre ciudades, pueblos y campos adyacentes.

Los investigadores también señalaron en el mapa los lugares más alejadas de los cielos prístinos.

Aunque los mapas son bonitos y atractivos a la vista, el mensaje subyacente es siniestro.



SIN VER LAS ESTRELLAS

Cuanto mayor es el brillo en el cielo, más oscuro es el cielo nocturno.

Por ejemplo, en Times Square, en el corazón de Nueva York (Estados Unidos), puedes contar tan solo una docena de estrellas en el cielo a medianoche, con suerte.
En las zonas que el mapa muestra en rojo, los autores nos dicen que la gente no experimenta la noche real debido a un crepúsculo artificial por el brillo en el cielo.

De hecho, tal y como explican Falchi y sus colegas, "el país con mayor contaminación lumínica es Singapur, en donde toda la población vive bajo un cielo tan brillante que el ojo no puede adaptarse completamente a la visión nocturna".

En las regiones más afectadas de las grandes ciudades de Europa, América y Asia, los niveles de luz locales fuera de las calles pueden impedir o retrasar nuestra hora nocturna normal, que debería comenzar con la puesta de sol.

América del norte


CONSECUENCIAS PARA LA SALUD

Los efectos en nuestra salud de estas fuentes lumínicas en la noche y el brillo que causan en el cielo son objeto de una intensa investigación y todavía no fueron completamente calculados.

Las sociedades en vías de desarrollo también están adoptando la iluminación eléctrica por la noche.

Y la contaminación lumínica se está expandiendo a un ritmo epidémico.

El brillo del cielo no es solo un problema de las grandes ciudades y zonas urbanas. Tal y como explican los autores, el Valle de la Muerte obtiene resplandor de Las Vegas y Los Ángeles y, por tanto, experimenta contaminación lumínica.

Los humanos, como la mayoría de los seres vivos del planeta, tienen un ritmo circadiano endógeno; un ciclo construido de patrones de sueño y de vigilia, hambre, actividad, producción de hormonas, temperatura corporal y otros procesos fisiológicos.

El ciclo dura unas 24 horas y la luz -sobre todo la del sol- y la oscuridad son importantes para su funcionamiento.

El brillo del cielo que muestran los atlas está, probablemente, por debajo del umbral y afecta directamente a nuestros ritmos circadianos.

También consecuencias ecológicas

Los humanos viven con electricidad desde fines del siglo XIX, y con acceso generalizado en países industrializados solamente desde el siglo XX.



Y es ahora cuando estamos comenzando a comprender las consecuencias para la salud de la luz artificial en nuestra fisiología circadiana.

El aumento de la iluminación nocturna coincide con nuestro creciente entendimiento de la fisiología circadiana y sobre cómo la luz en la noche puede interrumpirla.

Recientemente comenzó a sospecharse que algunos trastornos graves podrían ser el resultado de la interrupción de los ritmos circadianos, como la falta de sueño, la obesidad, algunos tipos de cáncer y alteraciones del estado de ánimo.

También hay algunas serias consecuencias ecológicas de la contaminación lumínica, que incluyen episodios de mortalidad en aves migratorias y en mamíferos marinos.


La tecnología creó el problema de la contaminación lumínica con la invención de la bombilla eléctrica. Y la tecnología de la ciencia biológica nos muestra qué tipos de luz y a qué horas del día son más o menos dañinos para nuestra salud.

America del sur

Este conocimiento está siendo explotado para producir recursos lumínicos apropiados según la hora del día: es mejor la luz brillante con alto contenido de azul (como fluorescente compacta) en la mañana, y la luz tenue con bajo contenido de azul (como las lámparas incandescentes de baja potencia) cuando comienza a anochecer.

Y es mejor apagar las pantallas azules brillantes de las tabletas y celulares inteligentes; lee un libro (de verdad) por la noche.

Una de las muchas implicaciones de este trabajo es el alumbrado público. Las luces de muchas grandes ciudades están bajo la mira, porque producen longitudes de onda azules, más perjudiciales para nuestra salud circadiana.

Tal vez sea el momento de repensar el alumbrado público.


La eficiencia energética es importante, pero también lo es la salud del planeta.

En este artículo se explica cómo funciona Arduino desde una perspectiva de diseño electrónico .


