Polvo del desierto del Sahara y cultivos de zanahoria se estudiarán desde la geomática

 En los últimos años este campo del conocimiento ha venido ganando fuerza porque aporta a la planificación y el desarrollo del territorio, mediante el uso de tecnología como las imágenes satelitales o los sensores remotos. Dos proyectos en marcha en la Universidad Nacional de Colombia (UNAL) se apoyarán en el potencial ofrecido por esta disciplina: uno para estudiar el impacto que tiene en la calidad del aire de Medellín el polvo proveniente del desierto del Sahara, y otro sobre cómo mejorar la eficacia de los cultivos de zanahoria en el país.

El polvo del Sahara es una mezcla de partículas de arena y minerales que se levantan y pueden desplazarse más allá del océano Atlántico, especialmente durante la primavera y el verano, cuando los vientos alisios son más fuertes. A Colombia suelen entrar por la Orinoquia y llegar hasta ciudades como Bogotá o Medellín.

Precisamente en abril la Secretaría Distrital de Ambiente de Bogotá declaró una alerta por la mala calidad del aire de la ciudad, en especial en el suroccidente, y, además del material particulado generado por vehículos y algunas fábricas, entre las causas estaban las partículas que se desprenden de los incendios forestales en la Orinoquia y Venezuela, y la llegada de polvo y arena del Sahara.

Dicha información muestra que aunque este fenómeno parece lejano no lo es, y podría tener un impacto mucho más determinante en la calidad del aire del que pensamos. Por eso el proyecto de la investigadora Ana María Montoya Cruz, estudiante de la Maestría en Geomática de la UNAL, se basa en esta relación en Medellín, en donde el Instituto de Hidrología, Meteorología y Estudios Ambientales (Ideam) también ha reportado la presencia del polvo, que llegó por primera vez al Valle de Aburrá en 2014, y que en 2020 motivó una alarma por la mala calidad del aire de la ciudad.

Apoyándose en las herramientas de la geomática y en datos de sensores remotos e imágenes satelitales de acceso público en internet, la investigadora Montoya creará un modelo espacio-temporal que determine el efecto que ha tenido el polvo del Sahara en la calidad del aire de Medellín entre 2015 y 2023, aunque está evaluando aumentar el rango de tiempo. Así podrá considerar variables como temperatura, precipitación, radiación solar y material particulado que circula en el aire de la ciudad.

“Elegí Medellín porque tiene un sistema de monitoreo robusto, pero esperamos ampliar este panorama hacia zonas de la costa Caribe, de las que también hay información consolidada”, anota la magíster.

Además se utilizarán algoritmos de aprendizaje de máquina(machine learning) para interpretar los datos y tener una idea rápida y clara de la frecuencia que pueden tener estos fenómenos en el tiempo. Recordemos que el polvo del Sahara se ha asociado tanto con la modificación de patrones de intensidad y prolongación de ondas de calor como con la formación y dispersión de nubes.

Zanahorias y geomática

Otra investigación centrada en el uso de la geomática es la de Paola Andrea Ospina Sánchez, estudiante de la Maestría en Geomática de la UNAL, cuyo proyecto es crear un modelo multidimensional que analice la calidad de los cultivos de zanahoria –mediante imágenes espectrales y satelitales– y la percepción del consumidor, trabajo apoyado por la Corporación Colombiana de Investigación Agropecuaria (Agrosavia).

La idea es descifrar cómo varían las características de los lotes de zanahoria a lo largo del tiempo en sus distintos ciclos y en sus características fenotípicas (tamaño, color, forma).

“La producción de este alimento es muy importante en el país, pero los cultivadores terminan perdiendo hasta un 25 % de la cosecha, que según otros estudios obedecen tanto a la variabilidad en los suelos y las condiciones climáticas como a la baja tecnificación de estos cultivos”, indica la investigadora.

