viernes, 26 de agosto de 2022

Obtener datos del cerebro en tiempo real ayudaría a tratar enfermedades neuronales

 Mejorar el diagnóstico de enfermedades neuronales, manipular prótesis o sillas de ruedas con el pensamiento, identificar los procesos químicos y eléctricos dentro del cerebro, entre otras, son las aplicaciones del algoritmo desarrollado por investigadores de la Universidad Nacional de Colombia (UNAL) Sede Manizales.

El desarrollo alcanzado por Luisa Fernanda Velásquez, doctora en Ingeniería –línea de investigación en Automática– e integrante del “Grupo de control y procesamiento digital de señales” de la UNAL Sede Manizales, permite obtener datos en tiempo real de la actividad neurológica, lo que convierte a la Institución en pionera en el país en la investigación de la emergente ciencia de la neuroingeniería, o ingeniería neural.

“Dicha área facilita el análisis de la respuesta del cerebro, y con base en los datos obtenidos aplicarla en el análisis de respuesta tanto a enfermedades como a tratamientos, lo cual ayudaría a los médicos a identificar cómo se ven afectadas las neuronas por diferentes patologías, y a partir de ahí formular el mejor tratamiento posible”, señala la investigadora Velásquez.

Una de las áreas de la ingeniería neural se enfoca en el desarrollo de interfaces cerebro-computador, que consiste en extraer información del cerebro y llevarla a un dispositivo externo sin intervención directa.

La motivación de la investigadora es brindarles a las que personas han perdido la movilidad –por enfermedades como la esclerosis lateral amiotrófica (ELA)– las habilidades para comunicarse e interactuar, a través de sillas de ruedas, prótesis, brazos robóticos y otros dispositivos, usando las conexiones cerebrales.

Para adelantar estos desarrollos es necesario partir de la recolección de datos –en tiempo real– sobre cómo funcionan las relaciones neuronales en el cerebro, y con estos, a través de tratamientos matemáticos, estadísticos y de programación, entre otras técnicas, crear el algoritmo que permita convertir la información en una acción, la cual puede ser identificar el desarrollo de patologías cerebrales con una predicción del comportamiento de los patrones, o manipular dispositivos.

Algoritmos al servicio del cerebro

La investigación se enfocó en tres componentes; el primero consistió en extraer los patrones discriminantes que se generan cuando una persona está imaginando un movimiento y cómo el cerebro interpreta estas relaciones.

“La principal dificultad al medir la actividad cerebral es su variabilidad, pues no hay cosas que se repitan exactamente igual, por eso es tan difícil extraer los patrones y evaluarlos con el paso del tiempo”, señala la experta.

Además, la toma de datos varía de persona a persona, pues, aunque fisiológicamente la forma del cerebro sea igual, existen elementos diferenciadores como la cantidad de masa –determinada por la alimentación del individuo durante su crecimiento–, la forma como se  resuelven los problemas, la formación académica y la manera como se entrenan diferentes habilidades, entre otros factores.

El segundo foco está relacionado con el descubrimiento de la variación de los patrones, con lo que la investigadora creó una caracterización de los sujetos de estudio, y a partir de ahí los clasificó en grupos con comportamientos comunes de respuesta motora al ejecutar una misma acción.

El tercer foco está orientado a predecir –con base en los datos obtenidos– cómo será la respuesta motora ante una acción, sin que el sujeto la ejecute.

A partir de estos datos se puede inferir si la persona es capaz de realizar o no la acción con un porcentaje de acierto, y a partir de este número es posible no solo clasificar a las personas en diferentes grupos, sino también –a partir de esta clasificación– calibrar los sistemas computaciones para que se adapten a las necesidades de cada individuo.

La investigadora Velásquez considera que “a futuro una de las aplicaciones de este tipo de procesos está enfocada en el desarrollo del análisis longitudinal, el cual consiste en realizar evaluaciones previas al paciente, luego aplicar el tratamiento correspondiente, una vez finalizado evaluar su respuesta, y en caso de requerir ajustes indicar un nuevo tratamiento con el fin de monitorear su eficacia”.

