Schmitt, Otto Herbert

Otto Herbert Arnold Schmitt ( ing.  Otto Herbert Arnold Schmitt , 6 de abril de 1913 - 6 de enero de 1998) fue un biofísico , inventor , ingeniero y administrador de la ciencia estadounidense que hizo una contribución significativa al desarrollo de métodos y medios técnicos de la biomedicina. investigar. En la década de 1930, Schmitt inventó un elemento de umbral no lineal, el disparador Schmitt  , y mejoró las etapas electrónicas básicas: una etapa diferencial , un seguidor de cátodo y un amplificador de CC modulador-demodulador ; en la década de 1940, Schmitt inventó un visualizador de señales electrocardiográficas y un transductor de estímulo de RF sin contacto para dispositivos electrofisiológicos .

Biografía

Origen. Primeros trabajos

Otto Schmitt nació en una próspera familia luterana en St. Louis [4] . Los padres ya ancianos de Otto administraron conjuntamente el negocio familiar; el hermano mayor Francis, que estaba destinado a convertirse en el mentor y mecenas de Otto, era diez años mayor que él [5] . En 1927, cuando Otto pasó de la escuela primaria a la secundaria, Francis recibió su doctorado en fisiología de la Universidad St. Louis Washington y realizó un trabajo posdoctoral en la Universidad de Berkeley , y luego se fue a Europa [5] . En el otoño de 1929, Francis regresó a la Universidad de Washington como profesor en el Departamento de Zoología , que se había mudado recientemente a un nuevo edificio y prácticamente no tenía equipo de laboratorio [5] . Schmitt, de dieciséis años, se convirtió en el primer asistente del hermano mayor en la organización del laboratorio, adquiriendo así experiencia en instrumentación práctica e investigación científica [5] . Por recomendación de profesores que notaron a un estudiante talentoso, Schmitt Jr. aprobó los exámenes antes de lo previsto para el último año del plan de estudios escolar y en septiembre de 1930 ingresó al programa de pregrado en la Universidad de Washington [1] . Al no tener planes firmes para el futuro, Otto se centró simultáneamente en dos disciplinas: zoología y física [1] .

En marzo de 1931, cuando Otto, de diecisiete años, aún estaba en su primer año, la revista Science publicó su primer artículo científico ("Método de estabilización de la temperatura mediante lámparas de vacío "); En total, en 1931-1934, Otto se convirtió en autor de ocho artículos en revistas arbitradas (tres solo y cinco en colaboración con su hermano) [1] [6] . En marzo de 1933, presentó una solicitud de patente y un año después recibió una patente estadounidense sobre el principio de utilizar fuentes de corriente en pentodos como carga activa de etapas amplificadoras , lo que permitía multiplicar su ganancia [7] . Pronto, la corporación RCA utilizó la idea de Schmitt y se negó rotundamente a pagar regalías al inventor sin una decisión judicial [7] . Los costos de los litigios fueron prohibitivamente altos para Schmitt, se negó a continuar con la disputa y, en los años siguientes, a menudo ni siquiera intentó patentar sus propias ideas e invenciones [7] .

Al final de su carrera universitaria, en el verano de 1934, Otto pasó a los estudios de doctorado  - también en la intersección de la zoología y la física - y, bajo la dirección de Francis, comenzó a desarrollar métodos biofísicos para estudiar el sistema nervioso [1] . En menos de tres años, construyó un soporte experimental: una calculadora analógica que simulaba la generación y el paso de señales eléctricas en los nervios; en el marco de este proyecto, inventó sus soluciones de circuitos más importantes, descritas por primera vez en su tesis doctoral [1] . Su defensa tuvo lugar en mayo de 1937 y fue recompensada con una beca anual del Consejo Nacional de Academias Científicas ; en agosto, Schmitt se casó con su compañera de estudios y asistente, la profesora de matemáticas Viola Munsch, y en septiembre los recién casados ​​fueron al University College London , al laboratorio del premio Nobel Archibald Hill [2] . En Inglaterra, Schmitt preparó para su publicación artículos que describían sus desarrollos en 1934-1937, incluido un artículo publicado en enero de 1938 sobre el "disparador de termión" ( disparador de Schmitt ), y participó en estudios biofísicos experimentales del sistema nervioso del calamar (debido al gigantesco tamaño de los axones, los calamares sirvieron como un organismo modelo conveniente ) [2] .

