La presentación está disponible en:
Con motivo de la invitación recibida por Qualinnova Consulting S.L. para participar en la mesa redonda de empresas de la Summer School “Photonics and Laser Technologies” (http://optics.uvigo.es/school/) que organiza el Grupo de Óptica Física de la Universidade de Vigo, queremos compartir en nuestro blog la ponencia preparada y que trata de “La innovación y el Láser”, y esperamos que os resulte de interés.
El objetivo de la presentación es el de explicar, usando como referencia el láser, los conceptos de I+D+i, haciendo especial hincapié en la innovación. Esta tarea resulta sencilla puesto el láser es quizás uno de los descubrimientos más innovadores del último siglo y su aplicación ha impulsado el avance de la vida moderna en todas sus facetas.
El láser es un dispositivo que utiliza la emisión estimulada para generar un haz de luz coherente, y sus siglas significan en inglés Light Amplification Stimulated Emission of Radiation.
En 1916 Albert Einstein estableció de forma teórica la existencia de la emisión estimulada, un fenómeno de la mecánica cuántica, que supuso la base para el futuro descubrimiento de los láseres. Así pues, consideramos la emisión estimulada como Investigación básica, cuya definición según el Manual de Frascati (propuesto por la OCDE y documento de referencia para determinar qué actividades son de investigación y desarrollo) es:
Investigación básica: consiste en trabajos experimentales o teóricos que se emprenden fundamentalmente para obtener nuevos conocimientos acerca de los fundamentos de fenómenos y hechos observables, sin pensar en darles ninguna aplicación o utilización determinada.
En 1950 Alfred Kastler (Premio Nobel de Física 1966) propuso el método del bombeo óptico (optical pumping) que fue confirmado experimentalmente dos años después por Brossel, Kastler y Winter. Este experimento supuso un nuevo paso para el descubrimiento del láser, puesto que el bombeo es uno de los procesos básicos que hacen posible su funcionamiento. Referenciando de nuevo el Manual de Frascati, usamos este avance científico para introducir la definición de investigación aplicada/industrial:
Investigación aplicada/industrial: consiste también en trabajos originales realizados para adquirir nuevos conocimientos; sin embargo, está dirigida fundamentalmente hacia un objetivo práctico específico.
Ya hemos establecido alguna de las bases teóricas y experimentales que posibilitaron el desarrollo del láser, pero no podemos introducir su descubrimiento y desarrollo sin mencionar el Máser (Microwave Amplification by Stimulated Emissión of Radiation), verdadero precursor del láser, desarrollado en 1953 por Charles H. Townes y sus estudiantes de postgrado. Este dispositivo funciona con los mismos principios físicos que el láser pero produce un haz coherente de microondas, que tienen frecuencias más bajas que el espectro óptico. Los máseres se utilizan como estándares de frecuencia en relojes atómicos, como amplificadores electrónicos o en telescopios.
El primer láser fue construido por Theodore Maiman en 1960 con un cristal sintético de rubí bombeado por una lámpara de flash que producía un haz de luz coherente. El laser está compuesto por un medio activo dentro de una cavidad óptica altamente reflectante, y por un sistema de bombeo que proporciona energía a dicho medio, que en realidad es un material con propiedades específicas (puede ser sólido, líquido o gas y será el que determine el tipo de láser) que permiten la amplificación de la luz por emisión estimulada. La cavidad óptica está compuesta por dos espejos en disposición paralela, uno de los cuales debe tener una reflectividad del 100%.
Así pues, Maiman, con el primer láser, hizo un desarrollo experimental, que según el Manual de Frascati se define como:
Desarrollo experimental: consiste en trabajos sitemáticos basados en los conocimientos existentes, derivados de la investigación y/o experiencia práctica, dirigidos a la producción de nuevos materiales, productos o dispositivos; al establecimiento de nuevos procesos, sistemas y servicios, o a la mejora sustancial de los ya existentes.
En el caso del láser, se inventó un dispositivo que supuso un avance tecnológico pero cuya aplicación inmediata no se conocía, y fue por ello que se le denominó “una solución en búsqueda de un problema”. Sin embargo, no hubo que esperar muchos años hasta que las primeras aplicaciones prácticas comenzaron a surgir, como por ejemplo en el sector industrial para soldar elementos de chapa en la fabricación de vehículos o en el sector militar para marcar objetivos en la guerra de Vietnam en lo que se denominaba “bombas inteligentes”.
Durante los últimos cincuenta años se han encontrado innumerables aplicaciones de los láseres en todo tipo de sectores, industrial, comunicaciones, medicina, defensa, investigación o medioambiente, y esta tendencia irá en aumento en los próximos años. Es por ello que afirmamos que el láser es una innovación en sí mismo, ya que a partir de un dispositivo se han desarrollado otros y se han multiplicado su utilidad e influencia, de forma que cada nueva aplicación y cada nuevo diseño supone una innovación tecnológica.
Pero ¿Qué es innovación? Existen multitud de definiciones, como por ejemplo la de la Real Academia Española que considera que la innovación “es la creación o modificación de un producto, y su introducción en un mercado”, o innovación “es la aplicación de nuevas ideas, conceptos, productos, servicios y prácticas, con la intención de ser útiles para el incremento de la productividad”; pero para nosotros la más directa y menos restrictiva definición de innovación es:
“Todo cambio basado en el conocimiento que genera valor”
Cabe señalar que para que algo sea considerado innovación es necesario introducirlo y difundirlo en el mercado, es decir, buscarle una aplicación práctica que “genere valor” en la sociedad.
Antes de recurrir a la definición de tipos de innovación tecnológica del Manual de Oslo de la OCDE (referencia en materia de tipos de innovación) creemos necesario hacer otra clasificación de tipos de innovación de forma más genérica, separándola en innovación disruptiva e innovación incremental.