Entre los principales resultados de la investigación están: la extracción de los patrones de activación de una red cerebral en respuesta a tareas motoras y la aplicación de algoritmos para identificar dichos patrones; y el diseño tanto de un descriptor de las respuestas como de un nuevo algoritmo que ayudaría a predecir la capacidad de una persona de realizar tareas de imaginación del movimiento, y con estas predicciones adaptar diferentes dispositivos para apoyar a las personas con enfermedades neuronales o con parálisis.

 





viernes, 19 de agosto de 2022

El baño: lugar donde confluyen higiene y ocio

 El baño, la última invención de la vivienda en la arquitectura occidental, evolucionó y adquirió un carácter propio en cada cultura; es un espacio entre lo diverso y lo industrializado que se convierte hoy en el último reducto para el ser el lugar de encuentro del ser físico y el espiritual. ¿Cuáles han sido las variaciones de este refugio de la intimidad a lo largo de la historia?

En su trabajo para la Maestría en Arquitectura, el profesor Gerardo Abril Carrascal, de la Universidad Nacional de Colombia (UNAL) Sede Medellín, afirma que “desde la incorporación a la vivienda el baño se ha considerado subsidiario, accesorio, o en función de espacios más nobles como el salón y las habitaciones; pero su tecnificación tiene repercusiones en los cambios fundamentales que produjeron el espacio arquitectónico del siglo XX, dándole un protagonismo inusitado en la arquitectura moderna”.

En su investigación, el arquitecto devela una nueva mirada sobre dicho espacio y muestra su evolución desde tres ópticas: la relación con el agua, el vínculo con otros espacios de la vivienda, y el espacio en sí mismo.

Para su análisis recurre a la pintura, la literatura, la publicidad y las fotografías de sus inicios, buscando entender si el cuarto de baño fue la interpretación de hechos culturales de su época o una tradición reciclada. También analizó 50 casas europeas y norteamericanas.

Relación con el agua

Los romanos son los primeros en incorporar tecnologías de relación con el agua, como el baño turco, conocimiento concentrado en las termas romanas, primeros edificios públicos donde se dieron estas interacciones.

Durante la Edad Media, la llegada de la peste negra, considerada la epidemia más mortífera en la historia de la humanidad, transforma en pánico colectivo la relación lúdica con el agua.

El investigador menciona que “en el intento por entender su etiología, concluyeron que el contacto con el agua, en especial la de los baños a vapor, significaba un momento crítico de vulnerabilidad corporal pues la peste ingresaba al cuerpo en forma de un viento venenoso mientras se bañaban, por tener abiertos los poros de la piel”.

Alrededor de 1850 aparece el químico Louis Pasteur asegurando que el problema es el agua sucia, y se empieza a recomendar el lavado de manos y la construcción de fuentes de agua limpia en las viviendas.

A finales del siglo XIX surge el concepto de “higiene” y se da un proceso y una industria alrededor de la arquitectura para higienizar o volver salubres las ciudades y las viviendas.

Esa relación con la industria, que se concreta en el primer boom higienista de la Modernidad, pone un velo sobre toda la experimentación en el baño, ubicando la palabra higiene como único motor de cambios. Sin embargo, los arquitectos también incorporaron tradiciones ancestrales que asocian el agua con el ocio y el disfrute, y crearon la escenografía que hoy se conoce.





miércoles, 10 de agosto de 2022

Algoritmos demuestran alta efectividad para proteger datos privados de ciberataques

 ¡Has ganado un premio, responde a este mensaje para reclamarlo!, con mensajes como este, enviados por correo electrónico, redes sociales o mensajes de texto, algunas personas caen en las trampas informáticas de agentes maliciosos que lo único que buscan es robar sus datos personales, como contraseñas y cuentas en los bancos, entre otros.

Una investigación de la Maestría en Sistemas y Computación de la Facultad de Ingeniería de la Universidad Nacional de Colombia (UNAL) encontró que tres algoritmos tienen un 84 % de eficacia para identificar mensajes que podrían significar una estafa o un robo de datos.