Años de guerra y posguerra

Al regresar a la Universidad de Washington unos días antes del estallido de la Segunda Guerra Mundial , Schmitt se contentó con un puesto modesto como profesor asistente, sin dejar tiempo para la investigación científica y sin prometer crecimiento profesional [8] . La situación cambió solo en la primavera de 1941, cuando Francis, quien dirigía el Departamento de Biología en el Instituto de Tecnología de Massachusetts , trató de atraer a Otto hacia él [8] . Schmitt, que no quería permanecer a la sombra de su hermano mayor, logró obtener condiciones favorables del liderazgo de la Universidad de Washington y cambió a un trabajo educativo y científico completo con su propio presupuesto para investigación y supervisión científica de estudiantes de posgrado [8] . Sin embargo, pronto ante la insistencia de Vanivar Bush, Schmitt fue movilizado para la investigación militar aplicada, primero en la Universidad y, desde enero de 1942, en el Laboratorio Estatal de Instrumentos Aerotransportados (AIL) en Long Island [3] . Durante la guerra, Schmitt diseñó y probó magnetómetros antisubmarinos , simuladores de vuelo y dispositivos para desmagnetizar barcos [3] . Entre las invenciones de Schmitt de este período se encuentra una pantalla estereoscópica para estaciones de radar desclasificada después de la guerra , que permitía al operador ver el objetivo en un ángulo elegido arbitrariamente [3] . Este y sus otros inventos fueron patentados ante la insistencia de la dirección del laboratorio; Schmitt mismo no estaba interesado en patentar y transfirió todos los derechos de su trabajo al gobierno federal [3] .

En septiembre de 1946, los Schmitt regresaron a St. Louis: a pesar de que sus ingresos se redujeron en más del doble, preferían el trabajo puramente científico en la universidad al servicio en la entonces privatizada AIL [9] . Schmitt reanudó la investigación sobre el sistema nervioso de los calamares y en 1948 publicó una descripción de su próximo gran invento: un transductor de impulsos de estímulo de radiofrecuencia sin contacto [9] . Habiendo asumido el cargo de profesor titular en 1949 , Schmitt se centró en la adaptación de los desarrollos de aplicación militar para la medicina práctica [9] . El primer resultado de este trabajo fue el "electrocardiógrafo estereovectorial" (SVEC), una pantalla de ECG tridimensional basada en sus inventos de guerra [9] .

Actividades administrativas y sociales

Schmitt hasta el final de su vida trabajó en la intersección de la medicina y la electrónica; a fines de la década de 1960, fue él quien introdujo el concepto de biomimética , en ruso, bionics [9] . A lo largo de los años, se sumergió cada vez más en el aspecto organizativo y social de la actividad científica; al no tener experiencia en política intrauniversitaria, a nivel nacional resultó ser un coordinador y propagandista de la ciencia sumamente activo y eficaz [10] . Schmitt fue el origen de muchas asociaciones científicas y profesionales y estaba en constante movimiento, viajando dentro y fuera del país (solo en 1960 voló más de 80 mil millas en viajes de negocios) [10] . En 1958-1961, encabezó el Consejo Científico de Medicina Espacial de la Fuerza Aérea de EE. UU. , en la década de 1970, el Consejo sobre la Seguridad Médica de las Comunicaciones en Ondas Muy Largas [10] . En la universidad, Schmitt se negó a establecer un departamento especial de biofísica, pero a nivel nacional logró el reconocimiento de los Institutos Nacionales de Salud , que distribuyeron fondos estatales para la ciencia, la biofísica como una disciplina separada [10] . Schmitt todavía no confiaba en el lado legal y patentado de la actividad científica e instó a sus colegas científicos a no interferir con el "robo de ideas" por parte de aquellos que pueden ponerlas en práctica: "Alrededor de una vez al mes puedo dejar que los empresarios o los políticos roben mi idea... es solo una forma de difundir lo nuevo. Esta es una “estrategia de marketing” que me permite introducir una idea útil en la sociedad sin contactar ni a los financistas ni a los funcionarios” [11] . Al difundir el conocimiento, Schmitt se basó principalmente en la comunicación personal y el habla oral; escribió poco y publicó poco [9] . El único libro "escrito" por él solo ("Investigación electrónica e informática en problemas biomédicos") es una transcripción literal de un seminario de tres días realizado en septiembre de 1961 [9] .

En 1979, Schmitt fue elegido miembro de pleno derecho de la Academia Nacional de Ingeniería ; Entre los reconocimientos y premios profesionales que recibió se encuentran el Premio Morlock (1963), la Medalla del Centenario (1987) y el Premio a la Trayectoria (1987) del Instituto de Ingenieros Eléctricos y Electrónicos [12] . En 1983, según los estatutos de la universidad, Schmitt, de setenta años, pasó al puesto de emérito [9] . Frustrado por el hecho de que muchos colegas lo percibían no como un científico enciclopédico, sino como un fabricante de instrumentos, Schmitt se concentró en actividades sociales [12] . Condenó el malsano, desde su punto de vista, estado de la política sanitaria nacional e insistió en su reforma desde una sólida posición científica [12] . El enfoque racional y científico de la administración de medicamentos de Schmitt coexistía con una creencia irracional en la relación entre el cuerpo y la mente, lo que a lo largo de los años lo llevó a reconocer la posibilidad de fenómenos paranormales [12] (según las memorias de Schmitt, él creía en lo sobrenatural ). ya a la edad de siete años, habiendo experimentado una visión del fantasma de su abuela muerta [5] ).

