Ciclismo: ¿comodidad o rendimiento? Esa es la cuestión

Ciclismo: ¿comodidad o rendimiento? Esa es la cuestión

¡Vaya espectáculo el que estamos viendo en este descenso, Santi! dice Rubén Darío Arcila.

Yo no soy capaz de pedalear en esa posición. Acá vemos a Froome, que no se tira más hacia adelante porque no lo admite la física, pero así va sacando más diferencia y tomando más velocidad, frente a un grupo atrás que va encabezando el team Movistar responde Santiago Botero.

[…] Está manejando esto como si fuera un triciclo, por delante el pecho en el manillar. ¡Qué manera! Para muchos causará risa, pero esto es el arriesgue total […] advierte Goga.

Esto es lo que vale un tour y una camiseta amarilla… se inventa cualquier posición. Único, exclusivo, esto no se ve todos los días recalca Arcila.

[Gana] unos 10 segundos… hay que proponer a Chris Froome para el Circo del Sol, porque eso es difícil de hacer, explica Botero.

Esta conversación entre el pedalista Santiago Botero y los comentaristas Rubén Darío Arcila y Georgina Ruiz Sandoval, Goga, destaca el impresionante descenso de montaña de Chris Froome en la octava etapa del Tour de Francia 2016. Colgada en internet, es una escena emblemática de una maniobra muy exigente y peligrosa en la que el célebre británico se bajó del sillín y quedó apoyado sobre el marco de la bicicleta para adoptar una posición ultra aerodinámica que lo convirtió en una bala humana. Logró una velocidad de 90 kilómetros por hora y conquistó el liderato de la etapa y la camiseta amarilla.

Investigadores javerianos crean metodología de medición de variables para buscar un punto medio entre el confort y el rendimiento, conforme a cada ciclista.

Su osadía fue clave para ganar la competición, pero no fue la única. El ciclismo ha dado muchas otras imágenes alucinantes y hasta suicidas que revelan esa tensión de acoger una postura agresiva y aerodinámica, sacrificando el confort y poniendo en jaque la entrega de potencia, con miras a lograr una meta. En muchas ocasiones, esas variables riñen y ponen a prueba la capacidad mental y física del ciclista, como lo vivió el mismo Santiago Botero en octubre de 2002, cuando se coronó campeón mundial de contrarreloj.

Con eso en mente, y movidos por la pasión del deporte, dos investigadores javerianos, junto con otros nacionales e internacionales, desarrollaron una metodología para integrar esas variables, en aras de definir los mejores escenarios de desempeño para un ciclista. El rendimiento se mide, fundamentalmente, en el tiempo de carrera, mientras que el confort se divide en dos indicadores: la presión en los puntos de contacto entre la persona y la bicicleta, y las vibraciones que se trasmiten a través de ellos.

“Creamos una herramienta que estima el tiempo de carrera y el confort de ciclistas para seleccionar objetivamente la mejor postura para cada uno, considerando simultáneamente su confort y desempeño”, explica Alejandra Polanco. “Fue necesario desarrollar instrumentación y adaptar métodos que cuantifican el arrastre aerodinámico, la capacidad de entrega de potencia, la presión en puntos de contacto y la transmisión de vibraciones para cada ciclista”, agrega esta ingeniera mecánica, cuyos estudios doctorales en la Pontificia Universidad Javeriana se desarrollaron bajo la guía de Daniel Suárez, coautor de la investigación.

El resultado de sus pruebas realizadas con varios ciclistas colombianos para optimizar su postura de contrarreloj individual demostró que no se puede determinar un patrón generalizado para lograr confort y rendimiento, pues estos dependen mucho de las características de la bicicleta (tamaño, materiales, componentes, entre otros) y de la persona (condiciones antropométricas y estado físico y mental).

Los investigadores hallaron que lo más importante a la hora de determinar la mejor postura es el análisis de qué tanto mejora el parámetro aerodinámico (la resistencia del viento sobre el cuerpo) respecto a la capacidad de entrega de potencia. Además, las condiciones de la carrera como la velocidad, la dirección del viento y la inclinación de la vía también son relevantes para optimizar el desempeño.

En el ámbito amateur y profesional existen diversos equipos y métodos para hacer esas mediciones, con distintos niveles de sofisticación y complejidad. Están, por ejemplo, los sensores y los túneles de viento que usan algunos de los 19 equipos de ciclismo que pertenecen al UCI World Tour (dato coctelero: en el INEOS Grenadiers, equipo al que pertenecía Froome, los test de aerodinámica se ejecutan en los túneles de viento usados en la casa Ferrari para los vehículos de Fórmula 1). “Como la disponibilidad de estas herramientas es limitada, quisimos definir métodos que pudiéramos implementar en el ámbito local y que arrojaran datos de buena calidad. Eso es un valor agregado de nuestra investigación”, afirma Polanco, triatlonista aficionada y quien arrancó el 2021 con Head of the Race Lab, su emprendimiento de ciclismo.

“Al margen de los secretos deportivos que los equipos no revelan, las herramientas existentes son muy exigentes y dispendiosas si se quieren implementar en ruta. Las que desarrollamos nosotros para medir vibraciones y resistencia aerodinámica son económicas y rápidas, y las usamos para analizar la postura sin ir en detrimento del rendimiento, que no es un asunto trivial, porque la incomodidad sostenida deriva fácilmente en lesiones que impactan la salud”, asegura Suárez, cuyos intereses en la bioingeniería y los deportes lo han llevado a estudiar otras disciplinas, como el karate y el atletismo. Añade que “el uso de la bicicleta no solo es un deporte, también un medio de transporte, y nuestra aspiración es que nuestras investigaciones tengan mayor impacto en la sociedad, al servir como insumo para diseñar equipos deportivos, estrategias de entrenamiento o ciclorrutas, y orientar políticas públicas deportivas”.

En eso coincide el entrenador y biomecánico Jairo Monroy, para quien este tipo de estudios son muy valiosos, pues le dan peso y rigor científico a una actividad acaparada por personas que no están formadas para ello y por tecnologías que se venden como soluciones milagrosas: “Hoy hay muchos instrumentos en el mercado y apps para el análisis biomecánico; estéticamente son muy vistosas pero científicamente, muy cojas”. Hay aplicaciones que hacen múltiples mediciones: la aerodinámica, a partir de una foto frontal del deportista y del cálculo de lo que ocupa su cuerpo dentro del espacio en determinada posición, los ángulos del cuerpo al montar la bicicleta (por ejemplo, ángulo tibia-peroné o fémur-espalda), el centro de gravedad del cuerpo, los tiempos de pedaleo para detectar y corregir momentos muertos en ese proceso, la antropometría de una persona con miras a comprar la bicicleta que más se ajusta a su perfil, entre muchas otras. “Pero todas son tan específicas que resultan insuficientes para capturar la globalidad y complejidad del ejercicio. Arrojan información como si fuera una verdad absoluta y eso es muy peligroso, porque ponen en riesgo la salud. No son fórmulas magistrales ni suplen la valoración humana y especializada”, sostiene Monroy.

