Ciencia Sin Fronteras II

COORDINADOR

Juan Pablo Álvarez Delong

GOBIERNO DEL ESTADO DE VERACRUZ Miguel Ángel Yunes Linares GobernaDor Del estaDo Rogelio Franco Castán secretario De Gobierno Enrique Pérez Rodríguez secretario De eDucación Ricardo Gómez Leyva subsecretario De eDucación meDia suPerior

CONSEJO NACIONAL DE CIENCIA Y TECNOLOGÍA Enrique Cabrero Mendoza Director General Federico Graef Ziehl Director aDjunto De Desarrollo reGional Julio César Ponce Rodríguez coorDinaDor De Proyectos comunicación e información estratéGica Alicia Olga Lazcano Ponce Directora reGional sur – oriente

CONSEJO ESTATAL DE INVESTIGACIÓN CIENTÍFICA Y DESARROLLO TECNOLÓGICO DE CAMPECHE Ing. Carlos Alberto Rodríguez Cabrera Director General Del COESICYDET Lic. José Daniel Julián Santiago coorDinaDor De Planeación y aDministración Lic. Virginia Aracelly Dzib Rocha coorDinaDora De Difusión y DivulGación MTI. Heribé Felipe Uribe Santiago enlace aDministrativo fonDo mixto

CONSEJO VERACRUZANO DE INVESTIGACIÓN CIENTÍFICA Y DESARROLLO TECNOLÓGICO Juan Pablo Álvarez Delong Director General Abelardo Soto Virués jefe De la División De Desarrollo científico Godofredo González Ortiz jefe De la División De Desarrollo tecnolóGico Antonio Ibarra Zepeda secretario técnico Karla Marcela Olivares Díaz jefa Del DePartamento aDministrativo Yahel Teresa Vichi Martínez consultora De Difusión

EDICIÓN Andrea López Monroy corrección De estilo Jesús Alfredo Contreras Ruiz recoPilaDor De conteniDo Octavio Reyes Olivares Diseño eDitorial y maquetación

Ciencia sin fronteras II © Consejo Veracruzano de Investigación Científica y Desarrollo Tecnológico Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología Río Tecolutla No. 20, segundo piso. Col. Cuauhtémoc.

C.P. 91069, Xalapa, Veracruz, México 1a edición, 2018 ISBN 978-607-725-325-9 Impreso en México

La edición de este libro se realizó con el financiamiento del Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (CONACyT), a través del Consejo Veracruzano de Investigación Científica y Desarrollo Tecnológico (COVEICyDET), con recursos del Fondo Institucional de Fomento Regional para el Desarrollo Científico, Tecnológico y de Innovación (FORDECyT), como parte de la estrategia de apropiación social de la ciencia.

Ciencia sin fronteras II fue editado por el Consejo Veracruzano de Investigación Científica y Desarrollo Tecnológico (COVEICyDET). El contenido es responsabilidad de los autores. Se autoriza la reproducción total o parcial de la obra, siempre y cuando se cite la fuente. Toda correspondencia dirigirla a la División de Desarrollo Científico del COVEICyDET, Río Tecolutla No. 20, segundo piso Col. Cuauhtémoc, C.P. 91069, Xalapa, Veracruz; Telefono (228) 8 41 36 70.

CONTENIDO PRESENTACIÓN

12

BLOQUE 1 Aulas hermanas en preescolar, la oportunidad de aprender juntos | Jezabel Margarita Cárdenas Pérez

15

Chaol´s: el día que decidimos participar en FENACI | Víctor Manuel Guerrero Velasco | Sandra Martínez Trujillo | Zamira Itzayana Goné Zapata | Mauro Antonio Villanueva Lendechy

17

21

Ciencia y salud: cápsulas de conocimiento | Angélica Moreno-Blanco | Adriana Herrera García | Montserrat Melgarejo-Gutiérrez El maravilloso mundo de la Química | Yolanda Gómez Huesca | Pamela Mariana Peña Soto | Paola del Carmen Cortés Pomares | Juan Pablo Martínez Castillo

25

31

La Instrumentación Electrónica, una herramienta para el desarrollo | Sergio Francisco Hernández Machuca | Pablo Samuel Luna Lozano | Ángel Eduardo Gasca Herrera BLOQUE 2 La ansiedad, una emoción que nos acompaña toda la vida | Erwin García Hernández | Jesús Antonio Contreras Méndez | Gabriel Arturo Soto Ojeda Liposomas: los superremolques de la tecnología farmacéutica | Mauro Antonio Villanueva Lendechy | Uriel Francisco Orozco Anaya | Minerva Hernández Lozano Marcadores moleculares: una herramienta básica en el avance científico y el desarrollo tecnológico | Daniela Munro Presuntos culpables: los combustibles fósiles y el cambio climático | María Esther Nava Bringas | Carolina Andrea Ochoa Martínez

35

41 43

47

51

55

BLOQUE 3 Carne de conejo para el corazón | Paulina Lisset Alejandro Trujillo | Frixia Galán Méndez

61 63

Chocolates pegostres y chocolates legítimos | Julio A. Solís Fuentes | Frixia Galán Méndez

67

Comportamiento alimentario: “dime lo que comes y te diré quién eres” | Laura Acosta Domínguez | Mauro Antonio Villanueva Lendechy

71

Los cinco sentidos en la industria alimentaria | Frixia Galán Méndez

75

Plátano-Lub | Ilse Nataly Vázquez Jara | Frixia Galán Méndez | Andrés López Velásquez | Rosario Aldana Franco

79

¿Por qué fluyen los alimentos? | Frixia Galán Méndez | Jorge Octavio Virués Delgadillo

83

BLOQUE 4 Aceites lubricantes automotores: ¿cuándo realizar su cambio? | Mayky André Olivos Ramírez | Andrés López Velázquez | Yolanda Uscanga Feria

86 87

| Rosario Aldana Franco Amortiguador diafragmático | Roberto Cruz Capitaine | Giovanni Gómez Valencia | José Gustavo Leyva Retureta Automatización de un sistema de refrigeración para ahorro energético | Alfredo Carretero Cabrera | Simón Leal Ortiz | Martha Edith Morales Martínez

93

97

El efecto memoria: la costumbre de un estilo de trabajo de algunos aparatos | Ángel Jahir Trujillo Ávila | Jesús Antonio Camarillo Montero | José Gustavo Leyva Retureta Estructuras rodantes para animales de compañía

101

105

| Rosario Aldana Franco | Salvador Peña Escobar | Evert Sinair Zárate Tapia | Daniel Villegas Cruz | Gustavo D. Hernández Martínez | Ana Karen Leal Rodríguez | Andrés López Velázquez Grafeno: un material revolucionario | José Luis Landgrave Martínez | Andrés López Velázquez | Ervin Jesús Álvarez Sánchez Los residuos sólidos urbanos y su problemática en México | Lorena de Medina Salas | Eduardo Castillo González Verificación vehicular: ¿requisito o necesidad? | Yair Daniel Olivo Urbina | Andrés López Velázquez | Rosario Aldana Franco | Ervin Jesús Álvarez Sánchez BLOQUE 5 El robot que puede subir escaleras | Ervin Jesús Álvarez Sánchez

109

113

117

123 125

Inteligencia Artificial para explosiones combinatorias | Marcela Quiroz Castellanos

129

La “nueva” Inteligencia Artificial, ¿de qué se trata? | Efrén Mezura Montes

133

¡Mi pierna se escapó!, ¿ahora qué hago? | Ervin Jesús Álvarez Sánchez

137

Visión robótica | Homero Vladimir Ríos Figueroa

141

BLOQUE 6 Experimentación numérica con modelos matemáticos de procesos químicos | José del Carmen Zavala Loría | Asteria Narváez García

145

La cruz que carga el pueblo de México | Yuri Jorge Peña Ramírez

151

Microplásticos y plastificantes en zonas costeras: el caso de Campeche | Jaime Rendón von Osten | Merle M. Borges Ramírez BLOQUE 7 Educar para la vida, “en búsqueda del sentido de la existencia” | José Luis Pérez Chacón

147

157

163 165

La globalización al servicio de la delincuencia económica | María Teresa Montalvo Romero

169

El Internet de las cosas, sistemas ciber-físicos e Industria 4.0 | Rogelio de J. Portillo Vélez

173

| Pedro J. García Ramírez | J. Alejandro Vásquez Santacruz | Luis F. Marín Urías

PRESENTACIÓN Juan Pablo Álvarez Delong Director General del Coveicydet

H

oy México vive un cambio constante. Los retos que enfrenta nuestro país son cada vez más grandes y es por ello que nos encontramos en una encrucijada, en la que debemos determinar qué camino tomar como nación: si permanecer inactivos y condenarnos al retroceso o evolucionar y revolucionar para salir adelante exitosamente.

Nuestro país, además de ser un territorio rico en cultura, arte y tradiciones, está lleno de un gran talento e ingenio que nos caracteriza, el cual, sin duda, con las acciones adecuadas nos permitiría figurar como una gran potencia. Somos la decimoquinta economía mundial, de acuerdo con el Fondo Monetario Internacional, y nos perfilamos para estar entre las 10 primeras. Estamos creciendo; sin embargo, hay mucho por hacer, principalmente en materia de ciencia, tecnología e innovación.

Desde tal perspectiva, la inversión y los esfuerzos en dichos rubros debe ser una prioridad para los tres poderes de Gobierno: Ejecutivo, Legislativo y Judicial, pero particularmente para los primeros dos. Tenemos que dedicar más tiempo, recursos y debemos hacer un mayor esfuerzo en los sectores de ciencia, tecnología e innovación para así llegar al 1% del Producto Interno Bruto de inversión. Hay muchas lagunas y vacíos en materia legislativa, se deben incrementar los estímulos al sector privado, por ejemplo, de esta manera estableceremos una alianza estratégica que motive la inversión en innovación.

Se debe también incrementar la asesoría y disminuir la tramitología en el área de patentes, sólo el 5% son de mexicanos mientras que el resto pertenecen en su mayoría a otros países como Estados Unidos. Los investigadores y emprendedores deben ser guiados de una manera eficaz y eficiente al momento de hacer su trámite, esto va a detonar el desarrollo industrial en nuestro país.

Es lo que grandes países como Israel y Japón han venido haciendo con éxito, distinguiéndose en el mundo.

12

Académicos de primer nivel adscritos a instituciones como la UNAM, IPN, INECOL, UV y diversos Centros de Investigación están elaborando una agenda específica con las demandas más importantes en materia de ciencia y tecnología, con miras a que los futuros gobernantes la adopten, lo cual sería extraordinario; no obstante, nada nos asegura que se lleve a la práctica, por lo que debemos buscar que este tipo de proyectos se tornen imprescindibles.

Un problema actual es el cambio climático, que puede sonar trillado pero que está latente, pues ocurre y nos afecta todos los días.

Científicos de todo el mundo lo previeron hace mucho tiempo, sin embargo, los líderes y jefes de Estado lo han ignorado. No fue sino hasta que comenzaron a suceder eventos dramáticos ocasionados por la naturaleza cuando prestamos atención.

La causa principal es la excesiva contaminación por parte de las multinacionales en su mayoría, que emiten altísimos niveles de dióxido de carbono (Co 2 ), ocasionando que la Tierra se caliente drásticamente, trayendo consigo cambios de temperatura extremos e inesperados. Por esta razón frecuentemente enfrentamos huracanes, tsunamis, tormentas eléctricas e inundaciones.

Ciudades como Miami, Nueva York y algunas islas como las Maldivas o Samoa se comienzan a inundar constantemente, debido al deshielo de los glaciares y a los desastres naturales, ante lo cual los Gobiernos están implementando medidas extremas para combatir dicho problema, como levantar las calles, bombear el agua o inclusive en el caso de las islas mudar por completo a la población a zonas más estables, sin embargo es algo que no se podrá contener por mucho tiempo.

El mundo comenzaba a ver la luz al final del camino cuando se firmó el acuerdo de París, en donde las grandes potencias y también las que más emiten Co 2 signaron un compromiso con el objetivo de reducir dichas emisiones en los próximos años, consiguiendo una temperatura media global menor a los dos grados Celsius respecto a la temperatura preindustrial y posteriormente de 1.5ºC, entre ellas India, Estados Unidos y China. Algo sin precedentes, para celebrar, fue este el primer acuerdo serio y bien sustentado en materia de cambio climático, del que hace tan sólo unos meses el presidente Donald Trump anunció la retirada de Estados Unidos, siendo casualmente el país que más contamina de todo el mundo. ¿Qué sucedió? Demostró ser un títere de los intereses de las grandes empresas norteamericanas, de los petroleros, de los acereros, de las compañías automotrices; en fin, de todos aquellos que se veían afectados con dicho acuerdo.

13

Sin embargo, no todo son malas noticias; potencias como India y China siguen formando parte del acuerdo y están haciendo un esfuerzo notable por reducir sus emisiones y orientarse hacia el uso de energía sustentable, como la solar y la eólica; están instalando paneles y aerogeneradores por todo su territorio mediante financiamiento con tasas de interés bajas, consiguiendo así que este tipo de energía sea más barata para los ciudadanos que la eléctrica.

China se comprometió en los próximos años a que una quinta parte de su electricidad éste libre de fuentes de carbón. Por otro lado en el acuerdo también se contempla una repartición para el 2020 de hasta 3,000 millones de dólares para los países menos desarrollados.

El Sol produce en un día la energía que se genera en un año en todo el mundo. Aquí reside nuestra verdadera transformación, hay muchos países que dependen ya al cien por ciento de este tipo de energías. Es el camino que México tiene que seguir, apostar a un cambio integral que nos lleve a un crecer como nación, volviéndonos más competitivos y a la vez más sustentables y sostenibles. Tenemos toda la capacidad para hacerlo, sólo necesitamos un liderazgo comprometido y con determinación.

Por todo lo anterior resulta pertinente hacer un llamado de conciencia al presentar Ciencia sin fronteras II, una colección de textos escritos por diversos académicos de talla nacional, con la finalidad de divulgar la ciencia en Veracruz y en todo México, dando a conocer diferentes investigaciones y descubrimientos de nuestro mundo.

Agradezco al Gobernador de Veracruz, Lic. Miguel Ángel Yunes Linares, el apoyo brindado al Consejo Veracruzano de Investigación Científica y Desarrollo Tecnológico para realizar sus actividades, comprometiéndose siempre con la juventud y la niñez. Asimismo, al Secretario de Educación, Lic. Enrique Pérez Rodríguez, quien al ser un precursor de la educación nos ha otorgado su respaldo y compromiso en la tarea de fomentar la ciencia y la innovación en la entidad veracruzana. Nuestro agradecimiento también al Dr. Enrique Cabrero, Director General del Conacyt, quien nos ha apoyado a lo largo de esta administración, resaltando que Veracruz tiene un potencial único en materia de ciencia, tecnología e innovación.