Schmitt permaneció activo hasta la muerte de su esposa en 1994; dejado solo, comenzó a desvanecerse rápidamente [12] . Tres años más tarde, Schmitt, que padecía la enfermedad de Alzheimer , murió en un asilo de ancianos en Minneapolis [12] .

Patrimonio científico

Las mayores áreas de interés de Schmitt en términos de número de publicaciones fueron la electrocardiografía práctica (93 trabajos) y temas interdisciplinarios de instrumentación biomédica o clínica [13] . Varios artículos de la década de 1960 trataron problemas de cronobiología ; en 1970, Schmitt se convirtió en coautor del programa estadounidense de investigación cronobiológica espacial (parcialmente implementado) [13] . 21 El trabajo de Schmitt está dedicado a la electrofisiología experimental : características de corriente-voltaje de las membranas celulares , cambios en la resistencia y capacitancia de la membrana cuando son excitadas por un estímulo externo y propagación de estímulos eléctricos [14] . El trabajo de este círculo, a juzgar por la importancia de los temas, el nivel de las revistas y el nivel de los coautores (incluidos los premios Nobel Archibald Hill y Bernard Katz ), es el mayor logro de Schmitt [14] . Sin embargo, estaba destinado a entrar en los libros de texto no como biofísico, sino como el desarrollador del gatillo de Schmitt [15] .

Contribuciones a la electrónica

De los aproximadamente trescientos artículos publicados y sesenta patentes de Schmitt, menos del 3% están dedicados directamente a la electrónica, más precisamente, a la electrónica de dispositivos biomédicos [16] . Estos trabajos fueron de la mayor importancia práctica y trajeron el reconocimiento de Schmitt fuera de la comunidad de biofísicos [16] .

El disparador Schmitt  , un circuito no lineal con dos umbrales de conmutación, fue desarrollado por Schmitt solo en 1934-1937, como parte de un soporte experimental que simulaba el paso de señales eléctricas en las células nerviosas [16] . Schmitt sabía que cuando una señal eléctrica excita la membrana celular, sus resistencias activa y capacitiva cambian abruptamente y que los umbrales de transición de un estado "bajo" a un estado "alto" difieren [16] . Para simular las propiedades eléctricas de la membrana, utilizó un circuito en tres triodos (un amplificador de entrada y un par diferencial  , el disparador Schmitt real), que conectaban físicamente el condensador a la ruta de la señal por medio de un relé [16] . Schmitt presentó una descripción detallada, pero insuficientemente clara, del funcionamiento del circuito en su disertación doctoral en 1937, una descripción abreviada en un artículo de revista de 1938 [16] . No se sabe con certeza cómo el circuito de Schmitt se extendió más allá de los límites de la instrumentación biomédica [14] , pero (más precisamente, su principio incorporado en otras soluciones de circuitos) se convirtió en el elemento básico de la ingeniería de sistemas tanto analógicos como digitales, y el nombre de Schmitt ingresó a los libros de texto junto con los nombres de Kirchhoff y Thevenin [17] .

Otra publicación de Schmitt en 1937 describió una cascada diferencial para amplificar señales biológicas débiles [14] . Este tema, en contraste con el disparador de Schmitt, atrajo a muchos investigadores paralelos [18] [14] . En 1936-1937, Alan Blumlein y Franklin Offner propusieron sus versiones de la etapa diferencial , sin embargo, sus circuitos estaban diseñados para amplificar señales de alta frecuencia y no podían servir como amplificadores de CC [18] . El circuito de Schmitt de 1937, a su vez, suprimió de manera insatisfactoria el ruido de modo común, pero podía amplificar la corriente continua y no estaba construido sobre triodos, sino sobre pentodos [18] . En 1938, Schmitt publicó un nuevo diseño de etapa diferencial optimizado para operar en modo inversor asimétrico y capaz de amplificar corriente continua [19] [20] . Finalmente, en 1941, Schmitt publicó un análisis detallado del funcionamiento de la etapa diferencial, incluyendo el uso de retroalimentación local a través de resistencias de cátodo, y una configuración alternativa con dos fuentes de corriente y una resistencia de retroalimentación [21] .