Hay muchas apps para el análisis biomecánico para deportistas; estéticamente son muy vistosas pero científicamente, muy cojas. La valoración humana y especializada es irremplazable”. Jairo Monroy, entrenador de pista, Programa Talentos Colombia del Ministerio de Deporte

Como entrenador de pista en el programa Talentos Colombia, del Ministerio del Deporte, está de acuerdo en la necesidad de buscar un punto intermedio entre la comodidad y el rendimiento. No obstante, cuando se es deportista competitivo, el confort se busca dependiendo del objetivo: “Si la posición sobre la bicicleta mejora el rendimiento sin poner en riesgo la salud a corto y a largo plazo, el confort es lo de menos. El ciclista que corre una contrarreloj y quiere ser campeón no va cómodo, pero sabe que debe tener muy buenos abdominales y trabajo en dorsales, porque si no el dolor de espalda es insoportable. Hay que tener en cuenta la capacidad del ser humano de adaptarse a las condiciones del medio, y ahí juegan un papel muy importante el entrenador y el tiempo”. De ahí que el confort y el rendimiento sean progresivos, y deban ser guiados por un profesional.

Para leer más:

· Polanco, A. et al. (2020). “Influence of Wind Speed and Road Grade on the Estimation of Drag Area in cycling”. Sport Biomechanics. https://doi.org/10.1080/147631 41.2020.1837925
· § Polanco, A. et al. (2020). “Selection of Posture for Time-Trial Cycling Events”. Applied Sciences. https://doi. org/10.3390/app10186546
· § Doria, A. et al. (2020). “An Experimental-Numerical Method for the Prediction of On-Road Comfort of City Bicycles. Vehicle System Dynamics”. https://doi.org/1 0.1080/00423114.2020.1759810

 

                          

Así es el dispositivo que detecta licor adulterado en menos de un minuto

Así es el dispositivo que detecta licor adulterado en menos de un minuto

Este texto se publicó originalmente en la edición 56 de Pesquisa Javeriana bajo el título “Detectar licor adulterado: una solución atravesada por la luz”.

“¡Es viernes… ¡Y el cuerpo lo sabe!”, le dice un joven a otro. Luego de reír y discutir sobre el lugar apropiado para relajarse tras una semana de trabajo duro, terminan departiendo en la casa de uno de ellos. Apenas han tomado algunas copas de aguardiente de la botella que compraron en alguna licorería, más barata que en el supermercado, pero ambos empiezan a tener sensación de guayabo, con dolor de cabeza, dolor de estómago y visión borrosa. Ya se sabe para dónde va esta historia, ¿verdad?.

La bebida que estaban consumiendo los personajes de esta anécdota ficticia (pero que seguro ha ocurrido de manera similar en la realidad) era licor adulterado, es decir, un tipo de bebida que se produce de manera fraudulenta, sin control de calidad y, naturalmente, sin pagar impuestos. Pero lo más delicado es que en algunos casos sus ingredientes tienen el potencial de producir afecciones severas en la salud, que van desde alteraciones neurológicas, daño en los riñones y en el hígado, hasta convulsiones, ceguera e, incluso, la muerte. Es lo que ocurre cuando la materia prima con la que se fabrica el licor adulterado no es apta para el consumo humano, como, por ejemplo, el alcohol metílico o metanol.

Para detectar este tipo de bebidas es común que las autoridades se fijen en detalles de la apariencia de los envases, como el deterioro en las etiquetas, pues cuando el licor es reenvasado esta parte puede sufrir alteraciones. Sin embargo, este tipo de detalles no necesariamente es una prueba irrefutable de que el contenido haya sido adulterado. Entonces ¿cómo determinarlo a ciencia cierta? Para resolverlo, investigadores de la Facultad de Ciencias de la Pontificia Universidad Javeriana diseñaron una innovadora solución tecnológica.

La clave es la luz

¿Ha visto últimamente un arcoíris? Además de ser hermosos, exponen un aspecto de la naturaleza de la luz blanca: que está hecha de la combinación de los colores rojo, naranja, amarillo, verde, azul, índigo y violeta, los cuales se separan y resultan visibles para el ojo humano al atravesar un prisma que, en el caso de los arcoíris, son las gotas de lluvia.

Esta propiedad de la luz llamada difracción, así como su propagación e interacción con la materia son estudiadas en una rama de la ciencia llamada fotónica, que es la clave de la solución. Usando la fotónica y lo que nos deja saber la luz sobre las propiedades atómicas y moleculares de la materia (espectroscopías ópticas), tres investigadores del Grupo de Películas Delgadas y Nanofotónica diseñaron y fabricaron para la Gobernación de Cundinamarca un dispositivo portátil que permite identificar licor adulterado. Ellos son Juan Carlos Salcedo Reyes, Henry Alberto Méndez Pinzón y Luis Camilo Jiménez Borrego.

“Este es el resultado de años de investigación básica, de donde justamente proviene la investigación aplicada”, explica el profesor Salcedo. Se refiere a que este instrumento tiene una larga historia, directamente relacionada con que los estudios en física básica son el germen de las aplicaciones e innovaciones, pues esta área del conocimiento requiere la construcción original de instrumentos para poner a prueba la teoría e investigar las propiedades de la interacción entre la radiación y la materia. Así, tras más de 20 años de trabajo y desarrollo de instrumentación propia, este grupo patentó sus equipos, llamados ahora Tecnología de Banco Óptico: Integral Spectrum, un proceso para el que recibieron el apoyo de la Dirección de Innovación de la Javeriana.

Precisamente la parte de este equipo relacionada con el estudio de la absorción de luz visible y ultravioleta fue la que el grupo sintetizó en un pequeño pero eficaz equipo que detecta el licor adulterado. Lo interesante es que, potencialmente, este dispositivo podría usarse incluso para apoyar los procesos de control de calidad de diversas industrias.

 

Buena parte de la magia ocurre en su corazón: el espectrómetro, una cajita negra más o menos del tamaño de un celular. Pero ¿cómo funciona? Se toma una muestra del licor y se introduce en el espectrómetro a través de una jeringa; dentro, el líquido queda contenido en una cubeta de cuarzo que es atravesada por un haz de luz. Una parte de la luz es absorbida por el líquido, otra parte es reflejada y el resto, transmitida. Entonces ocurre el mismo fenómeno que vemos en el cielo cuando hay un arcoíris: la luz que atraviesa el licor se descompone en colores por una rejilla de difracción, que actúa como un prisma.

Esta luz transmitida es leída por una serie de detectores de luz. “Hay tantos fotodetectores como colores que uno quiera detectar, en este caso 1024. Cada uno detecta y registra la intensidad de la luz que le llegó de determinado color y este conjunto es lo que se conoce como el espectro de absorción”, explica el profesor Méndez.

Este espectro de absorción es la ‘huella dactilar’ de cada líquido. Cada tipo de licor, de acuerdo con su composición, tiene un espectro de absorción único y es ahí donde está la pista para identificar la adulteración: si el espectro de absorción del licor que está siendo estudiado no corresponde con la huella dactilar identificada para esa marca, significa que su composición química no cumple con los estándares previamente documentados.

El grupo de investigadores está estableciendo alianzas con instituciones de salud para aplicar esta tecnología de ‘banco óptico’ en la detección rápida y confiable de enfermedades infecciosas, como la malaria. “El espectro de absorción o ‘huella dactilar’ puede identificarse para virus o agentes infecciosos presentes en fluidos como la sangre u orina y permite su detección bajo el mismo principio de esta tecnología de banco óptico”, explica Méndez.

Estreno… ¡próximamente!