Finalmente, mi gratitud a todos los que participaron en la realización del presente volumen, sumándose a una responsabilidad compartida de transmitir conocimientos.

14

BLOQUE 1 Aulas hermanas en preescolar, la oportunidad de aprender juntos Jezabel Margarita Cárdenas Pérez

Chaol´s: el día que decidimos participar en FENACI

Víctor Manuel Guerrero Velasco Sandra Martínez Trujillo Zamira Itzayana Goné Zapata Mauro Antonio Villanueva Lendechy

Ciencia y salud: cápsulas de conocimiento

Angélica Moreno-Blanco Adriana Herrera García Montserrat Melgarejo-Gutiérrez

El maravilloso mundo de la Química

Yolanda Gómez Huesca Pamela Mariana Peña Soto Paola del Carmen Cortés Pomares Juan Pablo Martínez Castillo

La Instrumentación Electrónica, una herramienta para el desarrollo

Sergio Francisco Hernández Machuca Pablo Samuel Luna Lozano Ángel Eduardo Gasca Herrera

Aulas hermanas en preescolar, la oportunidad de aprender juntos Jezabel Margarita Cárdenas Pérez*

C

uando ponemos atención a las dudas e inquietudes de los niños nos damos la oportunidad de descubrir la forma en que ellos reflexionan; podemos saber cómo piensan, las hipótesis que crean a través de la necesidad de explicarse el mundo que les rodea.

Si se les escucha y cuestiona acerca de su manera de pensar, se les encamina en sus primeros pasos hacia el mundo de la ciencia. Permitir a un niño expresar sus hipótesis acerca de un fenómeno, acontecimiento o situación relevante para él, es brindarle un voto de confianza para inducirlo a la reflexión analítica del porqué y cómo suceden las cosas, conduciéndolo por el camino del método científico, pues la curiosidad que emana de las mentes infantiles posee en sí misma una búsqueda insaciable por descubrir y aprender, para explicar bajo su razonamiento y lógica *Responsable de Aula lo que acontece a su alrededor.

Hermana de la Ciencia, Jardín de niños Carlos A. Carrillo

17

CIENCIA SIN FRONTERAS II |

Aulas hermanas en preescolar, la oportunidad de aprender juntos

En Veracruz, esto puede hacerse metódicamente a través del programa “Aulas hermanas de la ciencia”, un lugar de aprendizaje autoorganizado que genera múltiples espacios de interacción, conocimiento, retroalimentación y búsqueda. Dicho programa es resultado de una iniciativa lanzada en 2014 por el Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (Conacyt), a través del Consejo Veracruzano de Investigación Científica y Desarrollo Tecnológico (Coveicydet).

Inicialmente surgido para el nivel primaria, “Aulas hermanas de la ciencia” se extendió también para preescolar, con el objetivo de promover el deseo del pequeño por investigar, formando así mentes analíticas, reflexivas, retadoras, capaces de gestar y lograr en un futuro cambios sociales, porque tienen un método para hacerlo pero, sobre todo, porque aprendieron que es posible y creen lograrlo.

Lo maravilloso de este programa es que no brinda las respuestas, sino que promueve la construcción de las mismas: el niño puede ser investigador, chef, escritor, ambientalista, apicultor, científico, actor, promotor de la paz o un simple espectador y siempre tendrá la oportunidad de aprender, d e e x p o n e r d u d a s , d e c o m p l e t a r l o q u e c r e e s a b e r, d e corregir y, principalmente, de crear a partir del simple deseo de aprender logrando querer conocer más. Es aquí donde, fuera del guion establecido, la mente de los preescolares es capaz de ir de un lugar a otro en el conocimiento, haciendo ajustes, aprendiendo a profundidad un tema hasta llegar al punto deseado, sin que éste sea el final.

Puede iniciar investigando acerca de las princesas fantásticas de famosas películas, para terminar conociendo verdaderos castillos de la época medieval; escuchar cuentos de doncellas amadas por 18

Aulas hermanas en preescolar, la oportunidad de aprender juntos | CIENCIA SIN FRONTERAS II

caballeros y platicar con escritores de otros países a través del enlace de una videollamada, así de noble y divertido es este espacio donde nada es definitivo y todo es investigable. Aquí es posible convivir con un historiador que responda una serie de preguntas surgidas del interés por enterarse cómo era en el pasado la ciudad donde vive el pequeño, escuchando relatos del ayer, estableciendo diferencias con el ahora.

Los niños pueden grabar sus propios videos relatando anécdotas, compartiendo lo que saben, comunicando sentimientos y emociones; pueden tomar fotos de insectos, hojas, espacios y personas que llamen su atención. “Aulas hermanas” les dan la oportunidad de observar, formular preguntas que generan hipótesis, experimentar las posibles respuestas, llegar a sus propias conclusiones y poder así comunicar lo que han aprendido, socializarlo con sus compañeros o familia, poniendo en juego múltiples habilidades, que son precedente de la formación de sujetos pensantes, inquisitivos de la realidad, adquiriendo con ello la posibilidad de modificarla con su actuar. Trabajar con niños de entre cuatro y seis años tiene una limitante y una ventaja: aún transitan en el proceso de aprendizaje de la lectura y la escritura, y es la etapa en donde se colocan los cimientos para lograrlo. La pregunta es: ¿cómo hacerlo?

Auxiliándose de la tecnología como una herramienta de indagación, utilizando el dictado por voz o los ordenadores portátiles digitales, complementándolo con diversos recursos como la visita a bibliotecas, escuchando a expertos en temas específicos, ya sea presencial o a distancia, empleando todo aquello que se tiene al alcance, como un instrumento que aporte información fidedigna y veraz, para complementar y validar las investigaciones y proyectos.

Tener una escuela que cuente con un espacio confortable y adecuado con la más alta tecnología, infraestructura apropiada a la edad y características 19

CIENCIA SIN FRONTERAS II |

Aulas hermanas en preescolar, la oportunidad de aprender juntos

de los niños, es una oportunidad invaluable que todos los alumnos de preescolar deberían tener, pues les abre un infinito mundo de posibilidades de aprender y variadas formas de hacerlo, que a su vez satisfacen los diferentes estilos que como individuos poseen.

Por otro lado, ser mediador entre los pequeños y el conocimiento es un gran desafío; no puede uno quedarse de manos cruzadas cuando ellos demandan el compromiso, la sistematización, organización de los tiempos y recursos; ser un guía que oriente la investigación implica perder el miedo de enfrentar los retos propios ante la tecnología que no siempre dominamos, hacia las preguntas que salen de la zona de confort y a la habilidad de poder generar retos cognitivos con los temas abordados. Su función va más allá de sólo darles la información o indicarles dónde la pueden encontrar; deben saber cómo motivarlos para que ellos construyan el conocimiento, dejándolos en plena libertad en la elección de los temas, llevando los proyectos por caminos de reflexión para que por sí mismos logren comprender y comprobar sus hipótesis, generando un aprendizaje social.

En conclusión, el programa “Aulas hermanas de la ciencia” en preescolar representa todo un éxito tanto para los adultos como para los pequeños; para los segundos, es un espacio feliz donde aprenden e investigan, apropiándose de las investigaciones, interiorizándolas a tal grado de producir conocimientos nuevos a partir de lo que indagan, involucrando a la familia y amigos en este transitar de la ciencia infantil, marcando con su curiosidad y alegría los espacios educativos. Asimismo, los adultos hemos aprendido a apostar por los más pequeños, brindándoles la oportunidad de construir su propio aprendizaje y logrando con ello el tan anhelado “aprender a aprender”.

20

Chaol´s: el día que decidimos participar en FENACI Víctor Manuel Guerrero Velasco* Sandra Martínez Trujillo* Zamira Itzayana Goné Zapata* Mauro Antonio Villanueva Lendechy*

E

s increíble cómo una decisión marca tu vida; todo comenzó cuando decidimos participar en uno de los concursos sobre ciencia más importantes de la región: la Feria Nacional de Ciencias e Ingeniería (FENACI).

Meses antes iniciábamos un camino universitario en la licenciatura de Química Farmacéutica Biológica (QFB) y era emocionante preguntar cuál es la función de un QFB, qué hacía un químico y a qué áreas se enfoca profesionalmente; aunque teníamos una idea inicial sobre ello, aún resultaba un misterio.

Pronto, impulsados por la curiosidad, ingresamos al grupo estudiantil LUMO, de la misma facultad, donde –entre otras actividades– se fomenta la cultura y las vocaciones científicas; nos integramos al grupo de trabajo y ahí nos dimos cuenta de cómo un nutrido número de compañeros de licenciatura, *Facultad de Química posgrado y profesores adscritos trabajan Farmaceutica Biológica, en diversos proyectos relacionados Universidad Veracruzana.

21

CIENCIA SIN FRONTERAS II |

Chaol´s: el día que decidimos participar en FENACI

principalmente con la evaluación farmacológica de plantas medicinales (además de otros, por ejemplo, educativos y de emprendedurismo).

Movidos por el interés de hacer crecer nuestros conocimientos y participar con los diversos temas relacionados con sus proyectos, nos acercamos para conocer, aunque de manera inicial, la herbolaria y farmacología de plantas de la región y vincularnos apoyando a nuestros compañeros; más de uno de nosotros nos llegamos a sentir como pequeños aprendices científicos, hecho que nos motivaba día a día y nos reforzaba el gusto por integrarnos al espacio de trabajo inmediatamente después de salir de clases o entre una hora y otra, pues el ambiente en LUMO ofrecía una propuesta diferente.

Un día, en medio del ritmo acelerado de estudio y una vez inmersos en el placer por la investigación, llegó a nuestras manos la convocatoria para FENACI; ésta ofrecía la oportunidad de participar con un proyecto como el que estábamos realizando en apoyo al grupo de trabajo y así se inició una ardua preparación personal y académica rumbo a una experiencia que nos cambió la vida.

Reunidos en un café cerca de nuestra facultad y después de horas de mucho pensar e intercambiar ideas, sueños y metas, decidimos llamar a nuestro proyecto Chaol´s, que en náhuatl significa alivio porque representa el sueño e intención de todo profesionista farmacéutico: proporcionar los insumos y cuidados necesarios para brindar alivio al paciente.

Se trata del desarrollo de una línea de productos dermatológicos elaborados con extracto de tres plantas medicinales consideradas como maleza, empleando diferentes recursos tecnológicos de la industria farmacéutica y combinando biopolímeros 22

Chaol´s: el día que decidimos participar en FENACI | CIENCIA SIN FRONTERAS II

para uso tópico. Nuestro enfoque se centra en rescatar la tradición y conocimientos ancestrales principalmente de la herbolaria mexicana, crear artículos herbolarios innovadores para tratar heridas leves o moderadas y hacerlos más accesibles a sectores vulnerables de la población.

Teníamos, tal vez sin querer, una visión a futuro y una misión que cumplir, ahí inició la aventura; sin embargo, habría que ver más allá y sacrificar mucho en lo personal, familiar e inclusive en lo académico, haciendo que verdaderamente cobraran sentido las palabras de uno de nuestros mentores: “para ser alumnos extraordinarios, se necesitan hacer cosas extra a las ordinarias”…, de manera que fueron muchas horas de trabajo extras a lo académico, de preparación para entender la ciencia, sus métodos y aquello que no viene explicado en libros, no sólo vista como una herramienta para generar conocimiento, sino también para cambiar esquemas de vida en los seres humanos.

Lo maravilloso que puede ser cuando descubres que todo lo que has aprendido en las aulas tiene una aplicación significativa y que estar atentos a cada detalle durante la experimentación puede trascender en el proyecto, llevar a identificarse con él y defenderlo con suficientes argumentos de manera objetiva.

Siempre se nos dijo que el hecho de estar aprendiendo algo nuevo ya nos hace ganadores, lo cual nos hizo crecer y creer en nosotros mismos, dándonos la oportunidad de comprender que para cumplir un sueño no es una limitante carecer de un laboratorio de alta tecnología; que la única limitante es nuestra imaginación y actitud para levantarse cuando un experimento no resulta; que los jóvenes tenemos la posibilidad de cambiar al mundo aportando soluciones creativas para diversos problemas; que 23

CIENCIA SIN FRONTERAS II |

Chaol´s: el día que decidimos participar en FENACI

es posible mantener alertas nuestros sentidos para detectar necesidades que demanden este tipo de propuestas; que puede existir una crisis de recursos financieros en las instituciones, pero no una crisis en las ganas de responder a los retos y oportunidades que tenemos hoy en día; que nuestro estado y país necesitan una juventud ávida de propuestas, más que de señalamientos.

Participar en FENACI fue la oportunidad de aprender de manera diferente, obtener conocimientos mediante investigación y experimentación, quizás en una dinámica de trabajo poco anticipada para el grado de avance que al momento tenemos en la carrera; pero creemos que lo más importante y significativo en nuestras vidas fue aprender a trabajar en equipo, a confiar en nosotros mismos, en el potencial oculto de cada miembro del equipo; a identificar nuestras debilidades, ser humildes y reflexivos para reconocerlas y de esta manera convertirlas en fortalezas que apoyen a los demás miembros del equipo.

Ahora estamos muy emocionados porque la FENACI se presenta como una oportunidad de representar a nuestro país en Perú, en la feria de ciencias Eureka; asistir en nombre de nuestro estado Veracruz, nuestra universidad y de aquellos que contribuyeron en nuestra formación y confiaron en nosotros, sabiendo –más por introspección que por definición– que la capacidad de ser exitoso en cualquier proyecto depende en gran parte de la actitud y el trabajo, algo que esta importante experiencia trajo a nuestras vidas.

24

Ciencia y salud: cápsulas de conocimiento Angélica Moreno-Blanco* Adriana Herrera García ** Montserrat Melgarejo-Gutiérrez ***

S

i definimos la divulgación científica como el conjunto de actividades que hacen accesible el conocimiento científico al público en general, hoy en día podríamos pensar que cualquier aparato electrónico con acceso a Internet podría desempeñar esta función. Sin embargo, la divulgación de la ciencia no se reduce simplemente a emitir información, sino a despertar la curiosidad por descubrir y aprender nuevas cosas; es decir, dejar una “huella”.

Si bien todos podemos acceder *Egresada de la Facultad al conocimiento científico, debemos de Medicina-Xalapa, considerar que para favorecer el interés Universidad Veracruzana. y el aprendizaje es necesario estimular ** Estudiante de la Facultad una emoción en el sujeto receptor; pero, de Medicina-Xalapa, Universidad Veracruzana. ¿acaso la emoción que despierta leer un artículo innovador, o escuchar una *** Investigadora de la Facultad de Medicina-Xalapa, charla por televisión acerca de un nuevo Universidad Veracruzana.

25

CIENCIA SIN FRONTERAS II |

Ciencia y salud: cápsulas de conocimiento

hallazgo científico es de la misma intensidad que la que provocamos en una persona al poner al alcance de sus sentidos la ciencia misma?