Según el Ministerio de Agricultura y Desarrollo Rural, los departamentos que más cultivan zanahoria son Cundinamarca (Funza, Bosa, Mosquera), Nariño (Calambuco, Pasto, Túquerres) y Antioquia (Rionegro, Santuario, Marinilla); juntos concentran el 93 % de la producción nacional, que en 2023 llegó a 28,5 toneladas por hectárea.

En la misma línea, este sector genera alrededor de 100.000 empleos directos y más de 200.000 indirectos, lo que demuestra la importancia para el país de tener cultivos eficientes y productivos para las miles de familias cuyo sustento es el tubérculo naranja.

Dentro de los análisis –que incluyen la caracterización de las propiedades de clorofila, fenología y crecimiento– también se están realizando técnicas de metadatos y procesamiento de lenguaje natural para evaluar la percepción de los consumidores sobre el producto después de la cosecha.

IA identifica variantes genéticas asociadas con trastornos en el neurodesarrollo de los niños

 El análisis de datos de 166 menores con sospecha de trastornos del neurodesarrollo le permitió a un modelo de aprendizaje automático (herramienta de la inteligencia artificial) identificar dos variantes genéticas que interactúan entre sí y que están relacionadas con el crecimiento de la corteza del cerebro, parte esencial para el lenguaje, el pensamiento, la memoria y la percepción. El potencial de este estudio, realizado en la Universidad Nacional de Colombia (UNAL), se podría aprovechar para diagnósticos tempranos.

Los trastornos del neurodesarrollo son un amplio grupo de enfermedades que afectan el crecimiento del cerebro y el sistema nervioso de los niños, pues suelen aparecer durante la infancia temprana, cuando estos órganos están en plena evolución. Sus manifestaciones son diversas e incluyen discapacidad intelectual, problemas de aprendizaje, autismo, dificultades para hablar y trastornos del movimiento.

Su complejidad radica en que aún se desconocen las causas exactas que los desencadenan; sin embargo la ciencia ha evidenciado una estrecha relación con una combinación de factores, entre ellos los genéticos.

Para estudiarlos se han usado diferentes herramientas y técnicas que analizan la actividad de los genes en diferentes tejidos y momentos del desarrollo, así como las variantes genéticas comunes asociadas.

En ese último punto, Jossie Esteban Murcia Triviño, magíster en Bioinformática de la Universidad Nacional de Colombia (UNAL), vio una oportunidad para aplicar algoritmos avanzados en aprendizaje de máquinas y así identificar variantes genéticas asociadas con trastornos del neurodesarrollo.

“Históricamente los estudios se han enfocado en identificar una sola mutación genética que explique por sí sola la condición. Pero la realidad es que estas enfermedades son multifactoriales, con diversos genes y factores ambientales interactuando”, explica el investigador.

A la herramienta que él diseñó se le conoce técnicamente como “modelo de epistasis basado en aprendizaje automático”, lo cual significa que, a través de grandes conjuntos de datos, utiliza algoritmos para estudiar cómo los genes interactúan entre sí y contribuyen al riesgo de la enfermedad cuando se presentan juntas.

Para este caso se empleó una base de datos de 474 análisis de muestras de ADN de menores de 18 años con sus respectivos padres, las cuales que fueron recolectadas por un laboratorio de Bogotá mediante una técnica llamada “exoma en trío”, usada para buscar mutaciones y variantes genéticas asociadas con dichos trastornos.

“Con los datos entrenamos el modelo y así identificamos las variantes rs6843524-rs895952 y rs6843524-rs1168666, las cuales interactúan entre sí y se relacionan con el crecimiento cortical del cerebro, que es la parte externa de este órgano, importante para funciones como el pensamiento, el aprendizaje y la memoria”, señala el magíster.

“Al interpretar las variantes relacionadas encontramos que tenían que ver con la proteína del homólogo D de Sec24”, agrega.

En palabras más sencillas, estas proteínas son fundamentales para la correcta evolución y conectividad de las redes neuronales en el cerebro durante las primeras etapas de la vida. Por lo tanto, si una proteína importante se pierde en estas células, puede impedir que se desarrollen correctamente y se conviertan en neuronas sanas.