Este dispositivo portátil es la prueba de cómo la academia colombiana aporta desarrollos tecnológicos para resolver problemáticas en alianza con el sector empresarial y entidades estatales. La Gobernación de Cundinamarca ―el cliente que encargó esta innovación― en la actualidad se encuentra ‘entrenando’ el dispositivo para construir su propia base de datos de las huellas dactilares de los licores originales que se comercializan en Bogotá y Cundinamarca, y espera ponerlo en funcionamiento en los operativos anticontrabando durante el segundo semestre de 2021.

“Cundinamarca trabaja conjuntamente con la Alcaldía de Bogotá, ciudad donde más se concentra el campo de acción del grupo de trabajo anticontrabando de la Gobernación”, explica Daniel Felipe Torres Tello, del Laboratorio de Análisis Fisicoquímico de la Secretaría de Hacienda de la Gobernación de Cundinamarca. En estos operativos fue donde surgió la idea de desarrollar un nuevo equipo para hacer la lectura de licor adulterado en campo, y agrega: “Somos el primer departamento en implementar esta tecnología. La idea es que los otros departamentos y licoreras del país también lo hagan”.

Con el dispositivo en las calles se avanzará de manera más eficaz en la batalla contra el licor adulterado, una lucha que de 2015 a 2020, de acuerdo con las cifras de la Secretaría de Hacienda de la Gobernación, permitió la confiscación de cerca de 216.000 litros de licores adulterados. Y menos licor adulterado significa más aportes a la salud y la educación en Cundinamarca por cuenta de los impuestos que pagan estas bebidas y, sobre todo, menos vidas humanas en riesgo por intoxicación

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TÍTULO DE LA INVESTIGACIÓN: Sistema portátil basado en espectroscopía de absorción UV/VIS para identificación cuantitativa de bebidas alcohólicas adulteradas
INVESTIGADORES: Juan Carlos Salcedo Reyes, Henry Alberto Méndez Pinzón, Luis Camilo Jiménez Borrego
Grupo de Películas Delgadas y Nanofotónica (GPDyNF) Departamento de Física Facultad de Ciencias Pontificia Universidad Javeriana
PERIODO DE LA INVESTIGACIÓN: 2015-2021

 

                          

Más ciencia para el Chocó: Espacios Maker en zonas rurales

Más ciencia para el Chocó: Espacios Maker en zonas rurales

Bryann AvendañoLa noticia sobre la inauguración del Centro de Desarrollo de Software en Quibdó-Chocó, alianza Servicio Nacional de Aprendizaje -SENA y la multinacional EVERIS, el pasado mes de mayo, deja un mensaje de esperanza para el país: una inversión directa y disruptiva para generar talento STEM (en ciencia, tecnología, ingeniería y matemáticas). Con educación, se puede.

No obstante, noticias como esta provocan una pregunta para la prospectiva: ¿estas estrategias disruptivas son la mejor solución para llevar educación científica de alto nivel a las zonas rurales y olvidadas del país?

No pretendo responderla en los siguientes párrafos, pero sí quiero esbozar una estrategia que pide a gritos la juventud y que puede transformar la forma como educamos a la generación de jóvenes rurales en talento STEM para los próximos años.

Las comunidades de aprendizaje para la creación o Espacios Maker, también conocidos como makerspaces en inglés, son espacios para la creación y el desarrollo de las ideas. El Banco Interamericano de Desarrollo ha demostrado que estos espacios promueven el capital social, promoviendo una red de colaboración en la que se comparten conocimientos, se incentiva el pensamiento crítico y se dota de recursos y herramientas a los participantes para que pasen de las ideas al prototipo y el emprendimiento.

En varios países desarrollados los Espacios Maker ya están en las bibliotecas públicas y cuentan talleres abiertos de mecatrónica, computadores para el desarrollo de videojuegos y software, impresoras 3D, estudios de grabación musical y hasta estudios de tejido. Estos espacios no son algo nuevo en Colombia. El SENA, por ejemplo, ha desarrollado las tecnoacademias. Estas comunidades de aprendizaje ya suman 14 centros en todo el territorio nacional, incluso, llegando a zonas rurales apartadas y veredas a través de las tecnoacademias itinerantes (Aún intermitente en el Chocó).

Basta con describir lo que pasa en una tecnoacademia del SENA para descubrir la ventaja de tener un espacio maker en una zona rural.

La Tecnoacademia en Túquerres, seccional Nariño, por ejemplo, fue una apuesta por llevar una política vanguardista donde el acceso a una infraestructura para la educación terciaria de calidad, muchas veces estaba limitada. Bastó con algo de voluntad política para convencer a un gobierno local de jalar este espacio de aprendizaje a una zona papera del sur colombiano.

Allá, en ese rincón de Colombia donde empieza el país, la tecnoacademia de Túquerres es orgullo nacional y nariñense por su infraestructura de alta generación, con ocho ambientes de aprendizaje y laboratorios completamente dotados en sus áreas: tecnología, física, biología y química. Además, un auditorio de construido como domo geodésico multifuncional es evidencia de un pueblo que florece por su tecnología, en las montañas a más de 3.000 metros de altura.

Lo importante de esta tecnoacademia no es solamente su infraestructura, sino que el proyecto de aprendizaje ha llevado a niños de las veredas a ferias científicas en Francia y Brasil, tras su éxito al explorar la nanotecnología y biotecnología aplicadas a la agroindustria. Una muestra de que los niños de zonas rurales atendiendo centros de Maker Space como las tecnoacademias, al estar en contacto con estas estrategias educativas de disrupción, pueden ver en la investigación un proyecto de vida. Pero esto no ha sido un trabajo fácil, necesitaron orientación, guía técnica y todo un equipo humano detrás de los espacios de creación-aprendizaje.

Y sí, así como se inauguró el centro de software, ya es hora de tener una tecnoacademia física en el Chocó como una forma de reclamar políticas de acceso a la educación científica de calidad, llevando un Maker Space a estas zonas apartadas, donde la deuda no solamente es en infraestructura, sino en potenciar lo que será el equivalente al Silicon Valley de la biodiversidad: un Chocó que explora de manera sostenible sus recursos naturales para el desarrollo regional y la formación de talento STEM.

Que sea apuesta por exponer a los niños y jóvenes a la educación científica, no solamente con infraestructura de calidad, sino con el acompañamiento adecuado de profesionales de la educación que le apuesten a un cambio sistémico: comunidades de aprendizaje para el desarrollo del talento STEM, una apuesta de país que no puede quedar solamente en un titular de periódico, debe replicarse y sostenerse.

Pero por favor, arranquemos primero con una apuesta al desarrollo del talento STEM para la región que inspire la futura generación de científicos del país.

Bryann Avendaño-Uribe es científico en ScienteLab, miembro de Clubes de Ciencia Colombia y líder en Educación STEM. Becario del Programa de Liderazgo en Competitividad Global de la Universidad de Georgetown, Washington D.C.

Química computacional: es posible conseguir resultados desde casa

Química computacional: es posible conseguir resultados desde casa

quimica_computacionalLa química computacional (QC) se define de manera sencilla en el libro de oro de la Unión Internacional de Química Pura y Aplicada (IUPAC, por sus siglas en inglés) como una disciplina que utiliza métodos matemáticos para el cálculo de propiedades moleculares o para la simulación del comportamiento molecular. En principio parece algo muy abstracto, tanto así que incluso en mis años de doctorado aún escuchaba comentarios como que los que trabajamos con química computacional estamos en ¡búsqueda del electrón perdido!