Sabemos que al cerebro le gusta aprender a través de los sentidos, particularmente durante las primeras etapas del desarrollo, como, por ejemplo, la infancia. Diversos estudios han demostrado que el aprendizaje adquirido durante esta fase facilita la plasticidad cerebral; es decir, modifica la estructura y función del cerebro, y viceversa: la plasticidad cerebral favorece el aprendizaje y la consolidación de la memoria.

Por lo tanto, la divulgación científica cumple con dos funciones muy importantes; por un lado, la difusión social del conocimiento y, por otro, el desarrollo cognitivo de quien lo adquiere.

En este sentido, diversas instituciones de gobierno, de salud y educativas se unen para llevar a cabo un sinnúmero de actividades científicas. Aquí citaremos dos de ellas realizadas entre el Consejo Veracruzano de Investigación Científica y Desarrollo Tecnológico (Coveicydet) y la facultad de Medicina de la Universidad Veracruzana: la Semana Nacional de Ciencia y Tecnología (SNCyT) y el Taller de Inducción “Conoce las Ciencias de la Salud”.

Taller de Inducción “Conoce las Ciencias de la Salud” Uno de los objetivos de este Taller, realizado durante el periodo vacacional de verano, fue promover la vocación científica en niños de entre seis y 12 años de edad, de tal manera que mediante diferentes actividades pudieran conocer cómo funciona su cuerpo, desde la célula más pequeña hasta uno de los órganos más complejos y maravillosos de su organismo: el cerebro.

26

Ciencia y salud: cápsulas de conocimiento | CIENCIA SIN FRONTERAS II

El Taller se realizó en el Laboratorio de Investigación de Neurobiología del Sueño y Enfermedades Metabólicas. Posteriormente, los niños tuvieron la oportunidad de hacer un recorrido por las diferentes áreas de la facultad, como el bioterio y el área de morfología. Ahí aprendieron, entre otras cosas, cómo se manejan de manera ética los modelos animales en los que se estudian los procesos fisiológicos del cuerpo humano. Sumado al conocimiento que los pequeños adquirieron, como profesionales de la salud en formación pudimos comprender el valor de provocar emociones fantásticas para que el conocimiento sea transmitido de manera más fácil y divertida.

Además, reconocimos la importante labor de difundir la ciencia responsable y eficientemente, pues en la actualidad hay un sinfín de retos que la comunidad científica debe superar. En primera instancia, el acceso a la tecnología y los medios de comunicación ofrecen fuentes de información muy diversas; sin embargo, como profesionales y formadores de recursos humanos en salud es nuestro trabajo reforzar, mediante distintas estrategias, ese aprendizaje que les permita forjar su propio camino dentro del conocimiento, así como el autocuidado de la salud.

Otro de los desafíos que hemos podido afrontar gracias a estos programas de acercamiento a la ciencia para los niños, es el hecho de “reencontrar ” la manera de impresionarlos. De modo que invariablemente las preguntas que llegaron a nuestra mente al efectuar los talleres fueron: ¿Cómo asombrar a los niños? ¿Cómo hacemos que aprendan mientras se divierten? Ciertamente, la respuesta no resultó tan

27

CIENCIA SIN FRONTERAS II |

Ciencia y salud: cápsulas de conocimiento

complicada, estaba frente a nosotros: sólo debemos mostrarles el cuerpo humano, el cual por sí solo ¡ya es impresionante!

Pues bien, ¡nos pusimos manos a la obra! En una de las actividades los pequeños aprendieron y reconocieron cómo funciona el corazón, y lo mejor es que pudieron entenderlo mientras escuchaban el suyo o el de su compañero, sumado a la experiencia de poder tocarlo con sus manos. ¡Un corazón real! Sí, así es, un corazón modelo de animal porcino. Además, observaron al microscopio y a través de una cámara especializada las células de su piel y de su boca.

Aprendieron del sistema óseo y cómo obtenemos energía de los alimentos, también de la alimentación saludable para no desarrollar diabetes. Es de gran satisfacción para nosotros que los niños entiendan la gravedad de esta enfermedad y, sobre todo, que es totalmente prevenible con buenos hábitos alimenticios. Si educamos de esta manera, el día de mañana tendremos menos adultos con este padecimiento, el cual se ha vuelto un grave problema de salud en México.

Al final de la jornada, después de transmitir conocimiento útil y educarlos en salud, aún teníamos otra sorpresa: ¡Conocer una neurona y presenciar el poder de la mente! Gracias a un equipo que consiste en una diadema con sensores que convierten la actividad eléctrica cerebral en un suave flujo de aire para mover una pelota, sin tocarla, únicamente con la actividad que genera el cerebro, los niños pudieron experimentar la fuerza que éste tiene y la de sus ondas. Finalmente, adquirieron una de las enseñanzas más importantes: Duerme bien, come bien, no consumas sustancias perjudiciales, ¡cuida tu cerebro!

28

Ciencia y salud: cápsulas de conocimiento | CIENCIA SIN FRONTERAS II

Semana Nacional de Ciencia y Tecnología En este evento se reunieron distintas instituciones, incluyendo la Universidad Veracruzana, la Benemérita Escuela Normal Veracruzana y el Gobierno del Estado de Veracruz, entre otras, con la finalidad de dar a conocer proyectos, talleres, charlas e investigaciones.

Es organizada por el Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (Conacyt) y tiene como objetivo transmitir el conocimiento científico y tecnológico a la sociedad en general. Es decir, se busca, a través de breves exposiciones, crear un vínculo entre el interesado y el expositor para dar a conocer los resultados de las investigaciones llevadas a cabo.

Durante la Semana Nacional de Ciencia y Tecnología se presentó un sinfín de proyectos e investigaciones centradas en las problemáticas relacionadas con el agua y las posibles soluciones a éstas; por supuesto, se abordaron desde las diferentes perspectivas de las áreas del conocimiento. El número de asistentes a las múltiples exposiciones que había en el lugar demuestra que en realidad existe un enorme gusto por la ciencia y el pabellón de la salud no fue la excepción; desde temprana hora nos dimos cita para instalar las mesas de actividades donde se abordaron diferentes temas de importancia, por ejemplo, la obesidad, el sistema óseo, el sistema nervioso central y, claro, la importancia del agua en nuestro funcionamiento fisiológico. También hablamos de la relevancia del agua desde la salud pública, pues si bien es un recurso indispensable para el correcto funcionamiento de nuestro cuerpo, tiene un papel destacable como fuente de reproducción de vectores (mosquitos) que pueden transmitir enfermedades como el zika, dengue y chikungunya, si no se mantiene un ambiente limpio.

29

CIENCIA SIN FRONTERAS II |

Ciencia y salud: cápsulas de conocimiento

Los temas expuestos se planearon con la finalidad de explorarlos y darlos a conocer desde un enfoque multidisciplinario, pero, a su vez, ligarlos con el tema principal de la feria. Asimismo, se tuvo en cuenta la presencia de asistentes de todas las edades, por lo que adaptar la información para todos ellos fue un gran reto.

Como estudiantes o egresados de Medicina es de suma importancia involucrarnos en eventos que nos acerquen a la sociedad desde otro ámbito, no sólo el hospitalario o clínico, sino desde la educación de la salud y el autocuidado. En la medida en que podamos enseñar que la salud es una responsabilidad de todos, podremos avanzar en la disminución de enfermedades prevenibles y sus complicaciones; es decir, hagamos una medicina académica con impacto social, ¡demos cápsulas de ciencia y salud!

30

El maravilloso mundo de la Química Yolanda Gómez Huesca* Pamela Mariana Peña Soto* Paola del Carmen Cortés Pomares* Juan Pablo Martínez Castillo*

S

er parte de la divulgación de la ciencia desde el estatus de estudiante es una experiencia increíble y fabulosa. Así fue participar con el taller “El maravilloso mundo de la Química”. Todo empezó con una invitación para colaborar en una serie de talleres para niños, en donde se realizarían prácticas de química desde un punto de vista lúdico; el objetivo era que los pequeños aprendieran jugando y descubrieran que la Química no es una ciencia aburrida, es decir, cambiar su perspectiva.

El taller estuvo organizado de manera tal, que el grupo de niños hizo un recorrido a través de varias mesas temáticas en las que efectuaban diversos experimentos, que iban desde geles, ungüentos y jabones, empleando plantas medicinales, hasta cosas divertidas como lámparas de lava, botellas mágicas, slime, además de tener un acercamiento con el mundo *Estudiantes de la Facultad de Química microscópico mediante la observación de Farmacéutica Biológica, Universidad Veracruzana, Xalapa. diversas muestras diminutas.

31

CIENCIA SIN FRONTERAS II |

El maravilloso mundo de la Química

Después de 10 sesiones planeadas para el taller, en medio de risas y de porras concluyó esta gran experiencia de aprender jugando. En un mural los niños dejaron expresados sus pensamientos y pudimos observar que, para muchos de ellos, ésta había sido su primera oportunidad de estar en un laboratorio; para quienes fuimos parte de “El maravilloso mundo de la Química” esto nos llenó de alegría, porque también había sido nuestra primera experiencia de “enseñar ”, una gran vivencia llena de aprendizaje y emoción al ver reflejado en los rostros de los niños el asombro por realizar desde cero sus productos, lo cual nos motivó a seguir trabajando y esforzándonos, pues descubrimos que los pequeños son el público más exigente y honesto que existe.

Una segunda oportunidad de repetir la experiencia llegó con la invitación a participar en la Semana Nacional de Ciencia y Tecnología.

Inicialmente montamos una mesa y, con muchas ganas, esperábamos el momento de enfrentarnos a ese público que tanto deseábamos: los niños. Pronto una mesa no fue suficiente y se tuvo que instalar otra y otra, hasta sumar seis; los menores llegaban con toda la actitud de aprender sobre sustancias químicas, mezclas homogéneas y heterogéneas, además de fabricar las anheladas plastilina y slime.

Así fue durante toda la semana, en donde tuvimos la oportunidad de experimentar nuevamente esa emoción de jugar y aprender, reflejada en las caras de los pequeños, muchos de ellos puestos en contacto por primera vez con la ciencia.

De las experiencias de estos dos talleres se llega a la conclusión de que al mismo tiempo que enseñamos a un grupo de pequeñines, también nosotros

32

El maravilloso mundo de la Química | CIENCIA SIN FRONTERAS II

aprendimos a amar más nuestra carrera y a reforzar que contamos con las habilidades y capacidades para desempeñarnos como profesionistas.

Hoy reconocemos lo maravilloso de divulgar la ciencia en niños, vemos en sus rostros de asombro, en sonrisas y aplausos una oportunidad de ser jóvenes comprometidos con nuestra vocación y nuestra sociedad, convirtiendo nuestra realidad en un entorno cooperativo donde los niños y los jóvenes no sólo seamos el futuro, sino que también se reconozca que somos el presente.

Esperamos que la sociedad confíe en nosotros, sembrando a través de la ciencia la oportunidad y la esperanza de un mejor mañana, en donde los jóvenes podamos responder a las necesidades que la vida misma nos pone.

Para nosotros esta fue una gran oportunidad de aprender más allá de las aulas, salir de nuestra zona de confort (los laboratorios) para ir al encuentro de una realidad ansiosa de respuestas y conocimiento.

Nos permitió cambiar la manera de concebirnos a nosotros mismos; hoy sabemos que podemos cambiar nuestro entorno manteniendo un espíritu entusiasta y positivo, con una actitud emprendedora que sólo la da el atreverse a aportar algo más.

Agradecemos a nuestros maestros y al Grupo LUMO por promover una juventud incluyente desde el fomento a las vocaciones científicas y tecnológicas.

33

La Instrumentación Electrónica, una herramienta para el desarrollo Sergio Francisco Hernández Machuca* Pablo Samuel Luna Lozano* Ángel Eduardo Gasca Herrera*

L

a tecnología es parte esencial del progreso de un país, tanto en lo económico como en lo social.

El acelerado desarrollo de las ciencias aplicadas en diversas áreas de la cotidianidad impacta el cómo se hace y hasta dónde se alcanza en la solución de nuestros problemas.

Actualmente, la Instrumentación Electrónica se posiciona como una de las áreas de la ingeniería que, en conjunto con otras disciplinas, está profundamente involucrada en el desarrollo de innovaciones encaminadas a encontrar soluciones adecuadas a nuestros retos del día a día. Los elementos fundamentales que la definen son la detección y medición de variables de diversa naturaleza, el procesamiento para el control o manipulación de la información resultante y la manera más adecuada del despliegue o muestra de lo estudiado, acondicionando de la mejor forma lo analizado para su almacenamiento, a fin de utilizarlo *Facultad de en futuras consultas y aplicaciones.

Instrumentación Electrónica, Universidad Veracruzana.

35

CIENCIA SIN FRONTERAS II |

La Instrumentación Electrónica, una herramienta para el desarrollo

Prácticamente, toda labor humana requiere de la medición, estimación o valoración de sus resultados.

Para mejorar un proceso es necesario poder medirlo; esto es, cualquier actividad que pretenda optimizarse será menester compararla entre un antes y un después de que se proponga un mecanismo para su perfeccionamiento. Si se trata de la prueba de un método de cultivo, un nuevo esquema de enseñanza o aprendizaje, una estrategia para realizar el reparto de mercancías o la evaluación de la efectividad de una vacuna, será interesante contar con elementos para la estimación del grado de avance que se logre con lo que se ensaye.

La necesidad de medir es tangible en las labores industriales y es radicalmente importante, e incluso vital, que al incorporar innovaciones éstas sean adecuadamente valoradas en las ventajas que aportan en su implementación. La ciencia fundamenta su ciclo de avance en función de la apropiada medición para que, bajo pruebas y prácticas, se valore la teoría propuesta.

Para estar a la altura de los requerimientos impuestos por la modernidad, la Instrumentación Electrónica debe actualizar sus técnicas y tecnologías.

Por ejemplo, debe considerar cómo medir algún fenómeno que aún no se experimenta, pues cada vez es más frecuente que nos anteceda la necesidad de un futuro artefacto a su potencial empleo.

Algunas de las áreas vitales que se desarrollan interdisciplinariamente con la Instrumentación Electrónica son la Biomedicina, la Robótica, la Inteligencia Artificial y las telecomunicaciones. A partir de ellas se deriva un sinfín de aplicaciones, su avance plantea beneficios en muchas disciplinas,

36

La Instrumentación Electrónica, una herramienta para el desarrollo | CIENCIA SIN FRONTERAS II

fundamentan o participan en la solución a los principales problemas sociales y económicos que actualmente enfrentamos.

Las telecomunicaciones son indispensables para cualquier tarea que enfrente el hombre, desde las triviales como el divertimiento, hasta las indispensables como la preservación de la vida.