Por eso, el hecho de que el modelo encontrara dicha relación entre las variantes presentes en los genes de los pacientes las convierte en objetos de estudio potenciales para explicar la ocurrencia de la enfermedad.

Además, los resultados del modelo se validaron mediante pruebas genéticas especializadas que se realizaron a los niños participantes del estudio. “A partir del desequilibrio de la transmisión encontramos que estas variantes genéticas estaban presentes en frecuencias significativamente mayores en los pacientes afectados en comparación con sus padres”, precisa el experto.

Aunque aún queda un largo camino por recorrer, los nuevos hallazgos representan un avance crucial en la comprensión de esa “arquitectura genética” de la que se derivan los trastornos del neurodesarrollo. Actualmente solo alrededor del 25 % de los casos remitidos por sospecha de estas condiciones logran recibir un diagnóstico molecular certero, una situación que deja a innumerables familias en la incertidumbre.

“Llegar a un diagnóstico claro y oportuno es de vital importancia, ya que no solo ayuda a los padres a entender lo que está ocurriendo con su hijo, sino que es un paso esencial para brindar las terapias e intervenciones tempranas”, concluye el magíster, autor del estudio.

 

¿Vida en otras galaxias? Tal vez el metanol sea una primera pista

 También conocido como alcohol metílico o de madera, el metanol es un compuesto que en la Tierra se utiliza en la industria farmacéutica, de combustibles, pinturas, plásticos y fibras textiles, entre otras, y de hecho se considera que es la base para moléculas más complejas e indispensables en la vida como los aminoácidos. Por eso los astrónomos se preguntan cómo será su comportamiento en el espacio y otras galaxias, y una investigación encontró que su abundancia depende de las “ondas de choque”, que se originan en procesos como la explosión de las estrellas.

Hacer zoom e imaginarse la vida más allá de la Tierra es un tema que ha fascinado a cuanta persona ha tenido la posibilidad de vivir en este planeta, y ha dado como resultado múltiples películas, libros, historias y relatos de la cultura popular en los que la fantasía crea seres impensables; y en esta capacidad de llegar a zonas que desconocemos por completo es donde los expertos en astronomía tratan de descifrar lo que ocurre en el Sol, en la Luna, o en otras galaxias.

Por supuesto los grandes telescopios y otros instrumentos de observación nos han permitido tener una imagen nítida de lo que ocurre al otro lado del espacio, y al mismo tiempo han aparecido herramientas como la inteligencia artificial y la programación para hacer que este campo se transforme, ya que permiten realizar cálculos más rápidos y confiables acerca del comportamiento fuera de la Tierra de compuestos como el metanol.

Y es aquí donde aparece el trabajo de la investigadora Eva Juliana Méndez Robayo, magíster en Astronomía de la Universidad Nacional de Colombia (UNAL), quien analizó la galaxia NGC 1068, también conocida como Messier 77, cuya forma es en espiral y está a unos 47 millones de años luz de la Tierra; es una de las más brillantes en el universo y alberga un núcleo activo, del que se dice que incluso puede albergar un agujero negro, y de donde se desprenden chorros de energía de manera masiva y a velocidades mayores que la del sonido.

Precisamente por estas características en su interior y exterior se pueden presentar ondas de choque, y la experta Méndez quería encontrar si estas tenían alguna relación con la abundancia de metanol y sus rutas de formación, ya que el comportamiento de este compuesto en las regiones de choque no se ha estudiado mucho, pues se ha analizado especialmente su distribución en las nubes moleculares que abundan en el espacio.

Rastreando el metanol

“El interés por estas nubes se debe a que presentan temperaturas muy bajas (alrededor de 10 kelvin), y por ende los granos interestelares se congelan y se convierten en hielo, que es una especie de catalizador para otras moléculas que se aglomeran allí, entre ellas el metanol”, explica la magíster.

Sin embargo en estas investigaciones no se tuvieron en cuenta las regiones afectadas por las ondas de choque, por lo que no se había podido determinar si estas tenían un impacto importante en la producción del compuesto.