Sin embargo, hoy en día, la situación viene cambiando vertiginosamente y esta rama de la química está sumando cada vez más simpatizantes. En gran parte esto se debe al empleo de una amplia gama de técnicas teóricas en estado dinámico de mejora, su implementación en programas de cómputo eficientes, así como al gran avance en la velocidad de cálculo y capacidad de memoria del hardware de alto rendimiento.

Además, en tiempos de pandemia, lo que nos ha obligado a recluirnos en casa, los investigadores y estudiantes hemos visto como se ha limitado significativamente el acceso a los laboratorios, a los reactivos y a los materiales, lo cual no nos ha permitido avanzar normalmente en proyectos de investigación, trabajos de grado y tesis de maestría y doctorales. Pero la investigación a nivel computacional ofrece una opción segura y eficiente para continuar activamente investigando.

Entre las ventajas de la QC que siempre se han contemplado está abaratar costos al evitar realizar muchos experimentos, predecir cuáles pueden ser las moléculas y/o condiciones más favorables para ciertas reacciones, o estudiar sistemas muy inestables que pueden descomponerse en milisegundos. Hoy, más que nunca, ¡Cómo no contar como ventaja el hecho de que esta herramienta computacional hace realidad el que la bata, los reactivos y los materiales de laboratorio no sean siempre obligatorios y que en tiempos de pandemia sea factible obtener resultados de investigación sin trasladarse a los laboratorios, disminuyendo el riesgo de infección!

Adicionalmente, desde mi punto de vista, en estos tiempos posmodernos cada vez se van haciendo más difusos los límites de cuáles son los sistemas y aproximaciones específicos según las diferentes ciencias y estamos empezando a apropiarnos del término más holístico de simulación computacional en lugar de, por ejemplo, química, física y/o biología computacional. Ahora se puede oír hablar a un químico computacional de cálculos bioinformáticos, a un bioinformático sobre cálculos de estructura electrónica, a un físico de interacciones no-covalentes en sistemas supramoleculares, a ingenieros químicos de cálculos de catalizadores empleando ondas planas, a químicos usando Chemkin (un software especializado) y haciendo simulaciones de llamas laminares o de motores de movimiento de pistón opuesto.

Y es que la investigación es dinámica, y los científicos se han dado cuenta de que las propuestas de corte interdisciplinar logran mejores apreciaciones de los entes financiadores y así mismo los investigadores se van moldeando, van haciendo contactos y sus estudiantes van involucrándose con diferentes herramientas, con diferentes programas y por qué no, con trabajo experimental y computacional al tiempo.

Estoy segura de que de este tiempo de pandemia resultarán muchos y valiosos aprendizajes, entre ellos un mayor posicionamiento en Colombia de la simulación computacional como herramienta interpretativa y predictiva tanto cualitativa como cuantitativa de gran valía.

* Sol Milena Mejía Chica es profesora asociada adscrita al Departamento de Química de la PUJ. En el 2014 abrió la línea de investigación en Química Computacional del Grupo de Investigación Fitoquímica Universidad Javeriana (GIFUJ). Sus estudios de pregrado (Química) y postgrado (Doctorado en Ciencias Químicas) son de la Universidad de Antioquia. Posteriormente realizó dos postdoctorados en la University of Adelaide y en la Universidad Autónoma de México.

¡Ya circula la nueva edición! Con ustedes: Pesquisa Javeriana 55

¡Ya circula la nueva edición! Con ustedes: Pesquisa Javeriana 55

Para su edición 55, Pesquisa Javeriana reunió la visión de diferentes investigadores javerianos y sus aportes a la creación de conocimiento en distintas áreas. Desde el campo de la salud, respondiendo al interrogante de si los vapeadores son nocivos para el consumo humano, hasta cómo comprender los riesgos a la hora de realizar inversiones internacionales.

Algunas de las innovaciones que registra esta nueva edición de Pesquisa Javeriana se encuentran en procesos de solicitud de patente, lo que confirma el valor y rigurosidad de los proyectos desarrollados que tendrían un amplio impacto de llegarse a implementar.

Puede consultar todos los artículos de Pesquisa 55 haciendo clic aquí y, si lo prefiere, también puede leer la revista en su versión en PDF.

¿Quiere saber qué se encontrará en la nueva edición? Acá le contamos.

Editorial: Luis Miguel Renjifo, vicerrector de investigación de la Pontificia Universidad Javeriana, le da la bienvenida a esta nueva lectura explicando cuáles presiones puede haber detrás de la producción científica y cómo las buenas prácticas éticas y responsables de la comunidad garantizarían un conocimiento trascendente y transformador.

Creación Artística: en este artículo titulado Creaciones indígenas: mucho más que artesanías, descubrirá cómo acercarse a los procesos de creación ancestrales de distintas comunidades en Latinoamérica permitió hacer una reflexión sobre la descategorización y la forma en la que se concibe la producción artística indígena, ¿arte o artesanía?

Ciencia y sociedad: hasta la tabacalera Phillip Morris International confiesa que los vapeadores que fabrican pueden ser potencialmente peligrosos para los consumidores. En esta publicación, investigadores javerianos hicieron una revisión de más de 90 artículos que confirman una realidad: el cigarrillo electrónico es el enemigo oculto de los pulmones.

Innovación: un aislador sísmico hecho a partir de caucho recuperado y casas elaboradas con elementos reciclados. Estas dos innovaciones javerianas están en proceso de patente y plantean soluciones alternativas y a bajo costo en construcciones sostenibles.

Ciencia profunda: ¿Qué se debe tener en cuenta a la hora de calcular riesgos de inversión?, un investigador javeriano explica en qué consiste y por qué podría ser beneficioso tener un portafolio diversificado en el que se consideren tanto los factores locales como los globales, una variable que podría determinar el éxito o pérdida después de invertir.

Informe especial: la identidad como resultado de un modelo de desarrollo económico de carácter extractivo. Una guerra por el territorio, los recursos y un conflicto que, como en otras regiones del país, no acaba en el Cauca. Vivir y resistir la violencia. Además, ¿Cómo hablarles a los más de 40 millones de colombianos que no han sido víctimas ni victimarios en la historia de la violencia colombiana? Allí puede estar la clave de una verdadera reconciliación.

Huellas: Óscar de Jesús Saldarriaga es un observador acucioso, muchos lo llaman “El pisco” de la historia en Colombia y es uno de los más grandes investigadores de la educación nacional. Desde 1990 está vinculado con la Pontifica Universidad Javeriana y ha reconstruido la historia de los maestros del país.

Novedades editoriales: conozca 4 nuevas publicaciones que hablan sobre memoria colectiva en el video universitario, cómo ha sido investigar durante la pandemia, el papel de Bogotá durante la Regeneración (1886-1910) y una mirada a las aplicaciones de investigaciones en sistemas de salud en Colombia.

Inteligencia artificial: una aliada para el desminado humanitario

Inteligencia artificial: una aliada para el desminado humanitario

Históricamente, Colombia ha sido reconocida a nivel global por ser el país de mayor producción de café suave del mundo, el segundo más biodiverso del planeta por kilómetro cuadrado y el único de América del Sur con acceso a costas en los océanos Pacífico y Atlántico ―este último a través del mar Caribe―. Pero, aunque su riqueza es múltiple, desde 1960 este territorio también ha sido testigo de uno de los conflictos armados más prolongados de la historia, librado entre las Fuerzas Armadas colombianas y las guerrillas, paramilitares, carteles del narcotráfico y bandas delincuenciales de crimen organizado. 

