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Clúster de investigación

Proyectos desarrollados

El proyecto Modelo computacional de la adaptación muscular mediante la estimulación eléctrica funcional nace con el propósito de identificar las adaptaciones y cambios que se presentan en los músculos en personas con lesiones de médula espinal. Estos pacientes suelen tener una rehabilitación con fisioterapeutas o por estimulación eléctrica, pero también, existe un tipo de rehabilitación que se hace con máquinas de remo o ergómetros, en donde las personas que tienen lesión en la médula espinal, y no pueden mover sus piernas, al mover el tronco superior y las piernas al mismo tiempo con este sistema, pueden fortalecer los músculos y los huesos al mismo tiempo.

Para darle inicio a este proyecto, el grupo Commons (grupo en modelado computacional de sistemas naturales) de la Universidad Central, liderado por ingenieros de sistemas, mecánicos, industriales y algunos médicos, articuló el proyecto con el programa de ejercicios para personas con discapacidad en Boston, Massachusetts, en Estados Unidos, en el Spaulding Rehabilitation Hospital, donde se practica tanto el remo al aire libre como el entrenamiento sobre una máquina de remo, para que los músculos de las piernas con lesión medular sean estimulados eléctricamente y permitan el movimiento.

En unión con el Spaulding Rehabilitation Hospital y Northeastern University, se realizó una evaluación para analizar la rehabilitación que se hace, implementando tanto el protocolo como las herramientas para evaluar y analizar tridimensionalmente el movimiento de todos los elementos corporales, y la fuerza durante el ejercicio. Así mismo, se desarrolló un sistema para evaluar la contracción muscular y las adaptaciones de los músculos de las piernas, luego de un plan de entrenamiento. Con este, se encontró que el crecimiento del tejido muscular es localizado, es decir, aumenta en unas zonas donde se estimula, y disminuye en otras; esto permitió pensar en nuevos protocolos de estimulación para generar una adaptación más generalizada.

Todos los resultados del proyecto se dieron gracias a una tesis de pregrado, al inicio de una tesis doctoral, a una pasantía y a una estancia posdoctoral, y han sido publicados en congresos nacionales e internacionales y en tres capítulos de libro, explicando de forma profunda las ventajas y aportes que pueden mantener el proyecto, no solo en el ámbito medicinal, sino también en el deportivo.

El modelo computacional, simultáneamente, crece en áreas potenciales de la academia con los estudiantes del semillero de investigación y de prácticas de la carrera de Ingeniería de la Universidad Central, quienes desarrollan nuevos proyectos en este campo y quienes también, en varias oportunidades, han entrenado con el equipo de Bogotá Rowing School en embalses como el de Tominé.

El proyecto surge en el marco del Clúster de la Universidad Central, con el fin de fortalecer bases para la creación a futuro del programa de ejercicios con discapacidad en la Universidad, además de contribuir en el entorno médico y deportivo en el ámbito local y mundial, siendo actualmente referencia y centro de evaluación para el equipo de rowing de Bogotá.

El proyecto Síntesis verde, caracterización y evaluación de la capacidad biosida de nanopartículas de plata, perteneciente al Clúster de la Universidad Central, nace en el 2015, por diversos enfoques de trabajo planteados en la Facultad de Ingeniería y Ciencias Básicas, alrededor de la nanotecnología.

El punto de inicio para el estudio de las nanopartículas se originó con microorganismos y especies vegetales, específicamente microalgas interrelacionadas con metales pesados. La célula de la microalga es relativamente sencilla, porque no siempre muere por la toxicidad de los metales, sino que en ciertas ocasiones es capaz de almacenarlos y es utilizada para retener metales tóxicos como el cromo.

Después de varios ensayos experimentales, se concluyó que las microalgas van perdiendo las propiedades que adquieren en vida silvestre. Por lo tanto, se produjo la necesidad de usar otra fuente biológica, en este caso extractos vegetales, haciendo partícipe del proyecto a la empresa Phitother Laboratorios, que produce insumos para la industria farmacéutica, con productos vegetales propios de la biodiversidad colombiana. Estos extractos tienen la ventaja de ser especies promisorias con explotación ambientalmente amigable y se usan como reactivo que reemplaza un posible químico para producir nanopartículas metálicas.

