En 1995, cuando ingresé al INAOE como investigador, oí a otro compañero preguntar: “¿Newton descubrió el cálculo diferencial o lo inventó?”Esta pregunta ha estado en mi cabeza desde entonces.
Como investigador del área de óptica, la línea principal que desarrollo es el diseño de microsistemas ópticos (como formadores de imagen y para procesamiento de información). Así, en 2006 una estudiante se acercó a solicitar tema de tesis de maestría. Le pedí que hiciera una revisión bibliográfica sobre microsistemas ópticos formadores de imagen. Encontró un artículo de un investigador de apellido Dupparre, quien había fabricado un microsistema óptico formador de imagen basado en los ojos de aposición y superposición de algunos insectos. Vino a mi mente una pregunta similar a la que había escuchado en 1995: “¿Inventamos los sistemas ópticos formadores de imagen o los estamos descubriendo?”
¡Mmm! Es importante diferenciar entre sistemas ópticos formadores de imagen y la visión como un sentido del cuerpo humano. Un sistema formador de imágenes forma la imagen en dos dimensiones y la visión lo hace en tres. Sin embargo, la visión se compone de dos sistemas ópticos formadores de imagen que integran dos imágenes planas, pero diferentes (¡eso es tema de otro costal!). Es decir, los ojos son sistemas ópticos que forman imágenes planas o en dos dimensiones.
En este artículo me centraré en la mimetización (imitación) de los ojos de varios animales: el molusco marino, el pez, la ostra, la libélula y el escarabajo nocturno. Destacaré que un sistema formador de imagen consta del elemento óptico y de una superficie donde se forma la imagen.
En el proceso evolutivo registrado en fósiles, los “ojos” más simples aparecen como sensores de luz. Éstos evolucionan formando un cono de receptores de radiación. Después evolucionan hacia una superficie esférica invaginada en la piel. De este colector de luz surgen los ojos esféricos y los ojos compuestos (la transmisión, de la imagen formada por cada ojo, hacia el cerebro, y que también tratamos de imitar, son motivo de otro artículo).
El ojo del nautilus es considerado el sistema óptico formador de imágenes más simple. El nautilus es un molusco marino; su ojo es un orificio con una superficie esférica donde forma la imagen.
El ojo tal como una lente, lo encontramos en los peces. Son lentes, con simetría esférica, que forman la imagen en el fondo del ojo.
Las vieiras son un tipo de molusco parecido a las ostras, tienen 60 y 100 ojos distribuidos en la periferia de su cuerpo (por debajo de sus conchas). Estos ojos, todos, forman imágenes planas, manipulando la luz con espejos cóncavos.
La libélula posee un sistema óptico que forma la imagen por segmentos; es decir, tiene un ojo formado por microlentes (cientos y hasta miles de estos elementos ópticos), donde cada microlente forma un segmento de imagen del objeto.
El ojo del escarabajo nocturno también está formado por microlentes, pero en este ojo cada microlente forma la misma imagen en un mismo plano, es decir, sus microlentes superponen la imagen en el mismo plano.
Entonces, tenemos diversos ojos: de orificio, con lentes, con espejos y de múltiples microlentes. Desde el punto de vista de la física, estos ojos son elementos ópticos de apertura única (orificio, lentes y espejo), y de múltiple apertura (numerosas microlentes). Así, veamos sus imitaciones artificiales.
En 1839 Sir John F.W. Herschel registró la primer fotografía en un papel sensible a la luz. Sin embargo, el funcionamiento físico de este sistema formador de imágenes era conocido desde Aristóteles (siglo IV antes de Cristo).
La lente artificial más antigua data de hace más de 2 mil 700 años (lente de Nimrud, imperio Asirio); los arqueólogos suponen que se usó como concentrador de luz y como lupa. Otros descubrimientos arqueológicos llevan a la lente de Visby (Fröjel, Gotland, Suecia), cuya calidad de imagen es comparable con las fabricadas en 1950; data del siglo XI o XII. Entre el siglo XI y XIII se popularizó el uso de la “piedras de lectura”. Alrededor de 1595 y de 1608 aparecen el microscopio y el telescopio refractor. Desde entonces los sistemas formadores de imagen con lentes no han parado de desarrollarse.
Se tiene registro que los espejos (elementos formadores de imagen) datan desde hace más de 6 mil años. A Arquímedes, con su “rayo de fuego” o “vidrios que queman”, se le atribuye (controvertidamente) la fabricación y uso de espejos cóncavos, pero no para formar imágenes, sino como concentradores de energía. Larga es la lista de famosos científicos que contribuyeron al desarrollo de sistemas para formar imágenes, en particular en los telescopios.
Es difícil rastrear la historia de los ojos artificiales de múltiple apertura. Quizá el sistema de Arquímedes y los supuestos espejos que usó para combatir a los enemigos podría ser considerado como un ojo de superposición, aunque el uso fue concentrar energía. Los arreglos de telescopios apuntados a un mismo lugar del cielo también podrían considerarse ojos de superposición. Y cuando estos arreglos se usan para muestrear un “pedazo” de cielo podría ser considerado un ojo de aposición. Por otro lado, ojos artificiales de aposición y de superposición con elementos microópticos, se han fabricado con la tecnología actual para formar imágenes (quizá pronto las veamos en nuestros sistemas de “comunicación inteligente”.
En la ilustración, que acompaña a este texto, muestro los ojos del nautilus, de la vieira, del pez y un ojo de aposición (abeja), junto con sus contrapartes artificiales.
Podemos darnos cuenta que hemos inventado instrumentos que ya estaban en la naturaleza, con ciertos fines, y que después, con el raciocinio humano, le damos otros usos. Inventamos la cámara oscura para retener momentos de espacio y tiempo de nuestra vida personal, y ahora se usa como sistema de vigilancia por su tamaño físico.
El ojo natural evolucionó, y no se sabe con qué fin inicial, quizá para protección de depredadores, búsqueda de alimento y preservar la especie (búsqueda de pareja). Nuestros descubrimientos tienen los mismos fines; usamos los sistemas ópticos formadores de imagen para protección, para búsqueda de alimento y para búsqueda de pareja.
También es destacable que los ojos aparecen en el precámbrico (hace más de cinco millones de años), y a los seres humanos nos ha llevado alrededor de 4 mil años descubrirlos. ¿Descubriremos todos? ¿Los buenos? ¿Cuáles faltan?
Solamente cité cuatro tipos de ojos, pero podría citar a muchos otros animales más; por ejemplo, los terrestres (incluidos nosotros), la aves, los anfibios y otros insectos. Falta mucho por descubrir en otros ojos de otros animales, que seguramente, no hemos conocido.