La intensa disputa entre el Ejército Nacional y las guerrillas de las FARC y el ELN durante la segunda mitad del siglo XX incluyó el uso de minas antipersonal (MAP) de fabricación industrial como instrumento estratégico de guerra. La expansión de este recurso bélico en los 32 departamentos del territorio colombiano fue una de las razones para que, en 1980, la comunidad internacional restringiera el uso de minas, mediante el Protocolo II de la Convención sobre Ciertas Armas Convencionales (CCW, por su sigla en inglés) y la Convención de Ottawa, en 1997, y convocara a un ejercicio de desminado humanitario. No obstante, las guerrillas, con el fin de cuidar sus campamentos, evitar cercos y apuntalar la retirada de las Fuerzas Armadas en medio de los combates, implementaron el uso de minas artesanales hechas a base de recipientes metálicos, latas de cerveza, plásticos y, en algunas ocasiones, madera ―dificultando su detección―, con metralla casera preparada con clavos, vidrios y trozos metálicos. Aunque el programa Descontamina Colombia, del Gobierno nacional, asegura que, desde 2012, 391 municipios han sido declarados libres de sospecha de minas antipersonal y que el 73 % del territorio se encuentra libre de ellas, en marzo de este año el Comité Internacional de la Cruz Roja aseguró que en 2017 la cifra de víctimas fue de 57, en 2018 subió a 221 y en 2019 se registraron 352. Cerca de una víctima por día. 

Con la asesoría del profesor Carlos Alberto Parra, doctor en Ingeniería de la Universidad de Toulouse III, en Francia, su colega Johana María Flórez desarrolló recientemente un sistema de inteligencia artificial capaz de detectar información en terreno para identificar la posible ubicación de minas antipersonal, particularmente minas artesanales, que normalmente son difíciles de encontrar con los artefactos de búsqueda.

 

Los sensores operan tanto de forma independiente como colaborativa, de acuerdo con una lógica de coordinación asincrónica. 

 

Para el proceso de creación de este dispositivo, llamado Sistema de Toma de Decisiones para Percepción Activa y Heterogénea (DMS-HAP, por su sigla en inglés), Flórez, quien también es doctora en Ingeniería de la Pontificia Universidad Javeriana, tomó como referente los avances recientes en robótica móvil y aprendizaje de máquina, con el fin de encontrar instrumentos tecnológicos y dispositivos electrónicos que permitieran rastrear minas bajo tierra, así como la experiencia del grupo de investigación javeriano Sistemas Inteligentes, Robótica y Percepción (SIRP), el cual ha venido trabajando en tecnologías para la detección de minas desde 2003. 

Producto de esta labor, la investigadora javeriana empleó cinco sensores diferentes: un dispositivo digital para medir la temperatura en un área circular; un radar de penetración terrestre equipado con dos antenas, una para la transmisión de una onda electromagnética y la otra para la recepción de la reflexión de estas sobre la tierra; y tres cámaras Nikon D5200, dotadas con distintos filtros para capturar diferentes longitudes de onda, uno para la detección de radiación infrarroja, otro para la captura de imágenes digitales estándar en formato RGB (sigla de red, green, blue), y el último para capturar la información en el rango de rayos ultravioleta (UV).

 

Entre 1990 y 2020, se han registrado 11.947 víctimas por minas antipersonal, según el Departamento Administrativo de la Presidencia de la República. 

 

Equipados con un sistema de procesamiento de señales que comparten información entre sí, integrados a través de un sistema de toma de decisiones basado en técnicas de inteligencia artificial ―como redes neuronales, algoritmos genéticos y lógica difusa― y sostenidos por una estructura de hardware en forma de araña, estos dispositivos hicieron posible la recolección de datos en campo. Posteriormente la información fue procesada para ajustar los algoritmos en relación con el contexto de aplicación y con la detección de minas antipersonal, así como también para generar un consenso sobre la existencia o no de objetos peligrosos en el terreno a través de un sistema de múltiples agentes. 

Luego de cinco años de investigación y del trabajo colaborativo entre los académicos javerianos y los profesores Mario Góngora y Fabio Caraffini, del Instituto de Inteligencia Artificial de la Universidad de Montfort, en Reino Unido, fue posible lograr que “la red de sensores reconociera con éxito los dispositivos con una precisión del 80 % en condiciones de buena iluminación”, puntualiza Flórez. 

De acuerdo con la Dirección para la Acción Integral Contra Minas Antipersonal (Aicma) de la Oficina del Alto Comisionado para la Paz, entre 1990 y marzo de 2017 se registraron cerca de 11.481 víctimas ocasionadas por la detonación de minas antipersonal y remanentes explosivos de guerra, de las cuales 7028 son de la Fuerza Pública y 4453, civiles.

Teniendo en cuenta los retos actuales en materia de desminado humanitario en Colombia, como la lentitud de las plataformas terrestres de detección de minas en campo y la exposición al peligro de las unidades tácticas militares, este proyecto javeriano surge como una alternativa capaz de aumentar la precisión en la búsqueda de explosivos artesanales en el territorio, y de reducir, a través del aprendizaje automático de máquina, la tasa de localización de falsos positivos de minas en el país, así como automatizar el trabajo que actualmente desarrollan el Ejército Nacional y la Armada Nacional de forma manual con instrumentos barreminas y el despliegue de caninos detectores de minas (CDM).

“Ahora, el paso a seguir con esta investigación es desarrollar sensores más pequeños para tomar más muestras en campo, integrarlos en un sistema robótico móvil, como los drones, y probar nuevas técnicas de inteligencia artificial para seguir reduciendo la tasa de error en la detección de minas”, finaliza Flórez. 

Para leer más: Flórez Lozano, J. et al. Cooperative and Distributed Decision-Making in a Multi-Agent Perception System for Improvised Land Mines Detection. Information Fusion (a través de Elsevier), 2020. 

Flórez Lozano, J. et al. “A Robust Decision-Making Framework Based on Collaborative Agents”. IEEE Access, 2020.  

Flórez Lozano, J. et al. Training Data Set Assessment for Decision-Making in a Multiagent Landmine Detection Platform. IEEE World Congress on Computational Intelligence WCCI, 2020. 

Colreavy-Donnelly, S. et al. “Shallow Buried Improvised Explosive Device Detection Via Convolutional Neural Networks”. Journal Integrated Computer-Aided Engineering, 2020. 


TÍTULO DE LA INVESTIGACIÓN: Desarrollo físico-mecánico de una estructura con múltiples sensores para desminado humanitario.
INVESTIGADORA PRINCIPAL: Johana María Flórez
COINVESTIGADORES: Carlos Alberto Parra, Mario Góngora, Fabio Caraffini.
PERIODO DE LA INVESTIGACIÓN: 2014-2019 

 

                             

Dispositivo desarrollado por javerianos permite detectar licor adulterado

Dispositivo desarrollado por javerianos permite detectar licor adulterado

El pasado 26 de febrero, el Grupo de Películas Delgadas y Nanofotónica (GPD&NF), adscrito a la Facultad de Ciencias de la Pontificia Universidad Javeriana, en alianza con Insolab, entregaron de manera oficial a la Gobernación de Cundinamarca el equipo portátil que permite detectar bebidas alcohólicas adulteradas.

“Esta es una tecnología portátil, de fácil uso y puede ser personalizada según las necesidades de cada demandante”, comenta el doctor Henry Alberto Méndez, uno de los investigadores GPD&NF.

