Hendrik Wade BodeVan Valkenburg, M. E. University of Illinois at Urbana-Champaign, "In memoriam: Hendrik W. Bode (1905-1982)", IEEE Transactions on Automatic Control AC-29 ( 3) marzo 1984, pp. 193–194. Quote: "Something should be said about his name. To his colleagues at Bell Laboratories and the generations of engineers that have followed, the pronunciation is boh-dee. The Bode family preferred that the original Dutch be used as boh-dah." (24 de diciembre de 1905-21 de junio de 1982) fue un ingeniero, investigador, inventor, autor, y científico estadounidense, de ascendencia neerlandesa. Como pionero de teoría de control moderna y telecomunicaciones electrónicas, él revolucionó el contenido y metodología de sus campos de investigación.
Hizo importantes contribuciones a la ingeniería de control y a las herramientas matemáticas para el análisis de la estabilidad de los sistemas lineales, inventando así los diagramas de Bode, el margen de ganancia y la ganancia de fase.
Bode fue uno de los grandes filósofos de la ingeniería de su era.Memorial tributes By National Academy of Engineering p. 54 También fue conocido y respetado en los círculos académicos de todo el mundo,Biography in Spanish así mismo es sumamente conocido por los estudiantes de ingeniería de control moderna por haber desarrollado los diagramas de magnitud y fase que llevan su nombre, el diagrama de Bode.
Las contribuciones de su investigación no solo fueron multidimensionales, sino que también fueron de largo alcance, extendiéndose incluso hasta el programa espacial de U.S.A.NASA Historical WebsiteBiographies of Aerospace officials and policy makers from NASA History Division
Educación Bode nació en Madison, Wisconsin. Su padre era profesor y un miembro de la facultad de la Universidad de Illinois. Bode entró en la Escuela Primaria Leal y rápidamente avanzó por el programa educativo de Urbana-Champaign para así graduarse de la preparatoria a la edad de 14 años.Leal Elementary School
Inmediatamente después de graduarse de la preparatoria, pidió admisión en la Universidad de Illinois pero le fue negada la entrada debido a su edad. Décadas más tarde, en 1977, la misma Universidad le dio un doctorado en Ciencias.
Finalmente aplicó y fue aceptado en la Universidad Estatal de Ohio, donde su padre daba clases, recibió su diploma en 1924, a la edad de 19, y posteriormente su Maestría en 1926, ambos títulos en Matemáticas.National Academies Press Tribute by Harvey Brooks Después de recibir su M.A., permaneció en su alma mater, trabajando como asistente de enseñanza, por un año.
Contribuciones tempranas en Bell Labs y doctorado Justo después de graduarse, fue contratado por Bell Labs en la ciudad de Nueva York, donde comenzó su carrera como diseñador de filtros electrónicos y ecualizadores.Filter Design Consecuentemente, en 1929, fue asignado al Grupo de Investigación Matemática,Mathematical Research Group at Bell Laboratories dónde se destacó en la investigación relacionada con la teoría de redes electrónicas y sus aplicaciones en las telecomunicaciones. Volvió a estudiar en la Universidad de Columbia, esta vez apoyado por Bell Labs y consiguió su doctorado en Física en 1935.Bell Labs
En 1938, desarrolló el diagrama de Bode, el cual despliega la respuesta en frecuencia de los sistemas de una manera clara. Su trabajo en Sistemas de Control Automático introdujeron innovadores métodos para estudiar la estabilidad de los sistemas que permitieron a los ingenieros investigar la estabilidad en el dominio del tiempo usando conceptos del dominio de la frecuencia como la ganancia de margen y la ganancia de fase, el estudio de los cuales fue complementado por sus ahora famosos diagramas. En esencia, su método hizo a la estabilidad transparente en los dominios de la frecuencia y del tiempo, y más aún, su método en la frecuencia resultó mucho más rápido y sencillo que el entonces tradicional análisis en el tiempo. Esto les dio a los ingenieros un análisis de estabilidad rápido y sencillo, además de un sistema de diseño que permanece en uso hoy en día. Junto con Harry Nyquist, desarrolló las condiciones teóricas aplicables a la estabilidad de circuitos amplificadores.
Segunda Guerra Mundial y nuevas invenciones Cambio de dirección Con la inminente llegada de la Segunda Guerra Mundial,Euronet.nl World War II Bode cambió su enfoque hacía las aplicaciones militares de su investigación en Sistemas de Control, un cambio que impactaría significativamente en toda su carrera. Él sirvió a su país trabajando en el Proyecto Director en Bell Labs.Mindell, David A., "Automation's Finest Hour: Bell Labs and Automatic Control in World War II", IEEE Control Systems, December 1995, pp. 72-80. (recibiendo fondos del Comité Nacional de Investigación de Defensa NDRC), desarrollando sistemas automáticos de control antiaéreo, donde la información de un radar era usada para proveer datos sobre la localización de las naves enemigas, el cual a su vez realimentaba los mecanismos de artillería antia-aérea para así lograr detectar y seguir la posición del enemigo, from MIT Institute Archives and Special Collections en otras palabras, permitía derribar automáticamente las naves enemigas con ayuda de un radar. Los servomotores usados eran accionados de manera eléctrica e hidráulica, el último siendo usado para el posicionamiento de equipo antiaéreo pesado.
Primeras armas robot y sistemas retro alimentados inalámbricos La señal de radar era asegurada y sus datos eran inalámbricamente mandados a un receptor en tierra que estaba conectado al sistema de control retroalimentado de artillería, causando así que el servo pudiera modificar su posición angular y mantenerla por un tiempo óptimo, para así disparar a las coordenadas calculadas (predichas) de su objetivo y derribarlo.