“Cuando estudiamos fenómenos que van más allá de la Vía Láctea observamos el pasado; por ejemplo, cuando tenemos imágenes del telescopio Hubble nos acercamos a lo que ocurrió en el espacio hace tiempo. Si entendemos lo que ocurre con el metanol podríamos determinar cómo se forman los aminoácidos en otro lugar que no sea la Tierra”, indica la investigadora.

Para ello usó las bases de datos de grupos especializados de la Universidad de Leiden (Países Bajos), los cuales tienen observaciones y espectros de esta galaxia, además de un código específico llamado UCLCHEM (creado por la misma Universidad), con capacidad de simular el comportamiento del metanol al propagarse con ondas de choque, lo cual se puede visualizar en lenguajes de programación como Python.

“Algo que tardaba días en ser analizado ahora solo toma unos minutos, y gracias a estos modelos se encontró que, en regiones con posible incidencia de ondas de choque, el metanol en estado gaseoso se observa por lo menos 4 o 5 órdenes de magnitud más que en aquellas regiones en donde no se presenta este fenómeno espacial, que puede aumentar la temperatura de 10 hasta los 5.000 kelvin, si se habla de velocidad de choque de cerca de 50 kilómetros por segundo”.

“También se producen cambios de densidad y presión que hacen que los cambios en la abundancia del metanol permitan rastrear la existencia de ondas de choque tanto en el núcleo activo de la galaxia como en sus espirales; y también ayuda a confirmar cómo la formación química del metanol se da tanto a bajas temperaturas como en las que hay un calor excesivo” indica la experta.

Por último, afirma que “así se aporta al entendimiento de los cambios de hidrógeno en la composición de moléculas que forman el metanol, y que en otro estudio realizado han mostrado tener una relación incluso más fuerte con las ondas de choque. Por eso falta más investigación sobre estas galaxias y sobre lo que ocurre en el transporte de estos materiales, por ejemplo en los cometas”.

Según el paisaje es la forma de los escarabajos de la Serranía del Perijá

 Por ejemplo, en los bosques bien conservados se encuentran escarabajos con patas más largas y alas con formas más estrechas; si están en cultivos más altos sus alas son más alargadas, mientras que la longitud de las patas traseras o posteriores depende de qué tanto tapan los árboles el “techo” del bosque (cobertura del dosel), de la forma de los parches y de la distancia entre ellos.

Así lo evidencio la magíster en Ciencias Sandy Paola García Atencia, estudiante del Doctorado en Ciencias Biológicas de la Universidad Nacional de Colombia (UNAL) Sede Bogotá, quien adelantó su trabajo en los municipios de la Jagua de Ibirico –corregimiento La Vereda de San Isidro y sus veredas Alto de Las Flores, Zumbador y Nueva Granada– y Becerril –corregimiento de Estados Unidos y sus veredas Manantial, La Unión y Alto del Tucuy–, paisajes agroforestales de la Serranía del Perijá en Cesar.

Según la candidata a doctora, “estos resultados muestran que la estructura del paisaje juega un papel importante en el mantenimiento de diferentes dimensiones de la diversidad. Por lo tanto, garantizar un arreglo espacial que asegure la composición y la conectividad favorecerá la persistencia de comunidades con especies vinculadas a varias funciones ecosistémicas”.

Sobre la importancia de los escarabajos, menciona que “aunque muchos de ellos son conocidos como ‘plagas agrícolas’, el concepto de ‘plaga’ se restringe a las áreas muy homogéneas o parejas –en las cuales los organismos pueden proliferar sin control alguno–, pero en áreas heterogéneas, o más estructuradas, tienen funciones clave, por ejemplo en el estado larval remueven el suelo, lo airean y oxigenan para acondicionarlo y que otros organismos tipo plantas se establezcan allí”.