A raíz de los muchos mensajes de este estilo que recibió en su celular, Juan Camilo López, autor de la tesis, se preguntó si no habría algún método o herramienta que ayudara a saber cuándo estos son mentiras y representaban algún peligro para quien los creyera.

Uno de los conceptos clave para entender su proyecto es el de la “ingeniería social”, definida como el arte o la ciencia de manipular el comportamiento de las personas generando engaños que buscan robar información confidencial para divulgarla o utilizarla; esta práctica puede ser ejecutada por cualquier persona.

Existen varios tipos de ingeniería social según el modo en que se ejecute, por ejemplo, está el phishing, que son mensajes de correo electrónico tipo “usted ganó un dinero entre a este link para reclamarlo”, o el smishing, que son mensajes de texto fraudulentos.

Al revisar el estado del arte, Juan Camilo encontró que no había muchas investigaciones al respecto, y en español no había nada, por lo que su estudio es novedoso en este campo.

“Se recolectaron datos de redes sociales como Facebook y Twitter, además de foros como Reddit y mensajes de texto que tenía en mi celular; en total se encontraron y analizaron alrededor de 300 ataques de ingeniería social”, asegura el investigador.

El trabajo consistió en extraer mensajes en estas redes y foros que contuvieran una denuncia o reclamo frente a una situación de posible estafa o engaño en mensajes de texto o correos electrónicos.

“Por ejemplo, muchas imágenes contenían denuncias a la Policía que mostraban el pantallazo de los mensajes maliciosos”, señala.

Luego de recolectar la información se procedió a clasificarla y limpiarla para que solo quedara el texto de los mensajes sin fotos, dobles espacios o caracteres especiales como símbolos de arroba o hashtags.

Esta acción se realizó gracias al lenguaje de programación Phyton, en el cual se utilizó el procesamiento del “lenguaje natural”, campo de las ciencias de la computación que estudia la relación entre la inteligencia artificial y el lenguaje para convertir el texto de los mensajes en valores numéricos.

La conversión se crea debido a que los algoritmos que se van a alimentar de esta información en Phyton no leen texto sino números, entonces se utiliza el número 1 para decir que existe un  ataque de ingeniería social, o sea de engaño, estafa o robo, mientras que el 0 quiere decir que no se presenta.

Es aquí donde aparecen los tres algoritmos que mostraron una gran efectividad para detectar las anomalías textuales que buscan robar datos y aprovecharse de las personas, estos son: una red neuronal artificial, un bosque aleatorio, y una máquina de vectores de soporte.

El candidato a magíster explica que “para estos mecanismos se extrajeron una serie de características del texto que incluían el número de emails, URLS y links, números telefónicos, ortografía, ocurrencias de palabras como ‘dinero’, ‘ganaste’ y ‘premio’, además de otras expresiones como ‘urgente’ o ‘usted debe’”.

Estos algoritmos funcionan por medio de una retroalimentación constante que permite que se aprendan y tomen mejores decisiones a medida que van analizando estos parámetros, encontrando y prediciendo cada vez de manera más precisa si un mensaje es un ataque a la seguridad de los usuarios o no.

“Estos algoritmos presentaban una eficacia de entre 82 y 84 % para detectar textos que pueden llegar a ser peligrosos y resultar en estafas, robos, y engaños; la máquina de vectores de soporte fue la que presentó el mejor desempeño”, afirma.

Esta tecnología se podría implementar en una aplicación de celular que prediga si un mensaje de texto de celular o en las redes sociales representa un riesgo, generando alertas como la originada por Gmail cuando un correo electrónico tiene una procedencia dudosa.

Cada vez es más importante implementar estrategias para que la era digital sea un potenciador del desarrollo de los seres humanos y no un daño a su integridad y seguridad, provocado por el uso y la divulgación ilegal de datos privados y personales presentes en la vida cotidiana de las personas.






miércoles, 3 de agosto de 2022

Proceso que mejora extracción de petróleo es protegido por la SIC

 La Superintendencia de Industria y Comercio (SIC) le otorgó patente de invención al “método y dispositivo para determinar una combinación químico-fluido de una fase de recobro mejorado de crudo”. La metodología, junto con un programa informático, tiene en cuenta variables técnicas, económicas, medioambientales y sociales.