En cualquier ámbito, la industria, los servicios, el transporte, la educación y otras más, su uso se ha vuelto relevante para mejorar, agilizar y hacer congruente el desarrollo con el progreso que se requiere. La Instrumentación Electrónica contribuye con las telecomunicaciones brindando esquemas de adquisición de datos que permiten el adecuado transporte y aporte de información relacionada con eventos físicos, desde condiciones atmosféricas y resultantes de fenómenos naturales, hasta factores y variables que intervienen en procesos industriales.

La Robótica se emplea cada vez más en labores de automatización y sistematización de procesos.

Más allá de la mecanización de actividades, la teoría subyacente en la tecnología de la robótica se agrega a las herramientas con las que cuenta la tecnología actual para proponer soluciones en ámbitos de la agricultura, la construcción, el transporte y la experimentación en las ciencias.

La Instrumentación Electrónica desarrolla conceptos de sensado y actuación que amplían los niveles de adquisición y control de información del medio ambiente, confiriendo a la Robótica un mayor alcance en sus soluciones.

M u y de la mano de la Robótica está la Inteligencia Artificial, la cual otorga cierta autonomía a los robots, a los sistemas electrónicos, a los

37

CIENCIA SIN FRONTERAS II |

La Instrumentación Electrónica, una herramienta para el desarrollo

sistemas informáticos o a las mismas computadoras en la toma de decisiones en nuestra cotidianidad; por ejemplo, en la asistencia remota en algunas páginas de Internet donde en realidad quien nos responde es un sistema informático, o en los electrodomésticos presentes en las casas para facilitar las labores domésticas.

Sin duda, la salud es uno de los sectores que aún se encuentra en una etapa de desarrollo en donde se requiere mejorar la cobertura y calidad de los servicios. En este rubro, particularmente apoyando a la Ingeniería Biomédica, la Instrumentación Electrónica es relevante, participa en conjunto con ciencias de la medicina y la salud para resolver problemas actuales de la población diseñando sensores, instrumentos, esquemas de acopio, análisis y distribución de la información resultante. Sin embargo, sus alcances en la creación de medios para el análisis, prevención, tratamiento y mejora de la salud apenas se vislumbran.

Asimismo, está relacionada estrechamente en el hospedaje y administración de información en la nube (Cloud Computing), en donde se captura información de diversos medios y para distintos fines, la cual se procesa y pone a disposición de los usuarios a través de esquem7as globales de Internet. Los medios para la obtención de datos (desde detectores sismológicos, de condiciones del medioambiente, hasta seguimiento de flujo vehicular), su acopio, depuración, comunicación, almacenamiento y administración es soportado por esquemas de la Instrumentación Electrónica.

En resumen, la Instrumentación Electrónica presenta un abanico de usos en la vida cotidiana de este mundo globalizado en constante progreso.

38

BLOQUE 2 La ansiedad, una emoción que nos acompaña toda la vida

Erwin García Hernández Jesús Antonio Contreras Méndez Gabriel Arturo Soto Ojeda

Liposomas: los superremolques de la tecnología farmacéutica

Mauro Antonio Villanueva Lendechy Uriel Francisco Orozco Anaya Minerva Hernández Lozano

Marcadores moleculares: una herramienta básica en el avance científico y el desarrollo tecnológico

Daniela Munro

Presuntos culpables: los combustibles fósiles y el cambio climático

María Esther Nava Bringas Carolina Andrea Ochoa Martínez

La ansiedad, una emoción que nos acompaña toda la vida Erwin García Hernández* Jesús Antonio Contreras Méndez** Gabriel Arturo Soto Ojeda*** La ansiedad con miedo y el miedo con ansiedad contribuyen a robarle al ser humano sus cualidades más esenciales.

Konrad Lorenz

E

l ser humano manifiesta emociones que le acompañan toda la vida. La palabra emoción proviene del vocablo emovere, que significa remover, agitar o excitar. Es común emplear dicha palabra para definir los diversos estados de ánimo que experimentamos, como la alegría, el miedo, la ansiedad, etcétera. Las emociones se presentan para dotar de una capacidad de respuesta asociada a una situación interna o externa que puede generar o no placer; de esta manera, están *Investigador del Instituto Tecnológico Superior de acompañadas de una acción orientada Zacapoaxtla, Puebla. a conseguir o satisfacer necesidades que **Estudiante de la influyen sobre el comportamiento humano, Facultad de Química el cual está fuertemente regido por un Farmacéutica Biológica, componente motivacional que genera un Universidad Veracruzana. grado de activación o alarma, derivado ***Académico investigador de una serie de cambios fisiológicos de la Facultad Química Farmacéutica Biológica, comandados por el sistema nervioso.

Universidad Veracruzana.

43

CIENCIA SIN FRONTERAS II |

La ansiedad, una emoción que nos acompaña toda la vida

¿Qué es la ansiedad?

La ansiedad es una emoción básica que surge frente a situaciones interpretadas como amenazantes o peligrosas, caracterizada principalmente por un sentimiento de angustia y miedo. Cumple con una función importante, ya que condiciona al organismo a una actitud que lo prepara para el ataque o la huida.

Así, estímulos internos o externos desencadenantes de ansiedad activan un sistema de alerta o alarma regido por estructuras cerebrales en donde la amígdala juega un papel muy importante, funcionando como un centro integrador para la respuesta.

Una persona ansiosa tiene comportamientos de extrema preocupación, aprehensión, miedo, angustia generada por la anticipación real o potencial de un peligro, lo cual provoca –entre otras cosas– aumento de los latidos del corazón, sudoración excesiva o ganas de ir al baño, manteniendo al individuo en un estado de alerta. Fisiológicamente, el organismo se prepara para atacar o para escapar, según el estímulo desencadenante. ¿Es la ansiedad una emoción buena o mala?

Existe un tipo de ansiedad llamada umbral emocional que capacita a los sujetos para asimilar normas y convenciones sociales, las cuales le permiten desempeñarse adecuadamente en diferentes ámbitos y actividades, como la presentación de un examen, hablar en público o participar en una competencia deportiva. No obstante, pasado el estímulo estresor la ansiedad desaparece, por lo que su duración es corta y benéfica.

Por otra parte, la ansiedad caracterizada por un patrón excesivo e injustificado de aprehensión, inquietud y preocupación desproporcionada e intensa, 44

La ansiedad, una emoción que nos acompaña toda la vida | CIENCIA SIN FRONTERAS II

que se presenta de manera crónica, resulta nociva para la salud e interfiere negativamente en la vida de las personas. Por esto, es considerada como una ansiedad mala y clínicamente se le llama ansiedad patológica, siendo un trastorno del estado de ánimo que representa uno de los principales problemas emocionales a nivel mundial. ¿Cuál es la causa de la ansiedad patológica?

Existen diversos factores que la ocasionan, por ejemplo: factores bioquímicos derivados de la alteración en la concentración de sustancias químicas, como neurotransmisores y hormonas, entre otras. Se ha sugerido que puede ser heredada, considerando la prevalencia que existe a nivel familiar, aunque también hay características de personalidad que pueden condicionar su aparición, como ser muy aprehensivo, introvertido o miedoso. Algunos factores sociales como la violencia, la discriminación y el bullying pueden provocar ansiedad patológica.

Mujeres, ¿más vulnerables que los hombres?

En una relación de dos a uno, los trastornos de ansiedad son más frecuentes en mujeres que en hombres. No obstante, estudios científicos revelan que son más severos en hombres que en mujeres, pues algunas hormonas femeninas funcionan como ansiolíticos naturales. En este sentido, factores biológicos, hormonales y sociales se suman a la respuesta dimórfica de susceptibilidad entre ambos sexos. ¿A qué edad se presenta?

Desafortunadamente, se ha advertido que los trastornos de ansiedad se han incrementado en los últimos años y que una de cada cuatro personas 45

CIENCIA SIN FRONTERAS II |

La ansiedad, una emoción que nos acompaña toda la vida

la ha padecido en algún momento de su vida, presentándose a edades más tempranas y afectando también a niños. Esto implica un reto más para este siglo, el cual debe estar encaminado a ayudar a resolver problemáticas de salud, entre ellas, las enfermedades emocionales como es el caso de la ansiedad. Para lo anterior es necesario ofrecer nuevos y mejores tratamientos, pero sobre todo fomentar esquemas de vida más saludables.

Las emociones nos acompañarán el resto de nuestras vidas, pero el exceso puede ser perjudicial.

46

Liposomas: los superremolques de la tecnología farmacéutica Mauro Antonio Villanueva Lendechy* Uriel Francisco Orozco Anaya* Minerva Hernández Lozano*

S

eguramente has escuchado hablar de Sir Tow Mater o simplemente Mate, uno de los protagonistas de la película “Cars”, el mejor amigo del protagonista Rayo McQueen. Mate es un personaje singular cuyo pasatiempo favorito es tocar por la noche la bocina a los tractores, además de decir disparates en el momento equivocado. Es un auto de gran corazón..., pero también un remolque o grúa en Radiator Springs. Ahora bien, ¿qué relación tiene esta última característica con las que proporcionan los liposomas para algunos medicamentos dentro del área de la nanotecnología farmacéutica?

Comenzaremos diciendo que hoy en día existen diferentes sustancias (fármacos o componentes activos) cuyos efectos terapéuticos, preventivos o r e h a b i l i t a t o r i o s e s t á n r e p o r t a d o s * Facultad de Química científicamente; sin embargo, cuando se Farmacéutica Biológica, administran de manera natural a nuestro Universidad Veracruzana.

47

CIENCIA SIN FRONTERAS II |

Liposomas: los superremolques de la tecnología farmacéutica

organismo no pueden llegar a su sitio de acción y realizar su efecto terapéutico debido, en gran parte, a sus deficientes propiedades físicas (por ejemplo, solubilidad-permeabilidad). Para aclarar el hecho: si se hiciera una similitud con la película de “Cars”, este tipo de sustancias serían como si un auto de Fórmula 1, una vez que entra a la pista de carreras, avanzara muy lento o ya no pudiera llegar a la meta (¡qué locura!) y en este caso sería necesario emplear “un remolcador o grúa” que le ayude a llegar a su destino; aplicado a un fármaco, sería “apoyarlo” colocándole un remolcador que lo lleve a su sitio de acción y con esto hacer su efecto benéfico a la salud.

Pero, ¿cómo hacer que una molécula de sustancia activa pueda ser “transportada o remolcada” en el organismo? Aquí es donde la nanociencia, desde hace más de tres décadas, ha encontrado en la formación de liposomas a los “remolcadores o transportadores” de sustancias de interés en salud, Farmacia y Medicina, al igual que Mate, la “grúa”.

Los liposomas son estructuras con una membrana constituida por dos o más capas (vesículas) llamadas liposomas (una especie de capsulita, varios miles de veces más pequeña que la punta de un alfiler), con un tamaño comprendido entre 50-500 nanómetros (nm).

Se forman espontáneamente cuando ciertas mezclas de fosfolípidos se dispersan en agua, resultando en estructuras esféricas donde cada una puede contener en su interior un espacio acuoso separado del resto del medio, en el que se pueden encontrar suspendidas las sustancias activas. La bicapa que integra la esfera sirve de barrera, por lo que no sólo es considerada como un vehículo adecuado para transportar al fármaco, sino que además es un vehículo “blindado”

48

Liposomas: los superremolques de la tecnología farmacéutica | CIENCIA SIN FRONTERAS II

que protege a la sustancia de su descomposición en el medio biológico en que se encontraría después de ser administrado en el organismo.

Durante más de dos décadas los liposomas se han considerado en Farmacia y Medicina como “nanovehículos” de sustancias de interés terapéutico por ser inofensivos, amigables con el organismo y prácticamente carentes de toxicidad, así como las propiedades de protección a los principios activos (mayor estabilidad del medio externo). El tamaño de estas vesículas o nanocapsulitas se halla en el orden de los nanómetros, pues son capaces de atravesar membranas biológicas de órganos e inclusive células, lo que permite que puedan aumentar su efecto deseado. En virtud del tamaño tan diminuto que adquieren estas estructuras, se consideran dentro de la nanotecnología farmacéutica, un área más de la nanotecnología. Para tener una idea de las dimensiones de estas estructuras mencionaremos, por ejemplo, que el diámetro de un cabello es aproximadamente de 50 000 nm; un glóbulo rojo es de 7 000 nm; una bacteria 1 000 nm; un virus es 100 nm; la molécula de aspirina 1 nm.

Actualmente, por las diversas propiedades físicas y químicas que ofrece este tipo de estructuras, prácticamente pueden ser empleadas en un sinfín de tipos de formas médicas para su administración al organismo, ya sea en suspensiones líquidas inyectables, cremas o geles, aerosoles, liofilizados para reconstituir, etcétera.

En vista de estas ventajas, actualmente los liposomas son de gran interés en el campo de la Medicina, la Farmacia o bien para el empleo de agentes de diagnóstico clínico. Muchos medicamentos

49

CIENCIA SIN FRONTERAS II |

Liposomas: los superremolques de la tecnología farmacéutica

que emplean este tipo de estructuras se encuentran en fase de ser aprobados clínicamente antes de salir al mercado y demostrar que cumplen con su fin terapéutico y no tóxico para el organismo, como es el caso de fármacos para el tratamiento del cáncer, infecciones por bacterias y hongos, procesos inflamatorios, enfermedades oculares y del sistema nervioso.

H o y e n d í a , e n l a Fa c u l t a d d e Q u í m i c a Farmacéutica Biológica campus Xalapa, docentes e investigadores integrantes del cuerpo académico de Medicina Etnofitoterapéutica y Regenerativa, de la Universidad Veracruzana, realizan también estudios de laboratorio para formular sustancias activas y desarrollar medicamentos y fitomedicamentos con potencial terapéutico, con el fin de mejorar sus propiedades físico-químicas y medicinales, empleando técnicas que ofrece la nanotecnología farmacéutica a la comunidad científica y a la sociedad.

50

Marcadores moleculares: una herramienta básica en el avance científico y el desarrollo tecnológico Daniela Munro*

D

esde décadas atrás el desarrollo de nuevas herramientas basadas en el conocimiento generado por Rosalind Franklin, James Watson y Francis Crick permitió el avance a pasos agigantados en el entendimiento de cómo funcionan la genética y las células. Desde entonces, el uso de la información conocida como el código de la vida, ADN (Ácido Desoxirribonucleico), ha posibilitado el desarrollo en varias áreas del conocimiento científico y su aplicación.

Actualmente, en el ámbito médico, la aplicación de herramientas de diagnóstico basadas en la amplificación de segmentos específicos de ADN ha permitido realizar evaluaciones certeras y rápidas en padecimientos de origen infecto-contagiosos y genéticas, incluso se ha logrado determinar la propensión a padecer alguna enfermedad crónico-degenerativa como un factor de riesgo a causa de la herencia genética en * Dirección de Investigación y Biblioteca, Universidad grupos étnicos, de raza y género.