Innovación disruptiva: Término acuñado por Clayton M. Christensen y que describe aquellas innovaciones que son de naturaleza extremadamente revolucionaria y que llevan a los consumidores a adoptar nuevos paradigmas descartando los ya existentes.
Quizás uno de los ejemplos más claros de innovación disruptiva fue la aparición comercial del CD en 1982. Un CD es un soporte digital óptico usado para almacenar información, hecho a partir de un disco grueso de policarbonato de plástico al que se le añade una capa reflectante de aluminio, que reflejará la luz de un láser infrarrojo para su lectura. El primer CD fue fabricado en 1980 por Phillips, que desarrolló la parte óptica, y por Sony, que desarrolló la codificación digital y lectura. El CD cambió la manera de escuchar música y almacenar datos informáticos, suponiendo una revolución y dominando el mercado hasta la aparición del mp3 y los discos duros extraíbles.
Innovación incremental: creación de un valor añadido sobre un producto ya existente, mejorándolo en sus funcionalidades para su uso comercial.
Como ejemplo de innovación incremental hemos querido usar en la presentación los aparatos de fotodepilación láser de uso doméstico. Hasta hace menos de un año, la fotodepilación debía ser aplicado por profesionales del mundo de la estética en sus centros y de forma controlada, pero la aparición de nuevos aparatos compactos que utilizan láseres de diodo dan opción a una nueva funcionalidad que es la de su uso a nivel particular.
Según el Manual de Frascati, existen cuatro tipos de innovación tecnológica, que definiremos a continuación, y usaremos la industria de la automoción para poner ejemplos prácticos de cada una de esas innovaciones:
Innovación en producto: se corresponde con la introducción de un bien o de un servicio nuevo, o significativamente mejorado, en cuanto a sus características o en cuanto al uso a que se destina. Esta definición implica una mejora significativa de las características técnicas, de los componentes y los materiales, de la informática integrada, de la facilidad de uso u otras características funcionales.
Hemos elegido como innovación en producto un robot láser de uso industrial para la soldadura de la carrocería de vehículos. La innovación está en las características técnicas de este aparato que permite la automatización del proceso de soldadura (controlada por programas informáticos) y que posibilita ampliar el uso del láser en el sector industrial.
Innovación en proceso: es la introducción de un nuevo, o significativamente mejorado proceso de producción o de distribución. Ello implica cambios en las técnicas, los materiales y/o los programas informáticos.
El sector de la automoción necesita máxima flexibilidad y facilidad de automatización, y el láser ofrece ventajas considerables sobre las técnicas convencionales, de forma su uso en los procesos de producción han supuesto una innovación disruptiva en este sector desde la década de los 80.
Innovación en la organización: es la introducción de un nuevo método organizativo en las prácticas, la organización del lugar de trabajo o las relaciones exteriores de la empresa.
Un referente en la innovación de los procesos de organización ha sido siempre la empresa Toyota, que la lleva a su proceso de organización combinando la eficiencia y la calidad. El sistema de producción de Toyota (Toyota Production System, TPS) busca eliminar, a todos los niveles, cualquier forma de desaprovechamiento, de sobrecarga y de irregularidad en el proceso de producción. Se basa, por una parte, en la estandarización de procesos, y por otra, en el Kaizen (procesos de mejora continua), en la que los trabajadores deben señalar cualquier anomalía para que sea resuelta. Toyota se compromete con los trabajadores a desarrollar planes de formación a fin de alcanzar sus objetivos en términos de seguridad, calidad, costes y plazos de entrega.
Innovación en marketing: es la aplicación de nuevos métodos de comercialización que implique cambios significativos del diseño o el envasado del producto, su posicionamiento, su promoción o tarificación.
Con la aparición de las redes sociales como medio de comunicación cercano y directo, las empresas de automóviles están innovando en sus campañas de marketing para captar clientes a través de la web, diseñando aplicaciones para móviles o para facebook, sin olvidar las fuertes campañas publicitarias en televisión.
Sin embargo, en los últimos años la mayor innovación en marketing, así como en producto, en el sector de la automoción fue la aparición del Smart, un coche compacto y urbano con un estilo casi personalizado y que debía transmitir sensaciones al usuario.
Para refrendar la afirmación de que el láser es innovación en sí mismo, hemos incluido una gráfica en la presentación en la que se puede observar que la tecnología láser es la tercera en volumen de patentes y artículos científicos, sólo superada por ingeniería y ordenadores, lo que significa que un único dispositivo ha sido capaz de generar innumerables avances científicos y tecnológicos.
Las aplicaciones de los láseres forman parte de nuestra vida cotidiana y están presentes en infinidad de sectores, y con seguridad estarán en muchos más en los próximos años. Como consideramos que cada nuevo uso del láser es una innovación, para concluir queremos enumerar algunas de sus aplicaciones actuales y futuras:
Medicina:
– Presente: estética, endocirugía, oftalmología, digestivo, corte de epidermis.
– Futuro: detección precoz del cáncer, detección precoz del alzheimer.
Comunicaciones:
– Presente: comunicaciones ópticas, fabricación de semiconductores, códigos de barras, DVD’s, impresoras láser, punteros láser.
– Futuro: ordenadores cuánticos, materiales artificiales, incremento del almacenamiento en discos duros.
Defensa:
– Presente: guiado de misiles, destrucción de blancos, medición de distancias.
– Futuro: detección de metales y sustancias peligrosas.
Industria:
– Presente: marcado, perforado, taladrado, soldadura, corte
– Futuro: soldaduras con materiales ligeros para disminuir el peso de los automóviles, reducir costes en planta y ahorro de energía.
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