Las nanopartículas metálicas, específicamente las de plata, fueron seleccionadas para trabajar, por ser el modelo más usado y con el cual se tiene una mejor referencia del extracto para producir las nanopartículas. Además son de mucho interés para los médicos al evaluar su capacidad para eliminar agentes infecciosos, bacterias, virus y hongos, así como su utilidad de interacción con un sistema clínico y las células humanas.

Los extractos vegetales experimentales que se utilizaron inicialmente para conocer sus reacciones fueron la fresa, la uchuva y el borojó. Este último fue el principal para establecer un esquema experimental que permitiera determinar las condiciones de manejo, la temperatura, las características geométricas y el tiempo correcto de síntesis para obtener las nanopartículas de plata.

La principal alianza con interés común en utilizar sistemas alternativos en procesos microbiológicos y citológicos, con interacción en sistemas celulares y procesos bactericidas, se generó con la institución educativa Fundación Universitaria de Ciencias de la Salud (FUCS). Dentro del intercambio de conocimientos, surgió la necesidad del uso de nanopartículas de metales pesados para la interacción con sistemas médicos, donde el procedimiento químico o antibiótico no termine siendo la única opción para interactuar o combatir con bacterias y células sanas o cancerígenas.

La caracterización de las nanopartículas de plata se ha producido gracias al apoyo del doctor Vicente Rodríguez del Centro Conacyt de San Luis Potosí, México, quien encabeza un grupo de investigación en Materiales con la Universidad de Antioquia. Estos aliados han facilitado equipos y conocimiento para analizar la síntesis, así como la caracterización y las posibles aplicaciones de los resultados de investigación de la Universidad Central y la FUCS.

A partir del estudio de las nanopartículas de plata, se generaron cuatro subproyectos enfocados al uso de estas con óxido de titanio:

  • Implementación en productos como protectores solares y filtros para limpieza de agua.
  • Manejo de residuos de productos y subproductos que dependen del extracto vegetal derivado de estas partículas, pero sin reactivos químicos.
  • Interacción con moléculas muy complejas que le dan color por ejemplo al papel o a los textiles, usando nanopartículas y evaluando su capacidad para eliminar estas sustancias o reducirlas a unas menos complejas, para que puedan ser eliminadas con mayor facilidad.
  • Evaluación de nanopartículas depositadas en geles de cicatrización y de tratamientos médicos, con el fin de generar mayor tiempo de vida en estos productos y que no generen infecciones.
El planteamiento unió a distintos profesionales como ingenieros, biólogos, físicos y químicos, además de entidades externas interesadas en profundizar en el tema investigativo propuesto, resaltando el interés en la aplicación de sistemas biológicos a tecnologías limpias y generación de procesos verdes, que pueden reemplazar sistemas químicos, dado el caso.

El proyecto de Construcción en proximidades entre actores que se articulan en una iniciativa de clúster en ciencias y tecnologías di(con)vergentes de la Universidad Central tuvo como objetivo estudiar los tipos de proximidades e interdependencias entre los actores del Clúster que, desde la política institucional, fue impulsado para generar trabajo interdisciplinario, articular actores, instituciones y disciplinas, siendo un ejercicio reflexivo de observación.

Se realiza el análisis de las interdependencias entre diferentes tipos de proximidad como cognitivas (temáticas de estudio o áreas de conocimiento), tecnológicas (tecnologías, uso de plataformas), sociales (por un trabajo común previo, relaciones y capital social), geográfica (por ubicación espacial), institucionales (convenios o acuerdos entre instituciones, trayectorias de trabajo), entre otras. Se construyen redes sociotécnicas, definidas como aquellas que poseen nodos y relaciones entre actores que pueden ser sociales (ejemplo: investigador, grupo, institución) y no sociales (objetos que median entre ellos).

Los resultados contribuyen a comprender las dinámicas bajo las cuales evolucionan las colaboraciones. Se encuentra que las proximidades dependen no solamente de los atributos de los actores, sino de las mediaciones materiales. La presente investigación contribuye al diálogo sobre la consideración de condiciones locales, que materializan la variedad de los participantes de las colaboraciones científicas.