Anáhuac Xalapa 51

CIENCIA SIN FRONTERAS II |

Marcadores moleculares

Estas amplificaciones se han denominado marcadores moleculares, caracterizadas por ser secuencias conservadas pero con suficientes modificaciones para poder diferenciar cambios que pueden ser relevantes en un rasgo expresado (fenotípico), y aunque muchos marcadores no son los responsables del cambio fenotípico, pueden estar relacionados de manera indirecta.

Sin embargo, el área médica no ha sido la única beneficiada con el desarrollo de esta tecnología; la industria farmacéutica, la agropecuaria, el área científica enfocada a estudios evolutivos, de ecología y de impacto ambiental, han logrado finalmente brindar pruebas contundentes de lo que se sospechaba o incluso han encontrado nuevos paradigmas gracias a los resultados obtenidos. En estas áreas, pruebas de paternidad, diagnóstico de enfermedades con exactitud y rapidez, selección y mejoramiento de variedades vegetales y razas animales que han aumentado las ganancias económicas y productivas, estudios evolutivos y de filogenia, determinación de especies amenazadas y con cambios importantes en la diversidad genética poblacional son sólo algunos ejemplos de aprovechamiento actual de esta herramienta.

Aunque un marcador molecular puede desarrollarse a partir de muchos tipos de biomoléculas, los que están fundamentados en el código de ADN son los más conocidos y empleados, a causa de la facilidad en la estandarización en las técnicas asociadas a su manejo, tal es el caso de la extracción de ácidos nucleicos y la técnica de la reacción en cadena de la polimerasa, la cual facilita la labor a los investigadores y laboratorios interesados en la aplicación rápida y económica que implica ofrecer estos servicios.

52

Marcadores moleculares | CIENCIA SIN FRONTERAS II

Los marcadores moleculares de ADN más populares en la investigación son los siguientes: RFLPs (por sus siglas en inglés, Restriction Fragment Length Polymorphism), determina polimorfismos a partir de ADN digerido por enzimas de restricción; este proceso, que hace uso de una hibridación con sondas (amplificado de la secuencia de interés), permite establecer modificaciones en la secuencia original del organismo. AFLP (Amplified Fragment Length Polymorphism) involucra una digestión del ADN con enzimas de restricción y la amplificación de los fragmentos generados mediante un PCR específico. Los productos amplificados son normalmente separados sobre un gel de secuenciación y pueden ser revelados después por radiografía o fluorescencia. Finalmente, RAPD (Ramdom Amplified Polymorphic DNA) utiliza un cebador corto y de secuencia arbitraria que elimina la necesidad de conocimiento previo de la secuencia.

Actualmente hay una gran variedad de marcadores moleculares y para poder aplicarlos se deberá considerar el tipo de organismo en el cual se basará la investigación; sin embargo, aunque en un inicio podrá parecer compleja, una vez estandarizada la técnica en un laboratorio con el equipo necesario es relativamente fácil de usar y con un alto grado de validez y replicación de los resultados.

En países desarrollados se están utilizando estas técnicas más a nivel industrial y farmacéutico que en investigación básica, debido a que la información obtenida de los organismos bajo estudio son relevantes, no obstante los altos costos; sin embargo, en países donde la accesibilidad a equipos más complejos implica gasto excesivo, se deberá explorar todas las alternativas antes de pensar en las técnicas de moda, como el caso de la secuenciación masiva.

53

Presuntos culpables: los combustibles fósiles y el cambio climático María Esther Nava Bringas* Carolina Andrea Ochoa Martínez**

H

ace ya algunos años, en nuestro país se suscitó un debate público por un documental llamado “Presunto culpable”, que generó reflexión, diagnóstico y la urgente necesidad de promover una reforma a la justicia penal mexicana. Una de las principales razones para dicha reforma es que en México, aproximadamente 92% de las acusaciones carece de evidencia física y 80% de las sentencias son condenatorias.

El tema del cambio climático tiene un símil con nuestro sistema penal: la mayoría de los *Bióloga y maestra en documentos que hablan de esto formulan Neuroetología por la Universidad Veracruzana. acusaciones a los combustibles fósiles – Centro de Ciencias principalmente los hidrocarburos– como de la Tierra UV. los culpables del calentamiento global, con **Licenciada en Ciencias el argumento de que hace al menos unos Atmosféricas y Doctora en Ingeniería por la Universidad 50 años atrás, durante la industrialización Veracruzana. Centro de de las actividades antropogénicas y el Ciencias de la Tierra UV. 55

CIENCIA SIN FRONTERAS II |

Presuntos culpables: los combustibles fósiles y el cambio climático

desarrollo de la tecnología, su uso tuvo auge y, por ende, desde entonces se ha visto un incremento en la generación de gases de efecto invernadero (GEI’s), lo que ha provocado el incremento de la temperatura superficial del planeta. A pesar de tener evidencias físicas, en la actualidad hay otras pruebas que no precisamente culpan a los hidrocarburos. Pero, entonces, ¿son los combustibles fósiles los únicos y verdaderos responsables del cambio climático?

El estudio del cambio climático tiene dos líneas de investigación: la primera analiza las modificaciones en los porcentajes de gases atmosféricos y las consecuencias que genera con el calentamiento terrestre, como el aumento de eventos meteorológicos extremos, el calentamiento del océano produciendo los fenómenos de El niño y La niña, las pronunciadas sequías. Estas investigaciones, en lo general, señalan a los combustibles fósiles de ocasionar grandes cantidades de GEI’s, las cuales modifican la composición de nuestra atmósfera, por ello se puede decir que esta vertiente estudia el cambio climático antropológico. La segunda línea de investigación indica que el cambio climático no es un fenómeno causado por las actividades antropogénicas industrializadas, sino más bien, es un proceso natural en el cual nuestro planeta se calienta y enfría debido a sus propias transformaciones, con lo cual se explica la glaciación, periodo de larga duración en el que baja la temperatura global y da como resultado una expansión del hielo continental de los casquetes polares y los glaciares. Esta línea, por lo tanto, aborda el cambio climático geológico.

En consecuencia, la discusión internacional pareciera un pleito de nuestro sistema penal, en donde los hidrocarburos y otros combustibles 56

Presuntos culpables: los combustibles fósiles y el cambio climático | CIENCIA SIN FRONTERAS II

fósiles son señalados como los principales, únicos y presuntos culpables –o sospechosos–, mientras que los fenómenos naturales de nuestro planeta –y su evidencia física, química y geológica– ni siquiera aparecen en la lista de testigos y pruebas que ayuden a resolver el misterio del calentamiento global.

Hoy en día existen más indicios que refieren que el uso de combustibles fósiles no son la principal causa generadora de GEI’s; sin embargo, el impacto ambiental producido por la industria petrolera a través de la historia ha ocasionado que sus actividades no sean bien vistas por la sociedad. Las indagaciones sobre el cambio climático antropológico han ofrecido un discurso catastrofista, convirtiendo a los hidrocarburos en el origen de todos los males, pues indican que no sólo su combustión ha generado el calentamiento global con la producción excesiva de GEI’s, sino que, además, son los principales contaminadores del planeta. Pero dicho discurso no ha disminuido el poder de la industria petrolera ya que los hidrocarburos se han vuelto un recurso vital para el adecuado funcionamiento de la sociedad contemporánea, en virtud de que son el mejor recurso energético con que cuenta la humanidad.

En el año 2014 se estrenó un documental llamado “Cowspiracy ”, en el que se documenta que la industria ganadera produce más GEI’s que todo el sector del transporte; es decir, la cría de ganado emite 51% de GEI’s contra el 13% de gases emanados de todos los autos, camiones, trenes, barcos y aviones del mundo juntos, los cuales utilizan la combustión de hidrocarburos para funcionar, demostrando que el petróleo no es el principal y presunto culpable del cambio climático.

57

CIENCIA SIN FRONTERAS II |

Presuntos culpables: los combustibles fósiles y el cambio climático

En su proceso de digestión, el ganado libera una gran cantidad de gas metano el cual es de 25 a 100 veces más destructivo que el dióxido de carbono vehicular. Además, la industria ganadera es la mayor causa de consumo de recursos y de degradación ambiental de nuestro planeta: en Estados Unidos, la cría de ganado consume 34 billones de galones de agua, mientras que para extraer petróleo mediante la técnica de fracturación hidráulica –fracking, que ha resultado ser muy controversial y cara– emplea 100 mil millones de galones por día. Es decir, la agricultura animal consume la misma cantidad que el fracking, pero multiplicada por 340 cada día.

Todos estos argumentos nos llevan a detenernos un momento e invitan a pensar a quién hemos estado juzgando obstinadamente, dejando pasar otras muchas actividades antropogénicas que han causado graves impactos ambientales en nuestro planeta y que siguen dañándonos sin que nadie haya puesto un alto en ellas.

Hemos querido cambiar nuestra ideología de consumo energético para emigrar paulatinamente al uso de energías limpias, verdes, que estén en sintonía con el ambiente, disminuyendo con ello la contaminación, pero es claro que debemos replantear nuestros argumentos para que el cambio no sólo sea de ideología, sino también de hábitos de consumo, que con lo ya planteado, podamos convertirnos en sociedades más sustentables, en donde todas nuestras actividades nos permitan mantener una vida de calidad y en armonía ambiental, regresando a la convivencia entre comunidades que planteen la autosuficiencia y disminución de residuos, donde la mayor cantidad de energía utilizada se obtenga de la radiación solar, fuentes eólica, geotérmica e hídrica, y cuando no sea posible, de la que los combustibles fósiles que aún nos queden nos provean.

58

BLOQUE 3 Carne de conejo para el corazón Paulina Lisset Alejandro Trujillo

Frixia Galán Méndez

Chocolates pegostres y chocolates legítimos

Julio A. Solís Fuentes Frixia Galán Méndez

Comportamiento alimentario: “dime lo que comes y te diré quién eres”

Laura Acosta Domínguez Mauro Antonio Villanueva Lendechy

Los cinco sentidos en la industria alimentaria Frixia Galán Méndez

Plátano-Lub

Ilse Nataly Vázquez Jara Frixia Galán Méndez Andrés López Velásquez Rosario Aldana Franco

¿Por qué fluyen los alimentos?

Frixia Galán Méndez Jorge Octavio Virués Delgadillo

Carne de conejo para el corazón Paulina Lisset Alejandro Trujillo* Frixia Galán Méndez**

E

n México, enfermedades como el cáncer, la obesidad, diabetes, hipertensión arterial e incluso la incidencia de infartos, representan la mayor parte de los problemas de salud pública. Pero, ¿qué es lo que provoca la aparición y desarrollo de estas enfermedades en nuestro cuerpo?, ¿por qué son tan perjudiciales para nosotros? La respuesta a la primera interrogante es simple: los principales factores de riesgo están relacionados con nuestras malas prácticas de alimentación cotidianas, como es el gran hábito de la comida rápida en nuestra dieta, las adicciones al tabaco y el alcohol, aunado al hecho de llevar una vida sedentaria y Química, la falta de ejercicio físico, lo que influye *Ingeniería Universidad Veracruzana, e incrementa el desarrollo de tales Xalapa. padecimientos. **Profesora de A t r a v é s d e l a i n g e s t a d e l o s Tiempo Completo en alimentos nuestro cuerpo gana energía la Facultad de Ciencias Químicas, Universidad para cumplir con todas sus tareas; Veracruzana, Xalapa.

63

CIENCIA SIN FRONTERAS II |

Carne de conejo para el corazón

ellos nos proporcionan los nutrientes necesarios para funcionar correctamente: proteínas, vitaminas, minerales, carbohidratos y lípidos; en el caso de estos últimos, podemos hablar de grasas buenas (monoinsaturadas y poliinsaturadas) y grasas malas (saturadas y transgrasas), de allí la importancia de saber seleccionar los alimentos a consumir, por ejemplo: el aguacate, el aceite de oliva y los frutos secos son una fuente rica de grasas buenas; caso contrario, las galletas, los pasteles y snacks, por mencionar algunos, no resultan ser una fuente saludable de lípidos. ¿Qué pasa cuando no tenemos un buen control sobre nuestro consumo de grasas malas? El resultado es que nuestro nivel de colesterol en la sangre se eleva y comienza a acumularse en las paredes de las arterias, que son las encargadas de transportar la sangre al corazón, por consiguiente, se eleva la presión arterial y a la vez aumenta el riesgo de padecer alguna enfermedad cardiovascular o de sufrir un infarto.

Para evitar este tipo de peligros se recomienda consumir ácidos grasos omega 3, nutrientes esenciales que ayudan a proteger nuestro corazón, a disminuir el estrés, mejorar el estado de ánimo e incluso durante la formación de un bebé mejoran su desarrollo; el único inconveniente es que debemos obtenerlos a través del consumo de ciertos suplementos alimenticios, los cuales en su mayoría son caros; o mediante ingesta y alimentos específicos, tal es el caso de la carne blanca.

La ingesta de carne tiene muchos beneficios para la salud, tales como reforzar el sistema inmunológico, proporcionar energía a largo plazo, proteger el cuerpo contra infecciones, ser una fuente rica de 64

Carne de conejo para el corazón | CIENCIA SIN FRONTERAS II

proteínas; sin embargo, para cuidar nuestro corazón se recomienda el consumo de carnes magras, esto es, bajas en grasas.

En este tipo de carne se encuentra la de conejo, la cual se acopla perfectamente a una alimentación saludable por ser rica en vitaminas, ácidos grasos poliinsaturados, que contribuyen a reducir el nivel de colesterol en la sangre, y es especialmente adecuada para personas con necesidades de alto consumo de proteínas. En comparación con la carne de otras especies animales, ofrece ciertas ventajas nutricionales, como la alta digestibilidad, debido a que posee un bajo nivel de grasas saturadas y colesterol, escaso contenido de sodio y una notable cantidad de potasio, que la hacen ideal para prevenir enfermedades cardiovasculares.

Considerada como una carne exótica, ha resultado ser una aliada en la dieta de los deportistas, pues ayuda a aumentar los tejidos musculares y su calidad; además, su alto contenido en minerales como el cinc, hierro y magnesio resulta muy importante para el buen funcionamiento del organismo.

A pesar de lo anterior, se piensa que el consumo de carne de conejo en México está limitado debido a factores culturales, por percibirse como un animal doméstico; aunado a las costumbres, la falta de disponibilidad del producto en lugares accesibles al comprador, el rechazo por una supuesta apariencia desagradable de la canal (la carne) y el desconocimiento en la forma de preparación, entre otros. No obstante, si como población tuviésemos conocimiento de todos los beneficios que otorga, podríamos mejorar nuestra aceptación hacia dicho producto.