La mayoría de los artículos explican el software de Arduino . Sin embargo , la comprensión de diseño de hardware le ayuda a tomar el siguiente paso en el viaje de Arduino . Una buena comprensión del diseño electrónico de su hardware Arduino le ayudará a aprender cómo incrustar un Arduino en el diseño de un producto final , incluyendo qué conservar y qué omitir de su diseño original .

componentes Descripción general

El diseño de PCB de la placa Arduino UNO utiliza componentes SMD (Surface Mount Device ) . Entré hace años los SMD mundo cuando se hundieron en el diseño de PCB Arduino , mientras que yo era parte de un equipo de rediseño de un clon de bricolaje para Arduino UNO .

Los circuitos integrados utilizan paquetes estandarizados , y hay familias de paquetes .

Las dimensiones de muchas resistencias SMD , condensadores, y los LED se indican mediante códigos de embalajes, tales como los siguientes :



código de paquete SMD para componentes discretos tales como resistencias , condensadores, e inductores. Imagen cortesía de Wikimedia .





La mayoría de los paquetes son genéricos y se pueden utilizar para diferentes partes con funcionalidad diferente. El paquete SOT- 223 , por ejemplo, puede contener un transistor o un regulador .


En la siguiente tabla , se puede ver una lista de algunos de los componentes de la Arduino UNO con su respectivo paquete :

art   Package

   NCP1117ST50T3G 5V regulator   SOT223
   LP2985-33DBVR 3.3V regulator   SOT753/SOT23-5
   M7 diode   SMB
   LMV358IDGKR dual channel amplifier   MSOP08
   FDN340P P-channel MOSFET transistor   SOT23
   ATmega16U2-MU   MLF32


Arduino UNO Descripción general del sistema

Antes de que podamos comprender el hardware de la ONU, hay que tener una visión general del sistema por primera vez.

Después de que su código se compila utilizando el IDE de Arduino, debe ser cargado en el microcontrolador principal de la Arduino UNO mediante una conexión USB. Debido a que el microcontrolador principal no tiene un transceptor USB, se necesita un puente para convertir las señales entre la interfaz en serie (interfaz UART) del microcontrolador y las señales USB host.

El puente en la última revisión es la ATmega16U2, que tiene un transceptor USB y también una interfaz en serie (interfaz UART).

Para alimentar tu placa Arduino, se puede utilizar el USB como fuente de energía. Otra opción es utilizar un conector de CC. Usted puede preguntar, "si conecto tanto un adaptador de CC y el USB, que será la fuente de energía?" La respuesta será discutido en la sección "Parte Power" de este artículo.

Para restablecer la tabla, se debe utilizar un pulsador en el tablero. Otra fuente de restablecimiento debe ser cada vez que abra el monitor serie de Arduino IDE.

Me redistribuye el esquema original de la placa Arduino UNO para ser más legibles a continuación. Aconsejo que lo descargue y abra el PCB y esquemático usando Águila CAD mientras que usted está leyendo este artículo.



El microcontrolador

Es importante entender que la placa Arduino incluye un microcontrolador, y esto es lo microcontrolador ejecuta las instrucciones en su programa. Si usted sabe esto, no va a usar la frase sin sentido común "Arduino es un microcontrolador" nunca más.

El microcontrolador ATmega328 MCU es el utilizado en la placa Arduino UNO R3 como controlador principal. ATmega328 es una MCU de la familia AVR; es un dispositivo de 8 bits, lo que significa que su arquitectura de bus de datos y registros internos están diseñados para manejar 8 señales de datos en paralelo.

ATmega328 tiene tres tipos de memoria:

Memoria Flash: 32 KB memoria no volátil. Esto se utiliza para almacenar la aplicación, lo que explica por qué no es necesario cargar la aplicación cada vez que desenchufa Arduino de su fuente de alimentación.

memoria SRAM: 2 KB de memoria volátil. Esto se utiliza para almacenar las variables utilizadas por la aplicación mientras se está ejecutando.

memoria EEPROM: memoria no volátil de 1 KB. Esto se puede utilizar para almacenar datos que deben estar disponibles incluso después de la junta se apaga y luego se enciende de nuevo.



Vayamos brevemente algunas de las características de este MCU:


paquetes:

Este MCU es un paquete DIP -28 , lo que significa que tiene 28 pines en el dual in-line package . Estos pines incluyen la energía y los pins de I / O . La mayoría de los pasadores son multifuncionales , lo que significa que el mismo pin puede ser utilizado en diferentes modos en función de cómo se configura en el software. Esto reduce el número de pines necesario, porque el microcontrolador no requiere un pasador separado para cada función . También puede hacer su diseño más flexible , debido a la conexión de E / S puede proporcionar múltiples tipos de funcionalidad .