Tal como lo han mostrado otros estudios, la cercanía espacial es solo una de las proximidades que operan en la colaboración científica. En el caso estudiado en la presente investigación, esta dimensión toma relevancia, pero se debe a su asociación a otros aspectos organizacionales. Los resultados aportan a la comprensión de las dinámicas de aproximación y toma de distancia entre actores, lo que permite indagar sobre los procesos de construcción de fronteras en los estudios de colaboraciones.

Los estudios sobre proximidades han abordado la dimensión de propiedad intelectual en las colaboraciones desde la perspectiva contractual o de formalización. Los resultados de la presente investigación permiten comprender cómo las prácticas de protección de la propiedad intelectual, se articulan con los procesos de producción de conocimiento.

De otra parte, la investigación ilustra cómo la coexistencia de promesas tecnocientíficas diferenciadas (Nano, Bio, Info, Cogno - NBIC y microredes inteligentes) genera una alienación simbólica de los actores con el discurso y formas de integración débil, para mantener un espacio protegido de trabajo. Otra contribución del proyecto se asocia con la identificación de la mediación de prácticas de comunicación en las trayectorias sociotécnicas, que se configuran alrededor de las promesas.

El equipo del proyecto estuvo conformado por investigadores de los grupos de investigación Publicidad, Sociedad y Consumo, Jóvenes y Culturas Juveniles (Iesco), UC-GIGO, Matcing y Maxwell. También contó con colaboradores externos, nacionales e internacionales. El grupo Tecnología y Sociedad de la Universidad de los Andes participó dentro del equipo mediante un convenio específico que se firmó entre las dos instituciones. También se desarrollaron actividades conjuntas con investigadores de las universidades Antonio Nariño, Javeriana, Externado y Lausana. La Asociación Colombiana para el Avance de la Ciencia (ACAC) brindó su apoyo para la realización de dos conversatorios.

Este proyecto del Clúster de la Universidad Central, plataforma computacional para el análisis de grandes cantidades de información, nace con el fin de crear un software que recopila y analiza grandes cantidades de información, a través de una plataforma que permite almacenar datos de forma segura, al igual que recuperar y procesar información de manera eficaz.

El proyecto se enfoca en el estudio de la morfología de las plantas del páramo, debido a que la forma de las hojas depende de la carga genética y de las condiciones del medio ambiente, en donde la planta se desarrolla y produce adaptaciones típicas en los diferentes órganos de la planta. Por consiguiente, la forma de las hojas nos sirve para hacer clasificación taxonómica o para medir de manera indirecta las variables del ambiente. Este estudio se conoce como ecología funcional.

El material facilitado para analizar las hojas es entregado por el Instituto de Ciencias Naturales de la Universidad Nacional, quienes cuentan con el inventario de hojas de los páramos colombianos y facilitan el acceso a sus muestras almacenadas en el Instituto.

Los páramos son una riqueza natural del país que acumulan grandes cantidades de agua y están llenos de especies endémicas, es decir, especies que se han desarrollado allí y han sido poco exploradas y estudiadas, asimismo, produce el agua para millones de personas que viven en la sabana de Bogotá. Para proteger estos recolectores de agua es necesario determinar qué tipo de plantas nativas hay en él, es por eso que el proyecto quiere generar una caracterización completa de toda la flora que tenemos en los páramos.

El proyecto también busca compartir de manera regional todos los esfuerzos que están haciendo los institutos de socializar la información. La idea de la plataforma es tener un espacio de almacenamiento para que los profesionales de esta área puedan subir información, administrarla desde la plataforma y tener herramientas de procesamiento para analizar ese tipo de información.

Es importante reconocer que la plataforma no solo sirve para este tipo de aplicaciones en plantas, sino también para cualquier tipo de elemento. La intención es tener una de estas plataformas para la Universidad Central, y unir a la comunidad a través de herramientas de procesamiento y capacidad de almacenamiento.

Una de las proyecciones hacia el futuro, es entregar a los biólogos y ecologistas de la región puedan tener un espacio para colaborar y compartir datos de manera segura, así como diferentes herramientas para analizar la información y compartir preguntas de investigación alrededor de la conservación y uso sostenible de la biodiversidad.