65

Chocolates pegostres y chocolates legítimos Julio A. Solís Fuentes* Frixia Galán Méndez*

C

omo mucho del pasado valioso de nuestro México, el cacao y su principal producto, el chocolate, son en la actualidad de los productos mayormente producidos y consumidos en varias r e g i o n e s del planeta y las grandes empresas productoras en el mundo son transnacionales de capital estadounidense, suizo e italiano. Asimismo, los principales productores mundiales de cacao están en el continente africano –Costa de Marfil–, en América –Ecuador y Brasil– y en Asia –Indonesia–, países con desarrollo económico mediano y bajo. Y por el lado del consumo del chocolate, los principales están en Europa, Estados Unidos y Australia, con los índices per cápita más altos, curiosamente son naciones con desarrollo económico alto.

E n e l d i c c i o n a r i o d e l a Re a l *Facultad de Ciencias Academia Española (RAE) no existe la Químicas, Universidad palabra pegostre, pero sí pegoste, usada Veracruzana, Xalapa.

67

CIENCIA SIN FRONTERAS II |

Chocolates pegostres y chocolates legítimos

en Cuba, Guatemala, Costa Rica y en algunos lugares de México para calificar algo espeso y pegajoso, aplicado a los supuestos chocolates que a veces encontramos en el mercado y que, efectivamente, son así: en el momento de ser comidos se pegan en el paladar para dejarnos una sensación desagradable, no obstante su característico sabor de chocolate.

Pero, ¿por qué sucede esto? ¿Acaso son chocolates pirata?, ¿imitaciones del preparado a base del cacao (Theobroma cacao L.), nombre dado por sus primeros cultivadores (los olmecas) y una de las muchas aportaciones importantes del México prehispánico al mundo? ¿O acaso pudieran ser solamente chocolates en barra mal procesados?

El chocolate en barra es un alimento que se obtiene mezclando azúcar con dos partes importantes de la semilla del cacao: la masa del cacao, que es el cacao en polvo, y la manteca o grasa de cacao.

El proceso completo de obtención del chocolate en barra, desde el cultivo de la semilla hasta el producto listo para su consumo, está constituido por muchas etapas que son determinantes en sus características de calidad. Desde la obtención del grano a través de procesos fermentativos que desarrollan su sabor y aroma, seguido del secado, clasificado y envasado del cacao crudo, hasta su procesamiento industrial que incluye el tostado y la molienda del grano; la mezcla del polvo y de la manteca de cacao con el azúcar y diversos ingredientes definidos por el tipo de chocolate a producir; posteriormente el molido fino, el conchado, el atemperado y el envasado.

La manteca de cacao, o aceite de teobroma, es el contenido lipídico neutro extraído de la semilla de cacao, grasa que por su conducta térmica (esto es,

68

Chocolates pegostres y chocolates legítimos | CIENCIA SIN FRONTERAS II

los cambios físicos que presenta cuando se calienta) es considerada modelo para todas aquellas ingeridas por el hombre en diversos productos alimenticios, además de tener aplicaciones en los cosméticos y algunos fármacos, puesto que la manteca de cacao funde, es decir, pasa de ser sólida a líquida en un intervalo de temperatura muy cercano a la temperatura corporal. También ese aceite de teobroma es sólido a la temperatura ambiente de casi todos los lugares de la Tierra y, además, como muchos otros componentes naturales, presenta varias fases sólidas, varios arreglos cristalinos diferentes (polimorfismo); se han encontrado hasta ahora seis presentaciones polimórficas de la manteca de cacao.

Desde luego que tal comportamiento se debe a su naturaleza química, o sea, a su muy especial composición. Habría que anotar que las grasas y los aceites vegetales no son químicamente un solo compuesto, sino una mezcla de compuestos llamados triacilgliceroles o triglicéridos que, a su vez, están formados por tres ácidos grasos, unidades constituidas por un número variable de átomos de carbono e insaturaciones que le dan a cada ácido graso y, por ende, a cada triglicérido, características físicas y químicas diferentes.

La manteca de cacao es el único constituyente sólido del chocolate que se transforma en líquido en la boca cuando lo consumimos y posee peculiaridades poco igualadas por otras grasas. Alrededor de 80% de sus triglicéridos son monoinsaturados y de éstos casi 95% son monoinsaturados simétricos (POP, POS y SOS: palmítico-oleico-palmítico, palmíticooleico-esteárico y esteárico-oleico-esteárico). En su forma polimórfica V o cristales β es sólida a temperatura ambiente y funde en un intervalo de 69

CIENCIA SIN FRONTERAS II |

Chocolates pegostres y chocolates legítimos

temperatura entre 34 y 38°C. Si el chocolate que nos comemos está elaborado con manteca de cacao y fue procesado y atemperado de manera que los cristales de grasa predominantes sean β, tendrá una estructura uniforme, brillante, lisa, suave y crujiente.

El atemperado del chocolate es un proceso mediante el cual, bajo condiciones de tiempo y temperatura particulares, permite que la grasa de cacao cristalice en el polimorfo deseado. Si las condiciones no son las requeridas para los cristales V, las otras formas cristalinas pueden ser las predominantes y dar al chocolate una textura más blanda o más dura, con temperaturas de fusión más bajas o más altas que las corporales.

Si el chocolate que nos comemos es del tipo pegostre, puede que haya sido elaborado con otro tipo de grasa natural, pero no de cacao, o con alguna obtenida mediante endurecimiento por hidrogenación, por ejemplo, de algún aceite vegetal diferente al de teobroma.

En los años recientes ha habido en el mundo un esfuerzo importante por conocer las propiedades polimórficas y térmicas de las grasas vegetales, dado que éstas son de gran ayuda para visualizar las aplicaciones potenciales de las grasas extraídas de fuentes no convencionales y poco conocidas. Es obvio que muchos de estos trabajos de investigación se han orientado a encontrar grasas con propiedades semejantes a la manteca de cacao.

70

Comportamiento alimentario: “dime lo que comes y te diré quién eres” Laura Acosta Domínguez* Mauro Antonio Villanueva Lendechy**

“

Dime lo que comes y te diré quién eres”, frase célebre del filósofo francés Jean Anthelme BrillatSavarin, o más bien, “dime quién eres y te diré qué comes” y es que, por increíble que parezca, con el pasar de los años las dietas se han diversificado en gran medida debido a factores económicos, sociales, culturales, fisiológicos, psicológicos y morales que impactan directamente sobre el comportamiento alimentario de un determinado individuo. Por ejemplo, los miembros de la comunidad judía no pueden comer un rico guisado de taquitos de cochinita pibil; de igual forma, el fenómeno de la globalización ha ocasionado que platillos tradicionales y hábitos alimentarios arraigados a una cultura se vean modificados, impactando directamente de Ingeniería sobre la conducta alimentaria; así, en *Facultad y Ciencias Químicas, algunas comunidades rurales, uno de los Universidad Veracruzana. platillos favoritos de los adolescentes ya **Facultad de Química es la hamburguesa, dejando a un lado Farmacéutica Biológica, Universidad Veracruzana. los antojitos.

71

CIENCIA SIN FRONTERAS II |

Comportamiento alimentario

Antiguamente el hombre sólo se afanaba por garantizar la disponibilidad y el acceso a los alimentos, tal como se expone en la película “Mad Max” (1979), en la que el actor principal reflejaba su preocupación por la escasez de recursos energéticos y alimenticios; o bien, la clásica cinta animada “Lluvia de hamburguesas”, en donde el peculiar Flink crea una máquina (la Flint Lookwood Diatomic Super Mutating Dynamic Food Replicator, o FLDSMDFR) capaz de generar comida sólo con adicionar agua, asegurando con su superinvento diversos tipos de alimentos para los habitantes de isla Bocado (2009).

Históricamente podemos observar que un logro importante para la humanidad fue que, tras la revolución industrial y el desarrollo de las nuevas técnicas agropecuarias, una gran parte de la población mundial dispuso de alimentos necesarios para evitar la desnutrición; no obstante, cuando parecía haber llegado el momento en que el ser humano, beneficiado por el progreso, comería adecuadamente, aparecieron globalmente en el ámbito alimentario diversos factores culturales y personales que condujeron a un cambio en el concepto del estereotipo del cuerpo en la sociedad moderna: ¿delgado u obeso?

Actualmente, a nivel mundial existe una gran preocupación entre la gente por mantenerse delgada y prolongar la salud física y mental; al mismo tiempo, se ha visto que en un intento por cubrir las necesidades alimentarias, sobre todo los países semi e industrializados han producido una sobreabundancia de comida procesada y realizado una masiva distribución, lo que ha hecho variar las dietas domésticas y, por ende, los comportamientos alimentarios de los individuos. Las grandes empresas 72

Comportamiento alimentario | CIENCIA SIN FRONTERAS II

agroalimentarias controlan cada vez más los procesos de producción y distribución, ocasionando con ello un aumento en el consumo de productos industrializados que ha generado diversos problemas de salud, como diabetes, obesidad, hipertensión e incluso cáncer.

La vida acelerada también ha provocado conductas de riesgo, por tratarse de cambios relacionados con el consumo de cierto tipo de alimentos, la manera de conservarlos y cocinarlos, así como con los horarios de ingerirlos y la frecuencia, lo que podrían alejarnos de dietas sanas (por ejemplo, come cada vez menos frutas y verduras y más comida “rápida”); a esto se suma la vastedad de anuncios publicitarios que tratan de convencer e impactar directamente sobre las tendencias alimentarias (suplementos de dudosa efectividad y productos “chatarra”, sólo por mencionar algunos).

Ante lo descrito, pareciera que prevalece un escenario poco alentador para el consumidor y de lo cual resultan algunas interrogantes que el propio individuo se hace: ¿Compro el más barato, la mejor marca o el de mejor contenido nutrimental? ¿Será cierto lo que dice en la tabla nutrimental? Sin duda alguna, el descubrimiento y divulgación en las últimas décadas de que ciertas sustancias provocan enfermedades graves (como el cáncer) marca una inflexión fundamental en el modelo moral alimentario.

La gran cantidad de información que se ha difundido sobre los efectos tóxicos o de riesgo a la salud que pueden causar los conservadores químicos o el uso indiscriminado de sustancias sintéticas como colorantes o endulzantes, ha motivado que algunos sectores de la población se detengan a leer el contenido de las etiquetas para consultar los ingredientes, o bien, que evalúen algún tipo de envase, haciendo un 73

CIENCIA SIN FRONTERAS II |

Comportamiento alimentario

balance entre calidad, seguridad y precio. Al tiempo que conocemos más la composición de los productos alimentarios, también nos informamos mejor sobre los efectos de los diferentes nutrientes o sustancias sobre nuestro organismo. La gran cantidad de aditivos que se usa en la industria de la comida y la falta de información sobre los procedimientos de elaboración de los alimentos han provocado que poco a poco los consumidores opten por buscar opciones naturales o mínimamente procesadas, modificando con ello sus hábitos.

Afortunadamente observamos también que como resultado de estos comportamientos alimentarios vertiginosos (diversos cambios en muy poco tiempo), distintos gobiernos, individuos, estudiosos de la alimentación e instituciones han manifestado su genuina preocupación en el tema. En consecuencia, hoy los científicos, los responsables de la sanidad pública y de las industrias agroalimentarias indican con más precisión y convencimiento qué es lo que debemos ingerir para estar sanos y prevenir las diferentes enfermedades, ya que no puede haber desarrollo económico o disfrutar de la libertad en su sentido más amplio sin salud.

Los principales retos a los que hoy debe hacer frente la investigación y la industria agroalimentaria son, precisamente, los de resolver los problemas que la propia industria y tendencias globales han generado en los consumidores, que pueden resumirse en la necesidad de restablecer la confianza y la seguridad sanitaria de sus propios productos, brindando alternativas nutritivas, seguras y sin riesgos a largo plazo para la salud.

74

Los cinco sentidos en la industria alimentaria Frixia Galán Méndez*

A

lo largo de la historia, como parte del proceso de evolución del hombre, el uso de sus cinco sentidos (vista, olfato, oído, tacto y gusto) se convirtió en el mecanismo de exploración del ambiente que lo rodeaba y de la selección de los alimentos a consumir, lo cual se reflejó, por ejemplo, en el rechazo de la carne cruda a cambio de la carne cocida, y junto con la experimentación vino el surgimiento de mezclas que potenciaban el sabor de los ingredientes, generando mayor gusto en el paladar.

Si has probado un helado napolitano seguro identificas los tres colores presentes en el postre: amarillo, rosa y café. Al momento de saborearlo, en tu boca se sentirá la sensación de frío, una textura suave o rugosa, en el caso de que se perciban *Profesora de Tiempo los cristales de hielo, y la mezcla de los Completo de la Facultad de Ciencias Químicas, sabores dulces presentes: vainilla, fresa y Universidad Veracruzana, chocolate. La próxima vez que lo pruebes Xalapa.

75

CIENCIA SIN FRONTERAS II |

Los cinco sentidos en la industria alimentaria

seguramente querrás vivir la misma experiencia, pero ¿qué pasaría si en lugar de que tuviera chocolate, te lo presentaran con sabor limón? ¿Seguirías considerándolo napolitano? Entonces, la pregunta es: ¿cómo hace la industria de alimentos para garantizar que siempre que uno consuma determinado producto, éste se vea y sepa igual?

En la actualidad, en la industria alimentaria existe una disciplina llamada evaluación sensorial, la cual se hace cargo del aseguramiento de la calidad de los alimentos; esto es, analiza la apariencia, textura y sabor tanto de las materias primas como del producto semielaborado (harina para hot cakes) o terminado (cajeta). Las fábricas tienen personal (propio o externo) capacitado que, mediante tres tipos de pruebas (descriptivas, discriminativas y afectivas) pueden emitir un juicio de aceptación o rechazo hacia cada muestra de producto evaluada.

Para poder ser panelista (juez) sensorial, además del interés y la disponibilidad para realizar esta tarea, el aspirante debe recibir capacitación por parte del especialista en evaluación sensorial y cumplir con una serie de requisitos: dormir ocho horas, no fumar, no tomar cosas muy calientes, no consumir grandes concentraciones de sal o azúcar, ni alcohol. La razón de lo anterior tiene que ver con el hecho de que se debe asegurar que los sentidos cuenten con un umbral de sensibilidad disponible, capaz de calibrar con la práctica para poder detectar las pequeñas diferencias entre un producto y otro.

De esta manera, los sentidos se convierten en instrumentos de medición que permitirán evaluar modificaciones en el perfil sensorial del producto originadas por cambios en la receta. Por ello, el candidato a juez deberá aprobar un examen de daltonismo, esto 76

Los cinco sentidos en la industria alimentaria | CIENCIA SIN FRONTERAS II

es, distinguir la intensidad y diferencia de la escala del color, para comprobar que no tenga una deficiencia en su visión; deberá ser capaz de diferenciar los sabores básicos (dulce, salado, ácido, amargo y umami) a diferentes niveles de concentración; demostrar que no ha perdido la capacidad de detectar sonidos para, por ejemplo, percibir el nivel de crujibilidad de un pan tostado o una papa tipo chips; asimismo, poder percibir los diferentes tipos de olores, con la posibilidad de identificar aromas extraños. Dicho entrenamiento deben recibirlo los jueces cada seis meses.