Otros paquetes de ATmega328 están disponibles como TQFP -32 el paquete de SMD ( Surface Mount Device ) .


Dos paquetes diferentes del ATmega328 . Imágenes cortesía de Sparkfun y Wikimedia .


Poder:

El MCU acepta tensiones de alimentación de 1,8 a 5,5 V. Sin embargo , existen restricciones en la frecuencia de funcionamiento ; por ejemplo, si desea utilizar la frecuencia de reloj máxima ( 20 MHz) , se necesita una tensión de alimentación de al menos 4,5 V.


E / S digital :

Este MCU tiene tres puertos : PORTC , PORTB , y PORTD . Todos los pines de estos puertos se pueden utilizar para fines generales de E / S digital o de las funciones alternativas indicadas en el pinout a continuación. Por ejemplo , PORTC pin0 al pin 5 puede ser entradas ADC en lugar de E / S digital .

También hay algunos pasadores que se pueden configurar como salida PWM. Estos pines están marcados con " ~ " de la placa Arduino .

Nota : El ATmega168 es casi idéntica a la ATmega328 y son compatibles pin . La diferencia es que el ATmega328 tiene más memoria flash - 32KB , 1 KB EEPROM y la RAM de 2 KB en comparación con el flash de la ATmega168 16KB , 512 bytes de EEPROM y la RAM de 1 KB.









Entradas ADC :

Este MCU tiene seis canales PORTC0 - a - PORTC5 con resolución de 10 bits convertidor A / D . Estos pines están conectados a la cabecera analógica en la placa Arduino .

Un error común es pensar en la entrada analógica como entrada dedicada por sólo una función / D , como el encabezado en los estados de mesa " Analog " . La realidad es que se puede utilizar como E / S digitales o A / D .


diagrama de bloques ATmega328 .
Como se muestra en el diagrama de arriba (a través de las huellas rojos), los pasadores relacionados con la unidad de A / D son:


  • AVCC : El pin de alimentación para la unidad de A / D .
  • AREF : El pin de entrada usa opcionalmente si desea utilizar una referencia de tensión externa de ADC en lugar de la Vref interna. Puede configurar que el uso de un registro interno .


registros internos para la selección de la fuente Vref .

UART periférica:

Un UART (Asynchronous Receiver universal / transmisor ) es una interfaz serie . El ATmega328 tiene sólo un módulo UART .

Los pasadores (RX , TX) de la UART se conectan a un circuito convertidor de USB a UART y también conectados a pin0 y pin1 en la cabecera digital. Usted debe evitar el uso de la UART si ya lo está utilizando para enviar / recibir datos a través de USB .


SPI periférica:

El SPI ( Serial Peripheral Interface) es otra interfaz en serie . El ATmega328 tiene sólo un módulo SPI .

Además de usarlo como una interfaz en serie , sino que también se puede utilizar para programar el MCU utilizando un programador independiente. Se puede llegar a los pines del SPI de la cabecera junto a la MCU en la placa Arduino UNO o desde la cabecera digital de la siguiente manera :
11 < - > MOSI
12 < - > MISO
13 < - > SCK


TWI :

El I2C o interfaz de dos cables es una interfaz que consiste en sólo dos cables , datos de serie, y un reloj en serie : SDA , SCL .

Se puede llegar a estos pines de los últimos dos pasadores en la cabecera digital o pin4 y pin 5 en la cabecera analógica.


Otra funcionalidad :

Otra funcionalidad se incluye en la MCU, tal como la ofrecida por los módulos de temporizador / contador. Puede que no sea consciente de las funciones que no se utiliza en su código. Se puede hacer referencia a la hoja de datos para obtener más información .

Arduino parte del UNO R3 de MCU .