La idea de trabajar el tema surgió a partir de un proyecto que buscaba fortalecer el proceso del recobro mejorado (una fase en la extracción de petróleo), dado que se identificó la necesidad de elegir una mejor combinación químico-fluido que se aplica en el subsuelo para obtener mayor cantidad del hidrocarburo.

La ingeniera de petróleos Cindy Alejandra Ortega Romero, magíster en Ingeniería – Ingeniería de Sistemas de la Facultad de Minas de la Universidad Nacional de Colombia (UNAL) Sede Medellín, cuya innovación patentada es resultado de su trabajo de investigación, señala que “el recobro mejorado en Colombia es muy importante ya que el país se caracteriza por tener yacimientos de crudo pesado y su extracción por métodos convencionales se ha dificultado, por lo cual se recurre a la implementación de técnicas de recobro químico”.

Agrega que “las operaciones de recobro mejorado requieren de grandes inversiones, largos plazos de planificación y compleja ejecución. Para garantizar el éxito en un proyecto de recuperación mejorada de petróleo (EOR por enhanced oil recovery) es importante que el tratamiento seleccionado sea el más indicado para las condiciones de un campo petrolero específico”.

“Así, una vez tomada esta decisión se define y ejecuta el proyecto, y por ende se debe garantizar que no haya pérdidas económicas y afectaciones en el tiempo de desarrollo del proyecto”.

En ese sentido, se han planteado diferentes métodos de tomas de decisiones estratégicas en recobro mejorado para establecer escenarios posibles y evaluarlos.

“Sin embargo, en el área de selección de los tratamientos químicos para procesos de recobro mejorado no se había profundizado en cuál o cuáles de los actuales modelos se pueden aplicar de manera confiable y altamente ajustada a los casos. Fue aquí que decidimos incursionar”, dice.

Agrega que “para el análisis, la metodología y el software incluyen datos técnicos, financieros, ambientales y sociales que por lo general no se tienen en cuenta durante la etapa de planeación para realizar el recobro mejorado, y al aplicar el método tradicional podrían suceder cosas como por ejemplo que el proceso sea interrumpido por alguna medida ambiental o por una comunidad inconforme cercana al proyecto”.

Para elaborar el software se usaron metodologías multicriterio que permiten agrupar datos técnicos, como opiniones de expertos. En ese último caso, y para facilitar el funcionamiento del programa informático, se aplicó un método que “convierte información cualitativa en algo matemático”.

Igualmente se empleó un algoritmo genético, que identifica contradicciones en el procesamiento de los datos y corrige los errores –que agrupa según el grado de importancia– y posteriormente selecciona la mejor combinación químico-fluido para la extracción del petróleo.

Lo que se propone con la patente es que, cuando se tenga clara la mejor combinación, esta información vaya a un simulador de petróleos para garantizar la manera más adecuada de inyección. En ese sistema, conectado a un sistema de monitoreo e inyección, se instala el software.

Para probar que el programa informático funciona, se desarrolló el proceso a nivel de laboratorio con el Grupo de Investigación Dinámicas de Flujo y Transporte en Medios Porosos. En los ensayos se usaron distintas combinaciones químico-fluido con CO2, nanopartículas, nanocápsulas, flue-gas, gas de reciclo y fluorosurfactantes.

La investigación fue financiada por el Ministerio de Ciencia, Tecnología e Innovación bajo el proyecto Plan Nacional para el Potenciamiento de la Tecnología (CEOR) con gas mejorado químicamente.

En el proyecto también participaron Juan Manuel Mejía Cárdenas, Alejandro Restrepo Morales e Yris Olaya Morales, profesora del Departamento de Ciencias de la Computación y de la Decisión de la Facultad de Minas de la UNAL Medellín, quienes son los otros inventores.

Para la magíster Ortega, “el desarrollo es muestra de las diversas posibilidades de aplicación y aportes de la ciencia de datos”.