El tercer gran invento de Schmitt, un transductor de estímulo de RF sin contacto para estudios electrofisiológicos, como el disparador de Schmitt, se remonta a sus experimentos en la década de 1930 [14] . Los biofísicos-experimentadores se enfrentaron al problema de las conexiones galvánicas y capacitivas entre la fuente de los impulsos excitatorios y el receptor (sensor) de la respuesta del organismo; la interferencia que llegaba a través de estas conexiones a la entrada de un amplificador de alta sensibilidad generaba una sobrecarga a largo plazo [22] . Schmitt sugirió romper la conexión en la ruta de excitación separando la fuente de pulso del electrodo de excitación con una capa de aire. El pulso de salida de la fuente se alimentaba a un simple generador de alta frecuencia de un solo tubo, y la señal generada era demodulada por un detector de diodo de germanio pasivo [ 23] . A diferencia de los transformadores de aislamiento, el convertidor Schmitt sin contacto distorsionaba ligeramente la forma del pulso y, por lo tanto, se convirtió en una parte indispensable de los dispositivos electrofisiológicos [14] .

Notas

1. ↑ 1 2 3 4 5 6 Harkness, 2002 , Universidad de Washington.
2. ↑ 1 2 3 Harkness, 2002 , Años posdoctorales.
3. ↑ 1 2 3 4 5 Harkness, 2002 , War Work.
4. ↑ Harkness, 2002 , Familia.
5. ↑ 1 2 3 4 5 Harkness, 2002 , Primeros años.
6. ↑ Harkness, 2002 , Nota 21 (lista completa).
7. ↑ 1 2 3 Schwan y Geselowitz, 2002 , p. 203.
8. ↑ 1 2 3 Harkness, 2002 , A Minnesota.
9. ↑ 1 2 3 4 5 6 7 8 Harkness, 2002 , Back to Minnesota.
10. ↑ 1 2 3 4 Harkness, 2002 , Más allá de las fronteras del campus.
11. ↑ Harkness, 2002 , Barra lateral 4: Programa de robo de ideas.
12. ↑ 1 2 3 4 5 6 Harkness, 2002 , Estadista senior de ciencia e ingeniería.
13. ↑ 1 2 Valentinuzzi, 2004 , pág. 44.
14. ↑ 1 2 3 4 5 6 7 Valentinuzzi, 2004 , pág. 43.
15. ↑ Abramashvili N. I., Ermolov P. P. We say Schmitt - we mean a trigger (en el 100.º aniversario del nacimiento de Otto Herbert Schmitt) // 9.ª Conferencia Científica y Técnica Internacional para Jóvenes "Problemas modernos de ingeniería de radio y telecomunicaciones RT-2013", abril 22-26, 2013, Sebastopol. — 2013.
16. ↑ 1 2 3 4 5 6 Valentinuzzi, 2004 , pág. 42.
17. ↑ Valentinuzzi, 2004 , pág. 45.
18. ↑ 1 2 3 Jung, 2005 , pág. 773.
19. ↑ Jung, 2005 , pág. 774.
20. ↑ Jung, 2005 , pág. 785.
21. ↑ Jung, 2005 , págs. 774-775.
22. ↑ Kimura J. Electrodiagnóstico en enfermedades de nervios y músculos: principios y práctica. - Prensa de la Universidad de Oxford. - Pág. 94. - ISBN 9780198029717 .
23. ↑ Schmitt O. Un estimulador de tejido acoplado por radiofrecuencia // Ciencia. - 1948. - No. 23 de abril. - Pág. 432. - doi : 10.1126/science.107.2782.432 .

Literatura

• Harkness J. Una vida de conexiones. Otto Herbert Schmitt, 1913–1998 // Física en perspectiva. - 2002. - Nº 4. - Pág. 456-490.
• Jung W. . Manual de aplicaciones de amplificadores operacionales. -Dispositivos analógicos/Elsevier, 2005. -ISBN 0916550265. —ISBN 0750678445.
• Schwan H., Geselowitz D. Otto H. Schmidt // Tributos conmemorativos. - 2002. - vol. diez.
• Valentinuzzi M. Otto Herbert Arnold Schmitt (1913–1998), pionero // Revista de ingeniería en medicina y biología del IEEE. - 2004. - Nº diciembre. - Pág. 42-46. -doi : 10.1109/ MEMB.2004.1378632 .

Enlaces

•  Fundación benéfica biomimética
• Biblioteca y Museo Bakken , Una vida de conexiones: Otto Herbert Schmitt,  1913-1998
• Centro de interpretación en línea Otto H. Schmitt Archivado el 15 de abril de 2012 en Wayback Machine , mantenido por la Universidad de  Minnesota

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