Otros se desarrollan en la madera en descomposición, por lo que contribuyen a desintegrar materia orgánica en los ecosistemas, mineralizando los suelos y aportando nutrientes para que en los hábitats se dé este flujo.

También están los controladores biológicos, que se alimentan del follaje de las plantas y pueden ayudar a estimularlo para que estas produzcan más. Otros escarabajos están asociados con la polinización.

Para su trabajo demarcó cuatro ventanas o polígonos de 2 x 2 km, es decir 4 km², aproximadamente, y en cada uno ubicó ecosistemas de bosques, de regeneración y ecosistemas con cultivos de café, especialmente, que son los de mayor oferta en la zona de estudio.

También realizó muestreos en cada una de esas coberturas de bosque, de sistemas de cultivo y áreas de regeneración. Utilizó trampas de luz ultravioleta y trampas de cebo (frutas); en cada uno de los lugares dispuso un número igual de unidades de muestreo y recolectó los escarabajos.

Así, en la parte alta encontró especies como el escarabajo rinoceronte (Golofa), llamativo por sus cuernos; el escarabajo de la vid, del género Pelidnota, de color amarillo opaco o rojo-castaño, con  tres manchas negras a lo largo de cada costado. De estos se hallaron específicamente tres especies: P. glaberrima, P. polita y otra que todavía tratan de identificar.

“Lo interesante es que en las partes más bajas registramos escarabajos representativos de los bosques secos; en la parte más alta encontramos unos escarabajos con distribuciones para los Andes colombianos y otros con distribución poco conocida, que saldrán en la revista Ecological Entomology, donde seguramente vamos a aportar esa información como nuevos registros de distribución”, recalca.

El trabajo contó con la asesoría de la profesora María Argenis Bonilla Gómez, líder del grupo de investigación Biología de Organismos Tropicales (Biotun), y fue codirigido por Claudia Moreno Ortega, experta en análisis de la diversidad.

Reducir oxígeno y carbón aumentaría eficiencia energética de paneles solares y celulares

 Después de crear las láminas microscópicamente delgadas para conducir energía –corriente o luz–, las cuales suelen utilizarse en paneles solares y en dispositivos láser y electrónicos como el celular, se presentó un 23 % de impurezas por alta presencia de oxígeno y 19 % de carbón, datos que sirven para determinar que su rendimiento energético es bajo.

En los paneles solares la ineficiencia energética hace referencia a sus limitantes para alcanzar un rendimiento óptimo en la conversión de la luz solar en electricidad; aunque esto depende de factores como la sombra de un árbol o la antigüedad del dispositivo, también se relaciona con la composición química con la que se creó la lámina conductora de energía.

Para comparar los factores químicos que influyen en esta deficiencia, a partir de indio, galio y nitrógeno, el ingeniero físico Andrey Alessandro Rodríguez Ospina elaboró láminas con espesores imperceptibles al ojo humano (20 micrómetros, más finos que el filo de una hoja de papel) y con una dimensión de apenas 1 cm de ancho y largo, trabajo que adelantó en el Laboratorio de Nanoestructuras Semiconductoras de la Universidad Nacional de Colombia (UNAL) Sede Manizales.

El indio –un metal poco abundante– es crucial en la fabricación de láminas debido a su baja fusión y maleabilidad; no suele encontrarse en forma pura en la naturaleza y a menudo se extrae como subproducto del zinc.

Por su parte el galio, presente especialmente como un subproducto de la extracción de aluminio, mejora las propiedades eléctricas por su bajo punto de fusión.

Y el nitrógeno, al formar compuestos, puede fortalecer las láminas proporcionando resistencia y estabilidad en diversas aplicaciones. Comercialmente se obtiene a través de procesos como la destilación fraccionada del aire.

Este trabajo se encuentra en la línea de investigación del profesor Álvaro Pulzara Mora, del Departamento de Física y Química de la UNAL Sede Manizales, quien, como integrante del grupo de investigación Magnetismo y Materiales Avanzados, ha realizado valiosos aportes al desarrollo de nuevas técnicas para elaborar materiales semiconductores dirigidos a distintos dispositivos tecnológicos.