Una vez que se haya constituido el panel de expertos (panel máster), se realizan sesiones de degustación, programadas o no, para validar la calidad de lo paladeado. Para ello se les proporciona un espacio adecuado donde no existan ruidos, olores extraños ni demás perturbaciones que pudiesen invalidar los resultados, los cuales deben darse a conocer mediante publicaciones mensuales.

Es importante mencionar que constantemente se diseñan nuevos productos, los cuales requieren ser aceptados por los consumidores; en esos casos se utiliza el apoyo de un panel no entrenado constituido por lo menos de 100 personas, a quienes se les realizan pruebas para que den su punto de vista sobre las características sensoriales del producto, arrojando información muy valiosa para tomar decisiones sobre si se lanza al mercado o no.

Como habrás notado, la evaluación sensorial es una importante herramienta en la industria alimentaria, así que quien esté interesado en formar parte de un panel de cata de café, vino, aceites u otros, podrá vivir la experiencia de hacer de sus sentidos su instrumento de trabajo, por lo que deberá cuidarlos.

77

Plátano-Lub Ilse Nataly Vázquez Jara* Frixia Galán Méndez** Andrés López Velásquez*** Rosario Aldana Franco***

¿

Sabías que un lubricante ayuda a que las piezas de los automóviles no se desgasten? Se trata de un aceite o grasa que ayuda a facilitar el adecuado funcionamiento de las máquinas, pues evita el contacto directo entre dos superficies que se encuentren en movimiento, previniendo su deterioro y rozamiento. *Ingeniería en Alimentos, L o s l u b r i c a n t e s p u e d e n e s t a r Facultad de Ciencias disponibles en presentación sólida, Químicas, Universidad Veracruzana, Xalapa. líquida o gaseosa, siendo la segunda la más utilizada. Para su aplicación **Profesora de Tiempo Completo de la Facultad solamente se requiere colocar una capa de Ciencias Químicas, entre dos piezas, con la finalidad de Universidad Veracruzana, que ayude a soportar la carga entre las Xalapa. superficies en contacto. ***Profesores de Tiempo D e a c u e r d o c o n s u o r i g e n s e Completo de la Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica, clasifican en minerales, naturales y Universidad Veracruzana, sintéticos. Los minerales están fabricados Xalapa.

79

CIENCIA SIN FRONTERAS II |

Plátano-Lub

a base de petróleo y son los más usados a nivel industrial para proteger engranes, motores y turbinas.

Los naturales son utilizados en donde existe un riesgo de contaminación, por ejemplo, en las industrias alimentaria y farmacéutica, teniendo su principal aplicación en la lubricación de hornos; éstos pueden ser de dos tipos: vegetales (aceite de palma, aceite de colza) y animales (grasa de pollo, aceite de pescado).

Respecto de los lubricantes sintéticos, se obtienen mediante síntesis química en un laboratorio.

De acuerdo con los niveles de contaminación actuales, ha sido necesario desarrollar lubricantes de rápida biodegradabilidad y no tóxicos para el entorno humano, conocidos como biolubricantes, producidos a partir de aceites vegetales como el de soja, girasol, semilla de higuerilla, cachichín o de grasas animales, los cuales tienen diferentes funciones, como reducir el desgaste de piezas metálicas, proteger a los componentes de la corrosión, reducir la temperatura de operación de las máquinas y prevenir fugas de contaminantes. Algunas de sus propiedades son el alto índice de viscosidad, alto punto de inflamación, menor evaporación y pérdida de aceite, además de que alargan la vida útil del equipo, aumentan la seguridad del usuario y previenen riesgos de contaminación.

Actualmente estudiarlos ha interesado a todos los campos de la industria moderna, optando por la producción de lubricantes totalmente biodegradables, que a su vez sean eficaces y competitivos, ya que se estaría ayudando a reducir el impacto ambiental.

Pero, ¿por qué utilizar cáscara de plátano para la formulación de un biolubricante? El plátano es una de las frutas más consumidas en el mundo por su elevado valor nutritivo en potasio, hierro y 80

Plátano-Lub | CIENCIA SIN FRONTERAS II

vitaminas; sin embargo, sólo se aprovecha su pulpa y la cáscara se desecha, sin darle un uso benéfico, y ésta representa 30% del peso total de la fruta.

En México, a lo largo de la cadena alimentaria – esto es, desde la producción agrícola hasta el consumo en los hogares– se desechan muchos alimentos; de ellos se desperdicia 53.76% de plátano verde y tabasco, debido a los inadecuados sistemas de transporte, distribución, almacenamiento, refrigeración y consumo, entre otros. Este desperdicio ha ocasionado un alto impacto ambiental, provocando contaminación del aire, agua y suelo, debido a la putrefacción del material orgánico, generando malos olores.

Una de las estrategias para reducir la generación de desperdicios y residuos sólidos es recuperar el valor agregado que puedan tener y orientarlo hacia alguna aplicación, de allí la propuesta de elaborar este biolubricante.

La c á s c a r a d e p l á t a n o e s t á c o n f o r m a d a por celulosa (25%), hemicelulosa (15%) y lignina (15%), componentes a partir de los cuales se han obtenido pectinas y harinas para elaborar productos alimenticios, entonces ¿por qué no extraer aceite para crear un biolubricante? Con esto se le daría otro uso a la cáscara de plátano y se exploraría la posibilidad de sacar al mercado un producto que se pueda aplicar en equipos donde se fabriquen artículos con alto riesgo a ser contaminados.

81

¿Por qué fluyen los alimentos?

Frixia Galán Méndez* Jorge Octavio Virués Delgadillo*

U

n alimento es una sustancia que contiene los cuatro elementos básicos en cuanto a nutrición se refiere: carbono, hidrógeno, oxígeno y nitrógeno (CHON), los cuales se encuentran disponibles en forma de moléculas complejas conocidas como carbohidratos, proteínas, lípidos y vitaminas. Dependiendo de su composición y proporción, cada producto alimenticio tendrá en mayor o menor grado la propiedad de resistirse al flujo, definida como viscosidad.

Esta cualidad permite seleccionar la formulación y, por lo tanto, las características deseables en un alimento, así como los equipos de procesamiento y el tipo de envase a utilizar; por ejemplo, existen algunos a los que se les debe aplicar un esfuerzo mínimo para que comiencen a fluir, tal como *Profesores de Tiempo sucede con aderezos como la mayonesa Completo de la Facultad de Ciencias Químicas, y la salsa cátsup, pues mientras la Universidad Veracruzana, fuerza aplicada no es muy grande, se Xalapa.

83

CIENCIA SIN FRONTERAS II |

¿Por qué fluyen los alimentos?

comportan como alimentos sólidos, pero cuando ésta sobrepasa un límite, fluyen. Lo anterior explica por qué en la actualidad nos encontramos en el mercado con envases squeeze o “apachurrables”, que facilitan el manejo del contenido e incluso permiten hacer diseños en los platillos.

La viscosidad, generalmente, es una función determinada por diferentes parámetros, entre ellos la temperatura, la concentración de sus elementos y la velocidad con la que se agiten o manipulen.

Dicha velocidad puede ayudar a saber si un fluido se comportará como un líquido que disminuye su viscosidad o como uno que la aumentará; un ejemplo del primer grupo son muchos alimentos líquidos (jugos, caldos, leche) o semilíquidos (purés de frutas o papillas de vegetales, yogurt, natillas, arroz con leche) que reducen su viscosidad al incrementar la velocidad de agitación. Un ejemplo muy conocido del segundo grupo es la maicena, la cual se endurece al incrementar la velocidad de agitación, es decir, su viscosidad aumenta, de allí que se utilice como un ingrediente espesante en algunas mezclas, como cremas y postres, por mencionar algunos, los cuales tienen una textura que los diferencia.

La concentración de algún componente del alimento –como los azúcares– también modifica su viscosidad; esto significa que entre más diluido se encuentre el producto, fluirá con mayor facilidad.

Para ejemplificar lo anterior, se tiene el caso de una conserva dulce de alto consumo: la mermelada, la cual debido a su contenido de azúcares requiere que su manipulación sea a través de una espátula o cuchara, ya que por sí sola no fluye como lo hace un néctar de frutas, el cual se comporta igual que un líquido.

84

¿Por qué fluyen los alimentos? | CIENCIA SIN FRONTERAS II

La viscosidad disminuye con la temperatura, lo que va a definir que a un cuerpo se le eleve la temperatura o se le mantenga frío, como sucede con la miel, que sufre alteraciones en su composición química: se convertirá espesa si baja la temperatura o fluirá más fácilmente si se le aplica calor. ¿Cómo se puede medir la viscosidad? Existen unos instrumentos sencillos llamados viscosímetros capilares, similares a un delgado popote, en los cuales se coloca un volumen conocido de muestra y se mide el tiempo en el que, por gravedad, es desalojado todo el líquido del instrumento; pero tienen como limitante que sólo se pueden utilizar para fluidos poco viscosos –como el agua–, en soluciones diluidas en algunos aceites y vinagre.

Para fluidos viscosos y complejos, como son la mayoría de los alimentos, se emplean los viscosímetros rotacionales, en los cuales una de las variables que se puede controlar es la velocidad de agitación, con la finalidad de determinar la forma en la que varía dicho parámetro. También con esos instrumentos se pueden emplear agitadores de diferentes geometrías (discos o cilindros), a fin de entender cómo se modifica la viscosidad del alimento en función de la forma probada, y posteriormente tomar decisiones sobre su mejor manejo.

Fi n a l m e n t e , e x i s t e n o t r o s e q u i p o s m á s sofisticados llamados reómetros, los cuales tienen las características de los viscosímetros rotatorios, pero, además, permiten la medición de otras propiedades r e o l ó g i c a s c o m o e l esfuerzo mínimo necesario para que un alimento fluya (esfuerzo de cedencia), el módulo de elasticidad; además de que se pueden hacer pruebas o experimentos en los que se apliquen diferentes temperaturas y/o frecuencias, pruebas oscilatorias, de relajación de esfuerzos y otras.

85

BLOQUE 4 Aceites lubricantes automotores: ¿cuándo realizar su cambio?

Mayky André Olivos Ramírez Andrés López Velázquez Yolanda Uscanga Feria Rosario Aldana Franco

Amortiguador diafragmático

Roberto Cruz Capitaine Giovanni Gómez Valencia José Gustavo Leyva Retureta

Automatización de un sistema de refrigeración para ahorro energético

Alfredo Carretero Cabrera Simón Leal Ortiz Martha Edith Morales Martínez

El efecto memoria: la costumbre de un estilo de trabajo de algunos aparatos

Ángel Jahir Trujillo Ávila Jesús Antonio Camarillo Montero José Gustavo Leyva Retureta

Estructuras rodantes para animales de compañía

Rosario Aldana Franco Salvador Peña Escobar Evert Sinair Zárate Tapia Daniel Villegas Cruz Gustavo D. Hernández Martínez Ana Karen Leal Rodríguez Andrés López Velázquez

Grafeno: un material revolucionario

José Luis Landgrave Martínez Andrés López Velázquez Ervin Jesús Álvarez Sánchez

Los residuos sólidos urbanos y su problemática en México

Lorena de Medina Salas Eduardo Castillo González

Verificación vehicular: ¿requisito o necesidad?

Yair Daniel Olivo Urbina Andrés López Velázquez Rosario Aldana Franco Ervin Jesús Álvarez Sánchez

Aceites lubricantes automotores: ¿cuándo realizar su cambio?

Mayky André Olivos Ramírez* Andrés López Velázquez ** Yolanda Uscanga Feria *** Rosario Aldana Franco ****

C

ada día en nuestro entorno se aprecian miles de automóviles circular por las *Estudiante de Ingeniería calles y surge la pregunta: ¿cuántas de Química, Facultad de Ciencias Químicas, las personas que usan esos vehículos Universidad Veracruzana, revisan el aceite lubricante del motor Poza Rica-Tuxpan. antes de requerir los servicios indicados **Académico de Tiempo p o r s u m e c á n i c o ? ¿ C ó m o s a b e e l Completo, responsable del Laboratorio de Tribología, usuario el tiempo preciso en que debe FIME, Universidad realizar el cambio del aceite lubricante Veracruzana, Xalapa. a su coche? Los mecánicos automotores, ***Técnico Académico, por lo general, recomiendan que dicho responsable del Laboratorio cambio debe realizarse en un lapso de de Ingeniería Química, Facultad de Ciencias seis meses, aproximadamente, o cada Químicas, Universidad 20,000 km por año, lo que suceda Veracruzana, Xalapa. primero. ****Académica de Tiempo Saber durante cuánto tiempo o Completo, responsable del Laboratorio de Tribología, cuántos kilómetros se debe utilizar el FIME, Universidad aceite lubricante dentro de un motor no Veracruzana, Xalapa.

89

CIENCIA SIN FRONTERAS II |

Aceites lubricantes automotores

es algo sencillo e inmediato de determinar, primero se deben considerar diversos factores que afectan la vida útil del mismo, como los contaminantes, la degradación química y el desgaste (partículas metálicas suspendidas en el aceite). Los contaminantes pueden ser el polvo, combustible, agua, anticongelante y otros lubricantes que, al quedar inmersos en el aceite, lo van envejeciendo. En este mismo sentido, a medida que el aceite va realizando su trabajo en el motor para proteger sus partes móviles y evitar que éstas se friccionen y desgasten, se va agotando su paquete de aditivos, sustancias químicas que se incorporan a un aceite básico para mejorar sus propiedades, agregarle otras nuevas o eliminarle las que no son deseables, de acuerdo con su aplicación, por lo que a medida que se consumen sus aditivos, se produce una degradación química, lo cual va disminuyendo la eficacia del aceite. Otro factor que contribuye a este proceso degradativo es la presencia de partículas metálicas, las cuales pueden reaccionar con el aditivo, adherirse a él y eliminarlo.

De acuerdo con lo anterior, el aceite lubricante se debería cambiar no sólo considerando los kilómetros recorridos, sino cuando llegue al límite de su vida útil establecido por el usuario, de tal forma que garantice su seguridad y la del motor. Cada persona que tenga un automóvil debe apreciar cuánto vale su seguridad, su motor y su tiempo para establecer el cambio del aceite lubricante.