Volviendo al diseño electrónico, la sección microcontrolador tiene la siguiente:

ATmega328-PU: La MCU que acabamos de hablar.
LIO y IOH (Digital) Cabeceras: Estas son las cabeceras de la cabecera digital para los pines 0 a 13, además de GND, AREF, SDA, y SCL. Tenga en cuenta que RX y TX desde el puente USB están conectados con pin0 y el pin 1.
AD Cabecera: La cabecera de pines analógicos.
16 MHz resonador cerámico (CSTCE16M0V53-R0): Conectado con XTAL2 y XTAL1 de la MCU.
Restablecer PIN: Este es sorprendido con una resistencia de 10K para ayudar a prevenir restablece espurias en ambientes ruidosos; el pasador tiene una resistencia interna de pull-up, pero de acuerdo con la nota AVR Hardware aplicación Consideraciones de diseño (AVR042), "si el entorno es ruidoso, puede ser insuficiente y restablecer pueden ocurrir esporádicamente." reset se produce cuando el usuario presiona el reinicio botón o si se emite un restablecimiento desde el puente USB. También puede ver el diodo D2. El papel de este diodo se describe en la misma nota app: "Si no se utiliza la programación de alto voltaje, se recomienda añadir un diodo de protección ESD de RESET para Vcc, ya que esto no es interna, debido a la programación de alto voltaje".
C4 y C6 100nF Condensadores: Estos se añaden para filtrar el ruido de suministro. La impedancia de un condensador disminuye con frecuencia:
xc
xc
 = 12πfC
12πfC

Los condensadores dan ruido de alta frecuencia las señales de un camino de baja impedancia a tierra. 100nF es el valor más común. Leer más acerca de condensadores en el libro de texto AAC.
PIN13: Este está conectado al pin SCK desde la MCU y también está conectado a un LED. La placa Arduino utiliza una memoria intermedia (la LMV358) para conducir el LED.
ICSP (In-Circuit Serial Programming) Cabecera: Se utiliza para programar los ATmega328 utilizando un programador externo. Está conectado a la interfaz In-System Programming (ISP) (que utiliza los pines SPI). Por lo general, no es necesario utilizar esta forma de programación porque gestor de arranque se encarga de la programación de la MCU de la interfaz UART que está conectada mediante un puente al USB. Esta cabecera se utiliza cuando se necesita el flash de la MCU, por ejemplo, con un cargador de arranque por primera vez en la producción.



Como ya comentamos en la sección "Sistema de Arduino UNO general", la función de la parte de puente de USB a UART es convertir las señales de interfaz USB a la interfaz UART, que comprende el ATmega328, utilizando un ATmega16U2 con un transceptor USB interno . Esto se hace usando un firmware especial cargado en el ATmega16U2.Como ya comentamos en la sección "Sistema de Arduino UNO general", la función de la parte de puente de USB a UART es convertir las señales de interfaz USB a la interfaz UART, que comprende el ATmega328, utilizando un ATmega16U2 con un transceptor USB interno . Esto se hace usando un firmware especial cargado en el ATmega16U2.

Desde una perspectiva de diseño electrónico, esta sección es similar a la sección microcontrolador. Este MCU tiene una cabecera ICSP, un cristal externo con condensadores de carga (CL), y un condensador de filtro Vcc.

Observe que hay resistencias en serie en la líneas D + y D- de USB. Estos proporcionan la impedancia de terminación adecuada para las señales de USB. Aquí es un poco de lectura adicional acerca de estas resistencias:

¿Por qué resistencias en serie de datos USB
Los desarrolladores FAQ USB
Z1 y Z2 son resistencias dependientes de voltaje (RDT), también llamados varistores. Se utilizan para proteger las líneas USB contra los transitorios de ESD.

El condensador de 100nF conectada en serie con la línea de reset permite que los Atmega16U2 para enviar un impulso de reposición a la Atmega328. Puede leer más sobre este condensador aquí.


El poder

Para una fuente de energía, usted tiene la opción de utilizar el USB o una toma de CC. Ahora es el momento de responder a la siguiente pregunta: "¿Si conecto tanto un adaptador de CC y el USB, que será la fuente de energía"

El regulador de 5V es la NCP1117ST50T3G y el Vin de este regulador se conecta a través de jack de entrada de CC a través del diodo M7, la versión SMD del famoso diodo 1N4007 (PDF). Este diodo proporciona protección de polaridad inversa.

La salida del regulador de 5V está conectada al resto de 5V neta en el circuito y también a la entrada del regulador de 3.3V, LP2985-33DBVR. Puede acceder directamente desde 5V 5V el pin cabezal de alimentación.

Otra fuente de 5V es USBVCC que está conectado al drenaje de un FDN340P, un MOSFET de canal P, y la fuente está conectada a la red de 5V. La puerta del transistor está conectado a la salida de un op-amp LMV358 utilizado como comparador. La comparación es entre 3V3 y Vin / 2. Cuando Vin / 2 es más grande, esto producirá una alta salida del comparador y el MOSFET de canal P está apagado. Si no hay Vin aplicada, la V + del comparador se tira hacia abajo a GND y Vout es baja, de manera que el transistor está encendido y el USBVCC está conectado a 5V.