Alta tecnología

Las láminas se crearon mediante pulverización catódica con un magnetrón sputtering, equipo que contiene un blanco de los elementos como indio, galio y nitrógeno (cátodos). En esta cámara de vacío se introduce gas argón para generar un plasma. Así, los iones resultantes colisionan con el blanco liberando átomos del material objetivo. Estos se depositan en un sustrato, como la lámina de cobre, formando una película delgada con propiedades específicas.

Se utilizó la técnica magnetrón sputtering con un sustrato de silicio y dos blancos hechos de indio y nitruro de galio, con una pureza del 99,9 %. “Los materiales se depositaron en una atmósfera de argón a baja presión de 5,5 × 10-2 Torr (unidad de presión) y la temperatura de las muestras se controló a 300 y 400 °C; una primera muestra con 10 escáneres en 1 minuto y 55 segundos, y otra con 20 escáneres de 3 minutos 40 segundos”, amplía el ingeniero físico. El escáner hace referencia al número de veces que se repasó para analizarlos.

“Es importante usar el argón (gas incoloro, inodoro e insípido), ya que el tamaño de su átomo es óptimo para generar la separación de las partículas, y además no contamina la muestra. El proceso puede tardar entre 30 minutos o más de dos horas, según el tamaño de la muestra”, explica el ingeniero.

En otra fase del estudio, y para entender la composición química de la superficie del material, en el Laboratorio del Centro de Investigación y de Estudios Avanzados del Instituto Politécnico Nacional (Cinestav) en México, se utilizó el método por espectroscopia de fotoelectrones por rayos X (XPS), que permite ver los átomos en la superficie de un material al analizar la energía de los electrones expulsados cuando es bombardeado con rayos X.

El análisis de la muestra reveló la presencia de enlaces de indio con oxígeno, e indio y nitrógeno, y de galio con nitrógeno. Además, se observaron similitudes en la composición superficial y en los enlaces químicos entre las muestras a 300 y 400 °C, destacando la estabilidad general.

Sin embargo, se identificaron diferencias notables como el aumento del enlace nitrógeno-indio a temperaturas más elevadas. También se evidenció la importancia de considerar la temperatura en la formación de enlaces de carbono, en especial en presencia de silicio como sustrato.

“En la caracterización se determinó la presencia de más del 23 % de oxígeno y más del 19 % de carbón, que no es poco, considerados como impurezas que limitan la eficiencia de energía”. Pese a ello, no es posible eliminarlas del todo, ya que, “por más potente que sea el magnetrón, lo que se puede hacer es dejar las moléculas en su mínima expresión, máximo a un 5 o 10 %, pero no podrán desaparecer por completo”, explica el ingeniero.

Anota además que incluso para todo el proceso de elaboración, primero es necesario vaciar o liberar toda la carga de los elementos dentro del magnetrón entre 2 y 5 días para prepararlo. “Si se lograra reducir esas impurezas, por ejemplo la eficiencia de un panel solar pasaría del estándar, que es entre un 28 y 30 % de uso de energía del 100 % que recibe, a un 50 %”.

El estudio es muy importante ya que proporciona información sobre la composición de los materiales empleados en la producción industrial de semiconductores, utilizados cada vez más en nuestra cotidianidad.

 

 

Algoritmos de IA encontrarían partículas en el universo con mayor precisión

 El Big Bang, explosión que dio origen al universo, liberó una cantidad de energía tan grande, que hasta hoy los científicos siguen buscando qué otras partículas se originaron allí y cómo interactúan con las que conocemos ahora. Físicos de la Universidad Nacional de Colombia (UNAL) implementaron dos algoritmos de inteligencia artificial (IA) con una precisión hasta ocho veces mayor para predecir el momento en que se estarían creando nuevas partículas, lo cual ayudaría a entender mejor el bosón de Higgs, uno de los descubrimientos más importantes en este campo en los últimos años.