El proyecto de MicroRed inteligente de la Universidad Central nació con la idea de generar una plataforma experimental sobre futuros acontecimientos energéticos, especialmente con energía renovable en Colombia. Dicha plataforma involucra distintas disciplinas, uniendo matemáticos e ingenieros de diferentes especialidades para realizar modelados matemáticos, desarrollo de prototipos electrónicos, prototipos computacionales y desarrollos de software, que permitirán realizar pronósticos energéticos.

Una microred es un conjunto de generadores cercanos a cargas y fuentes de energía preferiblemente renovable, que pueden estar distribuidas en un territorio y tienen la posibilidad de trabajar conectadas a la red eléctrica principal o aislada de la red. Conectada a la red eléctrica principal, significa que puede inyectarle potencia, como si la microred fuera un solo generador, y, a la vez, puede prestarle servicios auxiliares o respaldo en situaciones intencionales o no intencionales de desconexión. Por otro lado, trabaja aislada de la red eléctrica, lo que significa que puede operar autónomamente, es decir, no depende de una red eléctrica ni de un operador de red, por lo tanto, puede gestionar y operar sus propias cargas sin necesidad de estar conectada a la red, manteniendo un balance de energía.

Para fortalecer el proyecto, se reunieron 22 paneles solares fotovoltaicos en una de las terrazas de la Universidad, que tienen una capacidad aproximada de 6 kilovatios y un inversor con la misma capacidad, con lo cual se está inyectando energía a la red. En ese mismo espacio, se colovaron inversores que el equipo de trabajo ha desarrollado en torno a trabajos de grado a nivel de pregrado, y con la colaboración de la Unidad de Diseño, Innovación e Integración de Tecnología (DIT).

Con los paneles fotovoltaicos, han sido determinadas dos variables que son las más influyentes en ellos: irradiancia y temperatura, con base en los datos que han logrado obtener con un prototipo electrónico y algoritmo de predicción desarrollados en el proyecto, con lo cual, también se quiere diagnosticar la intermitencia de energía solar que se puede aprovechar en el ambiente de la zona centro de Bogotá. Todo esto, sin olvidar el inconveniente que tiene Bogotá al tener grandes cantidades de nubes, o sea, áreas sombreadas que hacen mucho más difícil aprovechar la energía proveniente del sol.

Otro de los desarrollos que generaron los profesionales dentro de la plataforma fue una aplicación de software escalable, que permite operar desde un teléfono celular o en la web el minuto a minuto del cambio de las variables determinantes en los paneles solares, además, puede controlar equipos, prender y apagar los electrodomésticos y, próximamente, verificar el consumo más alto o más bajo, con el fin de racionar la energía.

 

Resulta interesante dentro del proyecto, la fluidez del trabajo colaborativo con otras instituciones, como el Instituto Politécnico Nacional de México: allí hay expertos del Centro de Innovación y Desarrollo Tecnológico en Cómputo (CIDETEC) trabajando en la gestión óptima de microredes eléctricas con computación evolutiva. Por otro lado, en la Escuela Superior de Cómputo (ESCOM) y la Escuela Superior de Ingeniería Eléctrica y Mecánica (ESIME), los integrantes del proyecto han estado trabajando para desarrollar en conjunto ejes convencionales para poder controlar estos dispositivos, nuevos modelos y prototipos. Otra entidad que ha sido coequipera e importante es la Universidad Distrital Francisco José de Caldas, clave para desarrollar un trabajo de doctorado de un miembro del grupo y para producir artículos y propuestas de modelado y control de microredes eléctricas.

A corto plazo, el equipo busca implementar con la comunidad wayuu un sistema de paneles solares y una estación para monitorear sus necesidades energéticas, y así crear un prototipo que valide el trabajo del proyecto. Además, trabajar con turbinas verticales, eólicas o aerogeneradores, que facilitan los resultados en zonas de Colombia, donde la velocidad que tiene el viento es mejor, con mayor humedad, sombra y lluvia, genera un reto interesante, con respecto a la inestabilidad de Bogotá. Si el proyecto logra mitigar y aprovechar aún más la energía que viene de todos los sistemas en Bogotá, sería más fácil llevarlo a otras regiones.

 

El objetivo a futuro del equipo de profesionales que desarrollan el proyecto, es conocer y aportar en el ámbito científico y tecnológico, para que las empresas colombianas interesadas en trabajar, utilizar y avanzar con esta tecnología puedan progresar en este campo.
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Última actualización: 2018-09-28 10:13