Desde una perspectiva de diseño electrónico, esta sección es similar a la sección microcontrolador. Este MCU tiene una cabecera ICSP, un cristal externo con condensadores de carga (CL), y un condensador de filtro Vcc.

Observe que hay resistencias en serie en la líneas D + y D- de USB. Estos proporcionan la impedancia de terminación adecuada para las señales de USB. Aquí es un poco de lectura adicional acerca de estas resistencias:

¿Por qué resistencias en serie de datos USB
Los desarrolladores FAQ USB
Z1 y Z2 son resistencias dependientes de voltaje (RDT), también llamados varistores. Se utilizan para proteger las líneas USB contra los transitorios de ESD.

El condensador de 100nF conectada en serie con la línea de reset permite que los Atmega16U2 para enviar un impulso de reposición a la Atmega328. Puede leer más sobre este condensador aquí.






mecanismo de conmutación de fuente de alimentación



El LP2985-33DBVR es el regulador 3V3 . Tanto los reguladores 3V3 y 5V son LDO ( caída baja) , lo que significa que pueden regular la tensión incluso si el voltaje de entrada está cerca de la tensión de salida . Esta es una mejora sobre los reguladores lineales más antiguos, como el 7805 .

Lo último que voy a hablar es la protección de la energía que se proporciona en la placa Arduino UNO .

Como se mencionó anteriormente , VIN de un jack DC está protegido de polaridad inversa mediante el uso de un diodo M7 en serie en la entrada. Tenga en cuenta que el pin VIN en el cabezal de alimentación no está protegida. Esto se debe a que está conectado después de que el diodo M7 . En lo personal , no sé por qué decidieron hacer eso cuando podrían conectarlo antes de que el diodo para proporcionar la misma protección .




pin VIN del cabezal de alimentación



Cuando se utiliza USB como fuente de energía , y para proporcionar protección a su puerto USB , hay un PTC ( coeficiente de temperatura positivo) fusible ( MF- MSMF050-2 ) en serie con el USBVCC . Esto proporciona protección contra sobrecorriente , 500mA . Cuando se alcanza un límite de sobrecorriente , la resistencia PTC aumenta mucho. La resistencia disminuye después se retira la sobrecorriente.

La lectura de los circuitos robustos post sobre la protección de Arduino es muy útil .



Ahora debería estar más familiarizado con el diseño electrónico de la Arduino UNO y tener una mejor comprensión de su hardware. Espero que esto ayuda a que sus proyectos de diseño en el futuro!
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Echa un vistazo a algunos de los recientes avances en hardware de videojuegos que hacen posible VR 


Si usted ha tomado un vistazo a la industria de hardware de videojuegos últimamente , parece que los diseñadores apuestan por la realidad virtual ( VR ) como el camino hacia el futuro . Las empresas que han estado en el juego durante mucho tiempo están agregando sus propias contribuciones ; Sin embargo , en este momento único , muchas empresas que son relativamente nuevos en hardware de videojuegos también están saltando en . Con nombres como Facebook y HTC subir a bordo , hardware VR proviene de fuentes extraño y desconocido con más y más variedad .

La primera innovación de hardware dirigido a VR viene de una fuente cercana : Nvidia . Nvidia es responsable de la creación de muchas de las tarjetas gráficas de alto rendimiento que se pueden encontrar en muchos ordenadores modernos . Con el interés en la realidad virtual en la subida, Nvidia tomó la decisión crítica para aspirar a un mayor rendimiento VR con sus nuevas tarjetas emblemáticos, la GTX 1070 y 1080.

La primera innovación de hardware dirigido a VR viene de una fuente cercana : Nvidia . Nvidia es responsable de la creación de muchas de las tarjetas gráficas de alto rendimiento que se pueden encontrar en muchos ordenadores modernos . Con el interés en la realidad virtual, Nvidia tomó la decisión crítica para aspirar a un mayor rendimiento VR con sus nuevas tarjetas emblemáticos, la GTX 1070 y 1080 .

La GTX 1080. Imagen cortesia de Nvidia.


La GTX 1080 tiene el impulso del 25% habitual en el rendimiento general, en comparación con su predecesor, pero en aplicaciones VR-específicas, Nvidia afirma que puede alcanzar un aumento del 100%. VR videojuegos son, como era previsible, muy pesado en las tarjetas gráficas. Sin embargo, son pesadas de manera específica. La tarjeta gráfica no sólo debe prestar al entorno que rodea al jugador, pero hacerla a partir de dos puntos de vista diferentes (para dos ojos). Este tipo de carga se llama multiprojection, y es la misma carga causada por varios monitores.