La predicción de las coordenadas era función del director T-10, una especie de computadora eléctrica, así llamada porque era usada para dirigir la posición del cañón con respecto al objetivo aéreo. También calculaba la velocidad promedio basado en la información de posición provista por el radar y predecía su localización futura tomando como base su asumida ecuación de plan de vuelo, el cual era usualmente una función lineal del tiempo. Este sistema funcionaba como una versión temprana del modelo de defensa de misil antibalística.Antiballistic Defence El Análisis estadístico era empleado para ayudar en la computación de la posición exacta del objetivo y para suavizar los datos obtenidos, removiendo las fluctuaciones de la señal y el ruido.From Communications Engineering to Communications Science: Cybernetics and Information Theory in the United States, France, and the Soviet Union by David Mindell, Jérôme Segal, Slava Gerovitch pp. 1-19. (From the book: Science and Ideology: A Comparative History, sous la direction de Mark Walker, Routledge, London, 2003, pp. 66-95.)
”Casamiento forzado” Bode realizó la primera retroalimentación inalámbrica en la historia de los sistemas de control automáticos al combinar las comunicaciones de datos inalámbricas, las computadoras eléctricas, principios estadísticos y la teoría de los sistemas de control retroalimentados. Él mostró su sentido del humor al llamar a esta unión interdisciplinaria “casamiento escopeta”,U.K. Gonville & Caius College Engineering student tribute haciendo referencia a los orígenes de su histórica artillería antia-aérea:”Esto, es un tipo de casamiento escopeta forzado ante nosotros por las presiones y problemas militares de la Segunda Guerra Mundial.” Él también lo describió como “un tipo de casamiento escopeta entre dos personalidades incompatibles.”
La pistola de artillería automatizada, también puede ser considerada como un arma robot. Su funcionamiento requiere el procesamiento de datos que era transmitido inalámbricamente a sus sensores para hacer una decisión basada en los datos recibidos usando una computadora a bordo, la cual controla la posición angular y el tiempo de disparo. En ese modelo se podía observar elementos de conceptos posteriores como el procesamiento de datos, automatización, inteligencia artificial, robótica, etc.
Estudios del Director T-10 Bode, además aplicó sus habilidades en amplificadores retroalimentados para diseñar el suavizado de la detección y posición del objetivo para un modelo del Director T-10 mejorado, llamado el Director T-15. El trabajo de este último fue tomado bajo un nuevo proyecto en Bell Labs titulado Estudios Fundamentales del Director en cooperación con la NDRC y bajo la dirección de Walter McNair.
La NDRC, la agencia fundadora de este proyecto, operaba bajo la Oficina de Investigación y Desarrollo Científico (OSRD).
Su investigación en Bell Labs, bajo la sección D-2 (Sección de sistemas de control) en algún momento llevó hacia otros desarrollos importantes en campos relacionados y sentó los cimientos para muchas invenciones de hoy en día. En el campo de la teoría de control, ayudó en el diseño y control de servomecanismos, lo cual es una parte crucial de la robótica moderna. El desarrollo de la teoría de comunicaciones de datos inalámbricos de Bode dio lugar a invenciones como los teléfonos móviles y las redes inalámbricas.
La razón del nuevo proyecto fue que el director T-10 encontró dificultades en el cálculo de la velocidad del objetivo por diferenciación de posiciones. Lo anterior debido a discontinuidades matemáticas, variaciones y ruido en la señal de radar. Esto podía ser mitigado al suavizar o promediar los datos, pero tales técnicas causaban retrasos en el lazo de retro alimentación que le permitían al objetivo escapar. Así mismo, los algoritmos del Director T-10 requerían varias transformaciones del sistema de coordenadas cartesianas al de coordenadas polares y después de regreso a las rectangulares, un proceso que introducía errores de aproximación.
Bode diseñó las redes computacionales de la velocidad del Director T-15 aplicando el método de las diferencias finitas en lugar del de diferenciación. Bajo este esquema las coordenadas eran guardadas en memoria mecánica, usualmente un potenciómetro. La velocidad era entonces calculada al tomar la diferencia entre coordenadas de la posición actual y la posición pasada (que se encontraban guardadas) y dividiendo por el respectivo tiempo. Este método era más robusto que el de diferenciación y también suavizaba las perturbaciones de la señal dado que el tamaño de paso de tiempo era menos sensible a picos de voltaje impredecibles. Así mismo introdujo por primera vez un algoritmo mejor adaptado a la teoría de procesamiento de señales discretas moderna, en lugar de la técnica clásica basada en cálculo y las señales análogas. Además el director T-15 operaba solo en coordenadas rectangulares y por lo tanto eliminaba los errores en la transformación de sistemas de coordenadas. Estas innovaciones en el diseño dieron mejoras substanciales en el desempeño, ya que el director T-15 era el doble de preciso y rápido que el modelo pasado.
La implementación del algoritmo de control de disparo y su extenso trabajo con amplificadores retroalimentados permitió un avance significativo en los métodos computacionales y abrió paso al eventual desarrollo de la computadora analógica,Analog Computer
Invenciones como esta, a pesar de sus orígenes militares, han tenido un impacto grande en la vida civil.
Usos Militares Anzio y Normandía Los cañones antiaéreos automatizados que Bode ayudó a desarrollar fueron exitosamente usados en numerosas ocasiones durante la guerra. En febrero de 1944, el sistema de disparo automático, basado en versiones anteriores del Director T-15, vio por primera vez acción en Anzio, Italia, donde ayudó a derribar a más de 100 naves enemigas. En el Día D, 39 unidades fueron desplegadas para proteger a los aliados.
Uso en contra de la bomba V-1