Este desarrollo tecnológico permitirá combatir la venta de licor adulterado (que en Colombia abarca el 53 % del total de la venta de ilegal de alcohol); y además, podrá aplicarse in situ, es decir, directamente en el lugar donde se requiera su uso.

Integral spectrum

¿Cómo funciona este dispositivo?

Se dispara un haz de luz directo en el licor testeado y, al atravesarlo, se genera un espectro, una huella que permite realizar los análisis y las comparaciones con parámetros previamente configurados de bebidas alcohólicas legales.

“Es un sistema de espectroscopia para hacer un análisis cuantitativo a partir de la concordancia entre los espectros de absorción recolectados de las muestras en campo”, explica el profesor Luis Camilo Jiménez Borrego, del Departamento de Física e investigador del GPD&NF.

El diseño e implementación de este equipo es una aplicación de la patente otorgada a la Javeriana en el año 2018 por una tecnología titulada: “Sistema que conforma una estación de espectroscopias ópticas”, conocida como Integral Spectrum.

Integral Spectrum

“Aunque en principio está configurado para análisis de líquidos, según las necesidades de la Gobernación, este equipo tiene múltiples posibilidades de aplicación en diferentes tipos de materiales y estados: líquidos, sólidos o gaseosos”, agrega el doctor Méndez.

“A este equipo podríamos incluirle un sistema de análisis químico usando la misma tecnología de espectroscopia patentada, sin embargo, eso dependerá de los requerimientos del cliente”, añade el profesor Jiménez.

Esta innovación, desarrollada por los profesores Henry Méndez, Luis Camilo Jiménez y Juan Carlos Salcedo, contó con el acompañamiento de la Dirección de Innovación de la Universidad Javeriana. Este resultado de transferencia de conocimiento que inició de la investigación básica evidencia la importancia de las alianzas entre la academia, la industria y las entidades gubernamentales para hallar soluciones tecnológicas que resuelvan problemáticas reales de la sociedad.

Con innovación se pone freno a la pandemia

Con innovación se pone freno a la pandemia

Gracias a la alianza entre los sectores público y privado, 212 proyectos pudieron hacer parte del programa de innovación abierta Más Detección, Más Vida, para aportar a la reactivación económica y salvar vidas en medio de la pandemia. Participaron emprendedores, gremios e instituciones de educación superior con diferentes propuestas de detección temprana de la enfermedad, mitigación del contagio, monitoreo a la población y fortalecimiento del sistema de salud. En respuesta a este reto, la Pontificia Universidad Javeriana contribuyó con dos proyectos, uno de los cuales fue seleccionado dentro de las 26 mejores propuestas. 

Ante las consecuencias en salud y los rezagos económicos que ha tenido que enfrentar el país por la emergencia sanitaria producto de la COVID-19, entidades como Connect Bogotá e iNNpulsa Colombia, con el apoyo de Sura y Roche, convocaron esta iniciativa. “Entendimos rápidamente que esta situación que afronta el mundo no es tema solo del sector público, sino que involucra a todo el ecosistema”, dice Ignacio Gaitán, presidente de iNNpulsa, que agrega: “Todos debemos aportar desde nuestros conocimientos y capacidades para salir adelante y superar esta dificultad”. 

En tiempo récord, la academia supo responder de forma oportuna, lo que demuestra el potencial que tienen las instituciones universitarias que, con sus ecosistemas de innovación, emprendimiento y trabajo constante en términos de calidad investigativa, logran pronunciarse en la coyuntura y aportar al desarrollo del país, comenta Fanny Almario, directora de Innovación de la Javeriana. 

Alianza de analítica de datos para afrontar la pandemia COVID-19” fue uno de los adelantos javerianos que participó en la convocatoria, dirigido por el Hospital Universitario San Ignacio. Consiste en el diseño de una plataforma para el análisis, visualización de datos de salud pública y registros hospitalarios en la pandemia. 

El otro, CovidCheck, es un kit de diagnóstico del virus a través de la saliva, con múltiples beneficios que no ofrecen las pruebas convencionales con hisopado, es decir, aquellas que hacen uso de este utensilio con punta de algodón para tomar secreciones de la parte superior de la garganta y la nariz con el fin de detectar el virus, y que se han usado hasta ahora. Por esa razón la propuesta destacó notoriamente, ocupando un lugar privilegiado en la convocatoria. 

 

Lo innovador de CovidCheck 

Los desafíos que enfrenta el país en cuanto al diagnóstico, tratamiento, contención y mitigación del SARS-CoV-2 son evidentes. Dabeiba Adriana García, doctora en Ciencias Biológicas de la Pontificia Universidad Javeriana, con el apoyo del Centro de Investigaciones Odontológicas de la misma institución y un equipo multidisciplinar de expertos de ciencias y medicina, desarrollaron CovidCheck, una tecnología que nació de un proceso investigativo y que hoy se convierte en un producto que aporta a la optimización, celeridad y eficacia en la toma y análisis de muestras para la detección de la COVID-19 a través de la saliva. 

“La mayoría de nosotros siempre ha tenido en mente realizar un sistema colombiano, que fuera nuestro, hecho en casa”, dice la investigadora. “Hay una tendencia a pensar que lo de otros países es bueno y lo de nosotros no, y esto es la prueba de que no es así. Hace algunos años esto era casi imposible y, tras diversos proyectos, la COVID-19 nos da la oportunidad de que estemos cada vez más cerca de hacerlo realidad”.

 

Las alianzas entre el Gobierno, las empresas y la academia aportan a superar la pandemia y ofrecen soluciones a la ciudadanía.

 

Actualmente, el mecanismo mediante el cual se hace la prueba diagnóstica (RT-PCR) para detectar casos de coronavirus es el hisopado, que, de acuerdo con la doctora García, es un proceso invasivo, molesto e incómodo para los pacientes, y riesgoso para el personal médico que lo recolecta, porque el virus permanece activo por largo tiempo. Eso lo hace aún más complicado, ya que “estamos pasando por un momento en el que los hisopos empiezan a escasear, son muy costosos, no llegan al país en el número que quisiéramos y por eso hay la necesidad de empezar a fabricarlos a nivel nacional”, puntualiza. 

De aquí que la saliva resulte ser una alternativa para atender esta necesidad de forma práctica es muy positivo, pues, como asegura la investigadora javeriana, quien también es magíster en microbiología, hacer la detección del virus a través de este fluido tiene múltiples beneficios. A diferencia del procedimiento con hisopado, la prueba por CovidCheck puede ser tomada por el paciente en su propia casa, conservando el material genético de forma segura. “La muestra puede transportarse en cualquier servicio de mensajería de manejo de muestras biológicas, sin necesidad de refrigeración y con un alto grado de seguridad”, afirma García. Además, esta prueba no es dolorosa y no solo identifica la presencia del virus en la persona, sino que cuantifica el número de copias del virus en ella, y así es posible reconocer qué tanto puede llegar a contagiar este individuo a otras personas. 

Esta tecnología sigue consolidándose, y el apoyo de la Facultad de Odontología, el Hospital Universitario San Ignacio y la Dirección de Innovación ha sido fundamental para cimentar las bases del proyecto y buscar alianzas con inversores interesados en el producto. Según un estudio de mercado realizado por la Dirección de Innovación, hasta ahora no se ha encontrado nada similar a CovidCheck en Latinoamérica, razón por la que es necesario seguir madurando esta innovación para sortear la coyuntura de forma oportuna. 