El bosón de Higgs fue propuesto en la década de 1960 por el físico teórico Peter Higgs y sus colaboradores, y en 2012 se confirmó su existencia de manera experimental, gracias al Gran Colisionador de Hadrones (LHC), uno de los instrumentos más potentes para identificar nuevas partículas y sus interacciones, 27 kilómetros de un anillo circular que atraviesa Suiza y Francia.

También es llamado como “partícula de la masa”, pues se encarga de que las demás partículas subatómicas tengan masa; es algo así como imaginar un gran campo invisible en el que entran y salen con cambios en su estructura base, un hallazgo que en su momento revolucionó lo que se sabía sobre estas transformaciones de energía y que demuestra la importancia de los experimentos que se llevan a cabo en el LHC para entender las fuerzas y dinámicas que rigen el universo.

En el Gran Colisionador se aceleran protones (partículas con carga positiva) a velocidades cercanas a la de la luz, y luego se hacen colisionar con energías extremadamente altas, que ni si quiera logramos llegar a concebir; estos choques son los que dan lugar a nuevas partículas y recrean las condiciones que pueden haber existido después del Big Bang. Alrededor de este lugar hay detectores que registran, analizan y predicen los eventos que ocurren allí.

El grupo de partículas FENYX-UN quiso potenciar la capacidad de los algoritmos utilizados hoy en los detectores de partículas, y para ello se valieron del “plano de Lund”, un concepto que, en palabras más sencillas, es un mapa que ayuda a dilucidar cómo las partículas comparten energía y se comportan en torno a los cambios de algunas como el bosón de Higgs.

Para la investigación, Rafael Andrei Vinasco Soler, magíster en Física de la UNAL, utilizó diversos programas de IA en los que se simularon las condiciones de lo que ocurre en el LHC para tener un panorama general de las interacciones existentes y sus propiedades; esto se construyó con datos proporcionados por la Organización Europea para la Investigación Nuclear (CERN).

Al tener las condiciones decidieron poner a prueba dos algoritmos de IA para predecir si en el bosón de Higgs, y el bosón W (importante en la interacción de partículas subatómicas y procesos de altas energías), hay una mayor probabilidad de que realmente se estén creando partículas durante el experimento.

Aquí hay un concepto clave para entender lo que se encontró, y es el de “decaimiento nuclear”, que hace referencia a los cambios de energía que se presentan en los átomos y que pueden dar lugar a nuevos hallazgos; todo ocurre de manera muy rápida, y por eso los detectores necesitan nuevos algoritmos que potencien la predicción de estos eventos.

El investigador Vinasco explica que “se encontró que el desempeño del algoritmo podría ser hasta 8 veces mejor que el de los que se utilizan hoy, lo cual ayudaría a realizar mejores medidas sobre el bosón de Higgs y los decaimientos nucleares”.

“Hoy existen teorías muy ambiciosas en la física de partículas, y potenciar el LHC con la IA ayudaría a comprobarlas, ya que, con solo hallar una partícula ligada a cambios específicas de la materia, se podría cambiar el espectro de lo que conocemos sobre el universo, al igual que pasó con el bosón de Higgs”, indica el magíster en Física.

Aunque con la tecnología actual no se pueden aumentar las energías de los experimentos para encontrar fácilmente partículas nuevas, sí existe una gran oportunidad para mejorar el análisis de los datos obtenidos en los experimentos usando IA, “permitiéndonos potenciar los resultados actuales sin tener que construir nuevos experimentos, estas herramientas podrían hacer que el futuro de la física moderna vaya a pasos que nunca imaginamos”.

En esta investigación también participó el profesor Carlos Eduardo Sandoval Usme, del Departamento de Física, quien vinculó al magíster Vinasco al megaproyecto internacional ATLAS, con miles de expertos de todo el mundo que aportan al entendimiento y desarrollo de la física de partículas en el Gran Colisionador de Hadrones.