Creación de una GPU que puede manejar estas dos cargas diferentes puede producir un aumento significativo en el rendimiento. Este diseño dirigido, junto con los avances de fabricación, tales como la fabricación de 16 nanómetros y mejoradas capacidades de refrigeración, crea una tarjeta de gráficos que pueden redefinir el hardware de vídeo.


Tal vez el componente más crítico de la realidad virtual del juego es el dispositivo de realidad virtual. Puede parecer que muchos auriculares son pantallas más pequeñas simplemente ponen más cerca de los ojos del jugador, pero para un auricular para sentirse realmente envolvente que deben ser fabricados y calibrados para ser tan preciso como nuestros propios sentidos.

Como resultado, los dos auriculares líderes han sido objeto de años de pruebas antes de ser liberado a los consumidores. Ambos modelos han provenido de fuentes poco probables: el Oculus Rift de Facebook y el Vive de HTC. El Oculus es quizás mejor conocido por su éxito pedal de arranque y las versiones anteriores de los kits de desarrollo.


El Oculus


El Oculus es el más simple de los dos auriculares , que consiste en un enfoque más " escueto " de VR . Todo lo que viene en el paquete es un auricular , un monitor de movimiento , y un controlador de Xbox One . El auricular consta de balizas de infrarrojos que son monitoreados por el monitor de movimiento , y las piezas del controlador de software esta información en datos utilizables . El cable de los auriculares es corto , como el Oculus está destinado principalmente para ser usado cuando se permanece inmóvil en un escritorio . Como resultado , el control de movimiento tiene un asiento trasero al controlador de Xbox .


El auricular HTC Vive. Imagen cortesía de HTC .



El Vive utiliza material similar al del Oculus , con algunas excepciones . Mientras que el sistema de detección utiliza luz infrarroja para localizar el auricular en el espacio, la metodología es muy diferente de la del Rift . El sistema utiliza dos " faros " que cada consisten de dos láseres que giran en ejes diferentes . El Vive es capaz de utilizar estos láseres y fotosensores en el auricular para determinar con precisión su ubicación . Esto es crucial porque el Vive está destinada a pie y el uso en movimiento , en lugar de sentarse uso como el Oculus . Junto con un mejor seguimiento , el Vive incorpora un cable más largo y control de movimiento de mano.


Una mirada al interior de un faro Vive. Imagen cortesía de Gawker .


La mayor parte del hardware que rodea VR está diseñado para proporcionar la mejor experiencia posible , y que el hecho de impedir una cosa en particular: el mareo por movimiento . La enfermedad de movimiento en la realidad virtual puede ser causado por cualquier número de cosas tales como la baja tasa de fotogramas , la alta latencia , y el seguimiento impreciso. Para combatir las gotas de imágenes por segundo , ambos auriculares tienen fuertes "especificaciones mínimas recomendadas ", incluyendo una tarjeta de $ 300 de gráficos ( La GTX 970 ) y 8 GB de memoria. Si no está claro por qué es importante tasa de fotogramas , simplemente ver el vídeo comparando diferentes tasas de refresco . El extremo inferior hace que las faltas de definición , mientras que el extremo superior es lisa y más real .

Oculus anuncia que el " sintonizado " longitud precisa de él es cortes de cables HDMI hacia abajo en la latencia , y ambos auriculares tienen medidas de software en lugar de reducir la latencia . La opción de diseño más interesante puede ser el medio de seguimiento de posición . La mayoría de las aplicaciones de seguimiento de la posición utilizan alguna combinación de acelerómetro , magnetómetro , etc., para colocar con precisión un objetivo en el espacio. Mientras que muchos de los primeros auriculares de realidad virtual experimentaron con este método de seguimiento de movimiento , desplazamiento posicional era un problema grave que finalmente fue resuelto por el cambio a los rastreadores de posición externa .


El mercado VR seguirá creciendo en los próximos años y que deberíamos esperar ver no sólo el hardware más avanzado, pero también soluciones inteligentes para la ampliación de los entornos virtuales y hacer una experiencia aún más envolvente . Incluso en este año , hay muchas empresas que están por venir adelante con su hardware VR 2016 , a saber, AMD y Razer .
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