 Iniciativas como esta evidencian cómo las capacidades de los grupos de investigación pueden ser aprovechadas de manera significativa para atender las necesidades del país, además de despertar en la universidad un interés por pensar sus pesquisas en futuros modelos de innovación y emprendimiento. “La academia tiene una particularidad y es que los avances presentados están basados en investigación y ya han pasado por toda clase de pruebas, por lo que están casi listos para materializarse”, dice Diana Gaviria, directora ejecutiva de Connect Bogotá.

Como esta alianza, son muchos los proyectos de desarrollo que hoy en día congregan a diferentes sectores en la búsqueda de materializar ideas que aporten al progreso, en razón de los poderosos resultados obtenidos. Al respecto, Gaitán afirma que, sin la unión de todas las organizaciones participantes, los resultados evidenciados en las convocatorias no serían los mismos. Esto ratifica la importancia del trabajo conjunto para la consolidación de lo que Fanny Almario describe como un círculo virtuoso de la innovación, en el que se juntan diferentes sectores de la sociedad para producir nuevas ideas, productos, procesos y servicios capaces de introducirse en el mercado para incrementar la productividad y la competitividad, y mejorar la calidad de vida de los ciudadanos. 

 

 

                             

‘Biofábricas’ que generan insumos para el tratamiento de enfermedades raras

‘Biofábricas’ que generan insumos para el tratamiento de enfermedades raras

En la actualidad es muy común que en plataformas digitales y en televisión se vean imágenes de científicos haciendo pruebas en sus laboratorios para representar la labor que adelantan con el fin de obtener una vacuna que contenga la propagación de la COVID-19. De la misma manera, en Colombia también hay especialistas que trabajan para obtener soluciones a otras enfermedades que aquejan a los seres humanos.

Este es el caso del semillero de investigación del Instituto de Errores Innatos del Metabolismo (IEIM) de la Pontificia Universidad Javeriana. Entre profesores, científicos y estudiantes acumulan más de 20 años investigando sobre el diagnóstico y desarrollo de nuevas alternativas terapéuticas para el tratamiento de las enfermedades que son consideradas raras debido a su baja prevalencia sobre la población en general, y cuya principal causa se atribuye a mutaciones o cambios en la información genética.

Esto quiere decir que en sus laboratorios, los especialistas analizan los cambios que se producen en los genes humanos, particularmente en la alteración de la funcionalidad de la proteína encargada de la limpieza y degradación de moléculas específicas presentes en los lisosomas de las células (que actúan como un sistema digestivo). Como muchas de esas alteraciones humanas no tienen tratamiento aún, los integrantes del semillero buscan la forma de encontrar nuevas alternativas que permitan brindar a futuro una mejor calidad de vida a los pacientes.

Una de esas opciones es la Terapia de Reemplazo Enzimático (TRE), que aprovecha la capacidad de la célula de tomar e internalizar compuestos para corregir un defecto en su interior. En este caso se modifican microorganismos para que sean productores de proteínas humanas que van a ser suministradas y captadas por las células de pacientes que no las tienen. Estas, a su vez, son transportadas hasta el lisosoma, donde trabajarán en la degradación de las moléculas que se han acumulado.

Ahí es donde los microorganismos son protagonistas. Las dos décadas de trabajo, en cabeza del doctor Luis Alejandro Barrera, hoy se materializan en la generación de unas ‘biofábricas’, es decir, unos ecosistemas de laboratorio para obtener una proteína humana a bajo costo que pueda ser empleada para el tratamiento de pacientes con Enfermedades de Depósito Lisosomal (EDL).

“Con los años se ha mantenido como una de las principales líneas de investigación del Instituto, logrando al año 2020 producir en las ‘biofábricas’ Escherichia coli (bacteria), Pichia pastoris (levadura), cuatro proteínas humanas recombinantes (llamadas técnicamente GALNS, IDS, Hex-A, Hex-B y NAGLU)”, según se explica en un documento compartido a Pesquisa Javeriana por dicho semillero y que puede descargar aquí.

semillero errores innatos (2)

Equipo que trabaja en la línea de investigación de “Herramientas biotecnológicas en Errores Innatos del Metabolismo”

La evolución del semillero

Desde la creación del IEIM en 2002, la motivación se centró inicialmente en la enfermedad de Hunter, poco conocida y de alto costo. Consiste en la acumulación de cantidades masivas de moléculas nocivas, que con el tiempo causan un daño progresivo y permanente que afecta el aspecto, el desarrollo mental, la función de los órganos y las capacidades físicas de las personas con esta afección.

Una parte fundamental del proceso era encontrar una proteína que significara una solución de bajo costo para tratar ese tipo de trastornos. En ese camino, uno de los miembros del equipo se dio a la tarea de modificar un sistema biológico de menor complejidad como la bacteria Escherichia coli e insertarle el gen de una molécula llamada IDS para producir una proteína recombinante (IDShr).

Aunque los resultados fueron alentadores porque se logró producir una proteína IDS madura y con actividad biológica, los investigadores encontraron que esta enzima no tenía todas las características propias de la proteína IDS propia de los humanos. Sin embargo, este descubrimiento no descartó a este sistema como ‘biofábrica’ para una alternativa terapéutica, pues también estimuló nuevas ideas que continuaron trabajándose.

Posterior a estos hallazgos, los doctores Henry Córdoba, Raúl Poutou y Homero Sáenz, acompañados de otros integrantes del semillero, empezaron a usar microorganismos como la levadura Pichia pastoris (K. phaffi), cuya estrategia podría ofrecerles una metodología rápida, eficiente y económica. Así lograron obtener las primeras levaduras modificadas con la información genética requerida para producir la IDShr.

Gracias a la evaluación de cultivo para mejorar la producción de la proteína, además de los procesos preliminares de purificación y estudios computacionales para conocer la estructura, lograron aumentar el volumen de obtención, caracterizar la enzima y comparar su estructura con otras proteínas de la misma familia.

Con este nuevo hallazgo, en 2009 los doctores Carlos Javier Alméciga y Alexánder Rodríguez iniciaron el proceso de producción de la enzima llamada GALNS, que podría ser utilizada como alternativa para el tratamiento de la enfermedad de Morquio A o MPS IVA, la cual se caracteriza por la estatura corta y afectación ósea grave de las personas mientras que el coeficiente intelectual es normal. Con relación a este método, continúan las investigaciones basadas en el análisis de la levadura, con el fin de lograr internar en las células una cepa que se direccione al ya nombrado lisosoma. Incluso esta nueva biofábrica continúa en estudio actualmente.

La microbióloga Angela Espejo, del Instituto, trasladó estos estudios a las gangliosidosis GM2, enfermedades lisosomales, que adicional a otros síntomas, generan alteraciones en el sistema neurológico de los niños. Los hallazgos en este campo han promovido la investigación en el efecto del tratamiento sobre el daño en las neuronas de los pacientes.

Actualmente, el semillero de investigación del Instituto de Errores Innatos del Metabolismo (IEIM) evalúa si las modificaciones realizadas por levaduras podrían tener un factor negativo sobre las células de los pacientes con Enfermedades de Depósito Lisosomal, a la vez que siguen con el análisis de nanopartículas y marcadores celulares que permitan mejorar el tratamiento y la calidad de vida de las personas que padecen los desórdenes mencionados.