Fibras de fique aumentan la resistencia de muros en las construcciones

 El fique, también conocido como cabuya, es una planta nativa de Colombia apreciada por sus fuertes fibras. Desde tiempos ancestrales se ha utilizado en la elaboración de artesanías, empaques y diversos productos industriales. Un uso reciente es como refuerzo para muros de mampostería, en los que aumenta su resistencia entre 22 y 39 % frente a los muros sin refuerzo.

Entre las principales fallas que pueden sufrir los elementos de mampostería en caso de un sismo están el “deslizamiento por cortante” y la “tracción diagonal”, que se manifiestan con grietas, desprendimientos, volcamiento y deformaciones estructurales, entre otros daños. Por eso es indispensable aplicar el Reglamento Colombiano de Construcción Sismo Resistente NSR-10, para que las obras sean seguras ante eventos sísmicos, y allí se especifica el reforzamiento estructural.

Ante la necesidad de tener alternativas más sostenibles y económicas para reforzar los muros de mampostería, la investigación de Heidi Stefanía Prieto Piñeros, magíster en Ingeniería - Estructuras de la Universidad Nacional de Colombia (UNAL), propone aplicar la técnica Textile Reinforced Mortar (TRM), una interesante opción que consiste en usar textiles de alta resistencia sobre la superficie del muro, los cuales se impregnan con mortero para crear una capa de refuerzo. En este caso se puso a prueba el tejido de fique.

Tradicionalmente los muros de mampostería se refuerzan con malla electrosoldada (compuesta de varillas de acero) y se anclan con ganchos a los muros de mampostería para generar un reforzamiento externo. El problema es que esta técnica representa altos costos en materiales, además de impacto ambiental por la cantidad de energía requerida para fabricarla.

Los resultados de las pruebas realizadas con el fique mostraron un aumento notable en la resistencia a esfuerzos de corte, con incrementos entre el 22 y 39 % según las características de la fibra y si se aplicaba en una o ambas caras del muro. En este caso la malla ligera demostró mayor adherencia al mortero que la malla densa.

Pruebas para llevar el fique a la construcción

Para estudiar el fique en estas aplicaciones primero se debe realizar un “tratamiento” para eliminar impurezas que pueden interferir con la adherencia entre la fibra y el mortero, y así también mejorar su durabilidad. Entre los métodos investigados se eligió uno con hidróxido de sodio, al que luego se le practicaron pruebas para determinar la concentración óptima en un tiempo de tratamiento de 30 minutos.

Pero como el interés final era evaluar la resistencia a corte de muros de mampostería reforzados con fique, se construyeron muretes de mampostería utilizando materiales caracterizados como cemento, arena, bloques de mampostería y las fibras naturales tratadas, entre otros.

Con el fin de conocer la calidad de los materiales y comparar los resultados obtenidos con otras investigaciones, se realizaron pruebas de caracterización para los materiales que conforman el murete de mampostería y el reforzamiento”, señala la magíster.

Se ensayaron 16 muros, algunos sin refuerzo, otros reforzados con malla ligera por una cara, otros con malla densa por una cara y malla ligera en ambas caras. A estos se les realizaron pruebas de resistencia a esfuerzos de corte mediante tracción diagonal, aplicando carga de compresión a lo largo de una de las diagonales, carga que se fue aumentando hasta provocar un daño en el elemento.

Luego se comparó el desempeño de los diferentes tipos de muros y se evaluó el impacto del refuerzo con fibras naturales. Uno de los puntos clave observados fue la capacidad de mantener la integridad estructural de los muros reforzados, incluso bajo cargas máximas. Mientras que los muros sin refuerzo tuvieron fallas frágiles, los reforzados con el fique mostraron una mayor resistencia a corte y estabilidad.

“El fique sería una alternativa sostenible y efectiva en el campo de la construcción. Con estos estudios es posible encontrar más alternativas naturales para usarlas en obras, pero también es necesario estudiar el comportamiento de los elementos reforzados ante diferentes tipos de solicitaciones, particularmente evaluar su comportamiento ante fallas que se puedan presentar fuera del plano”, concluye la magíster Prieto.