Bioreactor

El biorreactor es el equipo donde se realiza la producción de las proteínas.
Avances “concretos” para vías más resistentes

Avances “concretos” para vías más resistentes

Una de las quejas más recurrentes de los ciudadanos frente al tema de movilidad es el mal estado de las vías. Este reclamo es escuchado en grandes capitales, ciudades intermedias y áreas rurales. Es una problemática que afecta gran parte de las carreteras del país. ¿Es posible construir vías más resistentes que mejoren la movilidad?

Hermes Ariel Vacca es profesor del Departamento de Ingeniería Civil de la Pontificia Universidad Javeriana y actualmente hace su doctorado en Ingeniería en el mismo centro educativo. Su proyecto de investigación se centra en aportar una solución a la movilidad a través de un material que ofrece mejores resultados para las vías vehiculares. Estos materiales son los Concretos de Ultra Alto Desempeño (UHPC por sus siglas en inglés). Son una familia de concretos de uso relativamente reciente en el mundo de la construcción.

Desde la década de los noventa, avances científicos han permitido crear materiales como estos, que son más resistentes y de mayor durabilidad. Durante los últimos años se han usado en infraestructura general: edificios y puentes en su mayoría, pero el profesor Vacca está investigando su aplicación en pavimentos.

Lo primero que hay que aclarar es qué son pavimentos para carreteras. Son estructuras de varias capas compuestas de materiales seleccionados para soportar las cargas vehiculares y las diversas condiciones climáticas. Cada vez que un vehículo pasa, los ejes (en este caso las llantas) transmiten unos esfuerzos al suelo, especialmente en los arranques y frenados. “Cada capa hacia arriba tiene mayor rigidez y condiciones mucho más acertadas de desempeño mecánico para soportar las cargas de los vehículos”, explica el investigador.

A partir de dicha situación, la rama de la ingeniería que se dedica al diseño de pavimentos debe analizar el tipo de suelo, las cargas proyectadas, condiciones ambientales y proyectar el tipo de materiales que requiere esa vía para que funcione durante un tiempo determinado.

 

Los UHPC como alternativa para rehabilitar pavimentos

Las necesidades de la infraestructura son cada vez más exigentes. Se hacen edificios más altos, puentes con más capacidad y vías que resistan mayor cantidad de vehículos y altas velocidades. Es por esto que desde hace algunas décadas se vienen desarrollando materiales de mayor resistencia. De allí surgen los concretos de ultra alto desempeño, que se diferencian de los concretos convencionales en su composición y comportamiento mecánico.

De forma general, los concretos se componen de mezcla de agregados naturales, procesados o artificiales, agua y algunos aditivos que le dan características específicas dependiendo las necesidades de la obra. En un concreto convencional, los materiales de la mezcla suelen tener un tamaño de hasta dos centímetros y se usa más cantidad de agua. Los UHPC usan materiales mucho más finos que permiten mayor compactación. En estas mezclas los agregados son arenas tienen tamaños de máximo un milímetro. Adicionalmente requiere menos agua porque se agrega un aditivo súperplastificante que hace que toda la mezcla sea más fluida.

 

Los resultados

La investigación doctoral del profesor Vacca va en su cuarto año y muestra mejores rendimientos de este tipo de concreto cuando se compara con uno convencional. Una de las principales características es su resistencia a la presión y en este aspecto el UHPC lo demuestra. “Un concreto convencional puede tener una resistencia a la compresión entre 20 y 30 megapascales (unidad de medida para calcular cimentaciones y secciones resistentes en estructuras)”, explica el investigador. Adiciona que “cuando hablamos de un UHPC, hoy en día puede tener un valor de 150 megapascales (MPa) de resistencia, que es un comportamiento mecánico mucho más avanzado.” agrega.

Por ejemplo, las losas del sistema de transporte Transmilenio pueden tener en promedio unos 30 centímetros de espesor y un módulo de rotura del orden de 4.0 o 4.5 megapascales. Con los UHPC se cuadruplica este valor, es decir, 16 o 20 MPa de resistencia a la flexión. Esta investigación propone sustituir parte de la última capa del pavimento (llamada de rodadura) e instalar una sobrecarpeta de UHPC buscando aumentar la vida útil del pavimento.

“Nosotros venimos instalando entre tres y cinco centímetros de UHPC, que es un espesor óptimo en las diferentes pruebas que hemos hecho a lo largo de esta investigación”, detalla el especialista. Agrega que “si ya tienes de entrada una resistencia mecánica muy alta y durabilidad, seguramente tu desempeño mecánico en función del tiempo va a ser mucho mejor y va a soportar un mayor volumen de vehículos”.

Según el estudio, estas sobrecapas podrían aumentar en gran medida la vida útil de las vías pues es un material que soporta mejor el paso de los vehículos y hace más lejanos los periodos de arreglo. “El mantenimiento o rehabilitación de pavimento consiste en quitar parte de la capa de rodadura del existente y poner una nueva, que puede durar uno o dos años. Al comparar la metodología convencional con esta nueva, estamos buscando aumentar la vida de servicio de ese pavimento. Que no se tengan que hacer intervenciones cada dos o tres años, sino en lo posible buscar diez o más años”, complementa.

En términos de precio, si se comparan los valores iniciales, usar UHPC puede ser dos o tres veces más costoso que un concreto convencional. Sin embargo, para el investigador se debe hacer otro análisis para ver el valor agregado de esta propuesta. “Si se evita realizar una intervención que comúnmente se hace cada dos años, ahora se puede extender a 10 años, el beneficio no es solamente para el constructor sino también para el usuario”, sostiene Vacca. Además manifiesta que a pesar de la diferencia de precios, la durabilidad del material y su desempeño mecánico lo hace competitivo frente al concreto convencional.

Si bien podría ser una alternativa para las vías del país, Vacca todavía no lo ve como una opción global. “Si una comunidad tiene vías con bajos volúmenes de vehículos, yo diría que esta no es la solución. Quizás con la misma inversión podría pavimentar tres vías más. Pero si son vías de altos volúmenes vehiculares, por ejemplo, las hoy denominadas de cuarta o quinta generación, y que no se puede estar cerrando cada año o cada dos años para hacer una intervención, es ahí donde entra a funcionar este material”, reitera.

En el marco de esta investigación se han hecho pruebas en laboratorio y a escala real de este material, y se han instalado secciones de prueba en Medellín y Girardota (Antioquia) y en Facatativá (Cundinamarca). Adicionalmente, está en curso la construcción de un laboratorio-equipo de pista en los laboratorios de ingeniería de la Javeriana. Este es una fosa de diez metros de largo por cuatro de ancho y cuatro de profundidad, que permite hacer simulaciones de suelo y estructuras de pavimento y validar el desempeño de nuevos materiales en la construcción. En el país sólo hay dos laboratorios de este tipo.

Si bien el profesor Hermes Vacca sostiene que estas aplicaciones de concretos son recientes, reconoce que aún faltan ajustar detalles para que pueda pasar del laboratorio a la vida real. “Hay que capacitar al personal, calibrar los equipos para optimizar los procesos. Todo esto es nuevo, pero estamos a la vanguardia de cómo se está haciendo en otros países y estamos sacando provecho a los nuevos equipos que ha traído la universidad”, concluye. A finales de este año se espera que se puedan iniciar las evaluaciones de pavimentos en el equipo de pista.

 

*Esta investigación es financiada por el Ministerio de Ciencia, Tecnología e Investigación, y en ella participan la Pontificia Universidad Javeriana y la empresa Argos.