Un método que le ayudará a saber el tiempo correcto para remplazarlo es el Número Básico Total (TBN) o Número Básico (BN), el cual refleja el contenido de compuestos básicos –también llamados alcalinos o antiácidos– en el aceite lubricante. Este parámetro lo proporciona el proveedor del aceite 90

Aceites lubricantes automotores | CIENCIA SIN FRONTERAS II

lubricante en su ficha técnica. Al inicio de su uso, el producto presenta un BN casi neutro o básico y conforme pasa el tiempo de contacto entre las interfases sólido-sólido en las piezas del motor, se va contaminando, se oxida y favorece la formación de ácidos, provocando una disminución del BN, proceso que lo degrada químicamente. Si no se tienen los límites precautorios del aceite lubricante, puede ocasionarse un desgaste excesivo en las piezas del motor, reduciéndole su vida útil.

Existen diversos procedimientos para determinar el Número Básico de un aceite lubricante automotor; uno de ellos está descrito en la norma americana ASTM-D 4739, en el cual la muestra de aceite lubricante se disuelve en una mezcla de tolueno, propanol (alcohol isopropílico), cloroformo y una pequeña cantidad de agua (solvente de titulación), valorándose potenciométricamente con una solución alcohólica de ácido clorhídrico (titulante).

De esta forma se logra saber el número base del aceite lubricante. Una vez determinado este valor se considera como referencia para ir monitoreando el tiempo que servirá. Conforme el BN disminuye, indica que el aceite lubricante va perdiendo sus propiedades.

Se puede extender la vida útil del aceite y, por ende, la del motor del vehículo a través de la implementación de métodos tribológicos, lo que implica la disminución de desechos del aceite lubricante y, por lo tanto, la reducción de la contaminación del ambiente motivada por éste, dado que por lo regular el aceite usado es vertido al agua, al suelo y, al ser quemado, al aire.

91

Amortiguador diafragmático Roberto Cruz Capitaine* Giovanni Gómez Valencia* José Gustavo Leyva Retureta*

U

n amortiguador es un dispositivo cuya función es transformar la energía cinética que se genera en maquinarias o automóviles en distintos tipos de energía, principalmente, térmica. Su importancia radica en que protege de golpes, impactos y vibraciones en donde se le emplee. Las vibraciones hacen que los equipos entren en resonancia al coincidir con las frecuencias naturales de los mismos, provocando fallas o inoperancia en ellos, lo cual origina pérdidas económicas a los dueños debido a paros de labores innecesarios, gastos extras por reparación y, sobre todo, riesgo físico al personal operativo.

Actualmente, en la industria existe una gran variedad de amortiguadores (diversas dimensiones, diferentes tipos de materiales con que están construidos, características mecánicas distintas, *Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica, diferentes coeficientes de amortiguamiento, Universidad Veracruzana, entre otras características), los cuales no Xalapa.

93

CIENCIA SIN FRONTERAS II |

Amortiguador diafragmático

cuentan con sistema de inspección fácil y rápido para determinar el estado que guardan; es decir, no existe un método de diagnóstico sencillo para comprobar que un amortiguador está fallando y que es conveniente cambiarlo. Por ello, para revisarlo se debe retirar por profesionales del ramo y con herramienta especializada, ya que dicho dispositivo incluye elementos mecánicos y fluidos (resortes, aceites o gas) a grandes fuerzas de tensión o compresión. Se desmonta de donde está colocado para hacer distintos tipos de pruebas, como los Ensayos No Destructivos (END, también llamados por sus siglas en inglés NDT, Non Destructive Testing).

Se llaman métodos no destructivos porque al momento de realizar las pruebas sus propiedades físicas, químicas, mecánicas o dimensionales no se alteran permanentemente. Entre éstos se encuentran las radiografías (rayos X), los líquidos penetrantes, las partículas magnéticas y la medición de espesores por medios ultrasónicos.

El ensayo por líquidos penetrantes se utiliza para detectar y poder identificar discontinuidades presentes en las superficies. Consiste en aplicar líquido coloreado o fluorescente en la superficie de estudio, mismo que penetra en cualquier discontinuidad que pudiera existir debido al fenómeno de capilaridad.

Después de un tiempo se remueve el exceso y se aplica un revelador, el cual absorbe el líquido que ha penetrado en las discontinuidades y sobre el revelador se delinea el contorno de éstas.

El ensayo por partículas magnéticas se usa para localizar imperfecciones sobre o justamente debajo de la superficie de metales. Es una técnica para descubrir grietas superficiales. El flujo magnético

94

Amortiguador diafragmático | CIENCIA SIN FRONTERAS II

es enviado a través del material y en el lugar de la imperfección se forma un campo de fuga que atrae el polvo de hierro que se rocía sobre la superficie, así, la longitud de la imperfección puede ser determinada de forma confiable.

El ensayo por radiografía industrial se registra en una placa; la imagen se obtiene al exponerla dicha placa a una fuente de radiación de alta energía, como rayos X o radiación gamma. Al interponer un objeto entre la fuente de radiación y la placa, las partes más densas aparecen con un tono más o menos gris en función inversa a la densidad del objeto. El principio de este ensayo consiste en que cuando la energía de los rayos X o gamma atraviesa una pieza, sufre una atenuación que es proporcional al espesor, densidad y estructura del material inspeccionado.

En el ensayo por ultrasonido el procedimiento se basa en la impedancia acústica, que se manifiesta como el producto de la velocidad máxima de propagación del sonido entre la densidad del material.

El equipo utilizado puede detectar discontinuidades superficiales, subsuperficiales e internas, dependiendo de la frecuencia seleccionada, la cual va de un rango desde 0.25 hasta 25 MHz. El material que se va a inspeccionar recibe las vibraciones generadas y durante el trayecto la intensidad de la energía sónica se atenúa proporcionalmente a la distancia del recorrido.

Todos estos ensayos mencionados son costosos y para realizarlos se debe retirar el amortiguador. De allí la importancia de este proyecto de amortiguador diafragmático en el que se está trabajando actualmente, el cual no necesita ser desmontado de su posición para comprobar si está fallando.

95

CIENCIA SIN FRONTERAS II |

Amortiguador diafragmático

El amortiguador contará con un diafragma en su interior y éste, a su vez, contendrá un líquido, el cual ante un evento de sobreesfuerzo se derramará en un depósito pequeño en el exterior del amortiguador y así, visualmente, se sabrá si está en riesgo de fallar.

Por lo anterior, el diseño del amortiguador diafragmático ofrece una alternativa innovadora para percibir vibraciones, proporciona una mejor forma de monitoreo e inspección de su estado y brindará un método claro de detección en las fallas.

96

Automatización de un sistema de refrigeración para ahorro energético Alfredo Carretero Cabrera* Simón Leal Ortiz* Martha Edith Morales Martínez*

A

ctualmente existe una variedad de aplicaciones para los sistemas de refrigeración, entre los cuales destacan más los comerciales e industriales. El éxito de la utilización de un sistema depende del uso eficiente que éste haga de la energía, pues esto significa un ahorro económico para los usuarios. Uno de los problemas que presentan los sistemas de refrigeración es el control eléctrico tipo on-off, el cual se mantiene operando y cuando se alcanza la temperatura deseada el equipo se apaga y vuelve a empezar el ciclo, lo que genera un gasto de energía considerable debido a su alto consumo durante el arranque.

Otro problema que se tiene es que la carga de estos equipos no siempre es de 100%, sino que varía durante el año, en consecuencia, es necesario encontrar un método de reducción del consumo de energía para lograr disminuir la demanda *Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica, eléctrica de la instalación y, por ende, Universidad Veracruzana, bajar el costo de este servicio, para lo Xalapa.

97

CIENCIA SIN FRONTERAS II |

Automatización de un sistema de refrigeración para ahorro energético

cual se propone su automatización. En ésta se incluye el uso del Controlador Lógico Programable (PLC), el cual hoy en día se considera una herramienta muy útil al automatizar un proceso, pues permite al usuario programar instrucciones para que sean ejecutadas de manera automática, además de agregar diferentes elementos con características útiles en los sistemas de refrigeración.

Variables a considerar en la automatización de un sistema de refrigeración En la automatización del sistema de refrigeración se consideró como variable fundamental la temperatura a la cual se va a encender el sistema de refrigeración, y como una variable manipulable la velocidad a la que se mantendrá el compresor, por lo que se utilizó un variador de frecuencia para manejar dicha velocidad a la que se encuentra funcionando el compresor; con la implementación de este variador, la velocidad de rotación podría cambiar y la capacidad se controlaría directamente en la alimentación. El variador es un componente electrónico que también permite modificar la frecuencia del voltaje aplicado al motor del compresor en el sistema.

Conclusiones El estudio realizado mostró durante el arranque del compresor un ahorro de potencia de entre 57% y 71%, aproximadamente, así como un ahorro en potencia de hasta 48.8% en compresores con una carga térmica baja. Lo anterior posibilitó visualizar los beneficios de automatizar los sistemas de refrigeración.

En este proceso los parámetros más importantes que se consideraron al programar el variador de velocidad fueron las rampas de aceleración y 98

Automatización de un sistema de refrigeración para ahorro energético | CIENCIA SIN FRONTERAS II

desaceleración, potencia nominal del motor, corriente en plena carga del motor, límites de velocidad, referencia de entrada al variador de frecuencia analógica o digital y escalonamiento de la entrada; por otro lado, los parámetros del variador de frecuencia se realizaron a partir de la programación a través del módulo de interface con el operador, teniendo en cuenta que para la correcta selección del variador se deben conocer antes los datos del motor y el tipo de comunicación que se tendrá hacia el PLC. Otra opción actual es utilizar la tecnología de los inversores, dispositivos electrónicos que reducen el consumo de corriente en el momento del arranque del compresor, pero ésta apenas se aplica por un fabricante en refrigeradores de pequeña capacidad, aún no se ha implementado para los de volumen mayor.

99

El efecto memoria: la costumbre de un estilo de trabajo de algunos aparatos

Ángel Jahir Trujillo Ávila* Jesús Antonio Camarillo Montero* José Gustavo Leyva Retureta*

S

e conoce como efecto memoria al comportamiento que presentan algunas máquinas y dispositivos eléctricos al “acostumbrarse” a un mismo estilo de trabajo. Suena confuso, sin embargo, existen ejemplos de ello, tal es el caso de las baterías de níquel-cadmio, las cuales al iniciar un proceso de carga sin haberse descargado en su totalidad, tienden a formar cristales internos que impiden después realizar una carga completa, de manera que aunque indique estar cargada al cien por ciento, en realidad no es así.

Lo mismo sucede con el motor de combustión interna de un vehículo al habituarse a un estilo de manejo de cierto conductor que lo ha utilizado durante un tiempo considerable. El estilo de manejo se basa concretamente en el número de revoluciones por minuto en que se realiza el cambio *Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica, de velocidad; cuando otro operador Universidad Veracruzana, Xalapa.

101

CIENCIA SIN FRONTERAS II |

El efecto memoria

intente manejar el mismo automóvil, se dará cuenta de que el motor responderá de manera muy distinta ante repentinas demandas de aceleración, sobre todo si el chofer anterior solía realizar los cambios de velocidad a bajas revoluciones. Por esta razón se dice que el motor se acostumbró al estilo de manejo del primer conductor.

En los dispositivos eléctricos y electrónicos tiende a ocurrir algo similar. Cuando en una casa o industria el voltaje de suministro es relativamente estable, los aparatos pueden acostumbrarse a dicho valor de voltaje, por lo que, si en algún momento la tensión eléctrica llega a variar aun dentro de un rango permitido, los dispositivos pueden dañarse, provocando una pérdida parcial o total.

En la Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica (FIME) de la Universidad Veracruzana zona Xalapa se realizó una investigación para comprobar este fenómeno. El experimento consistió en elegir un aparato eléctrico de uso común que hubiera estado encendido varias horas al día, en este caso fue un televisor a color de 24”. Posteriormente, se definió el voltaje promedio al que había sido alimentado durante el tiempo de vida en funcionamiento. Una vez anotado lo anterior, el aparato se llevó al Laboratorio de Máquinas Eléctricas de la FIME para realizar pruebas a distintos niveles de suministro de voltaje. Los voltajes de prueba fueron definidos con valores de +5%, +10%, -5% y -10% respecto del valor del voltaje promedio de la primera fase, con la finalidad de no alterar la operación de los componentes electrónicos y poder determinar si existía alguna anomalía distinta a la falla de alguno de los mismos. El resultado hasta el momento es

102

El efecto memoria | CIENCIA SIN FRONTERAS II

una alteración notable en la corriente que consume el televisor cuando varía su voltaje, acción que no ocurría antes de realizar alguna prueba.

Este efecto motiva dar continuidad a la investigación y al mismo tiempo puede servir como base para estudiar e l c o m p o r t a m i e n t o d e l o s aparatos eléctricos cuando el voltaje de suministro que llega a las casas es variable y, por ende, lograr que su vida útil sea lo más larga posible.

103

Estructuras rodantes para animales de compañía Rosario Aldana Franco* Salvador Peña Escobar* Evert Sinair Zárate Tapia* Daniel Villegas Cruz* Gustavo D. Hernández Martínez* Ana Karen Leal Rodríguez* Andrés López Velázquez*

E

l abandono y el maltrato animal son problemas sociales de alta incidencia en México y, en particular, en Xalapa y la región conurbada que abarca las ciudades de Coatepec y Banderilla, así como las localidades de Las Trancas y Dos Ríos. De acuerdo con estimaciones realizadas por dos protectores de animales de esta zona, Rafael Sánchez Casas y Azul Damanus Fernández, sólo uno de cada 10 animales de compañía tiene un hogar, los demás son abandonados en la calle, donde se reproducen sin control, creciendo su número de manera exponencial, pues resulta muy difícil hallarles un hogar en donde los adopten.

Por otro lado, el caso se convierte en un problema de salud pública debido a que los animales depositan sus desechos orgánicos al aire *Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica, libre, contaminando tierra, agua y aire, Universidad Veracruzana, Xalapa.

105

CIENCIA SIN FRONTERAS II |

Estructuras rodantes para animales de compañía

además de portar enfermedades diversas y estar expuestos a ser atropellados o agredidos por otros animales o personas.

Cuando una mascota –en particular, un perro– es atropellada, sufre lesiones graves que le impiden caminar, ya sea de forma definitiva o temporal. Existe la posibilidad de recuperación, pero se requieren aparatos de apoyo durante el tratamiento, necesita de un dispositivo rodante, pues de otra manera se arrastra por el piso para movilizarse, ocasionándose lesiones que con frecuencia se infectan y que le pueden provocar una muerte dolorosa.

Tal dispositivo es similar a una silla de ruedas para humanos, la cual se fabrica en la Ciudad de México, pero tiene el inconveniente de ser costosa y de uso general, lo que retarda la recuperación. Esto es más grave en el caso de animales en situación de calle que son acogidos en los albergues públicos y privados, ya que no cuentan con recursos económicos para solventar dichos gastos.

El estado de Veracruz carece de programas gubernamentales que atiendan específicamente a los animales de compañía con discapacidad motora, por ello empresas privadas fabrican las sillas de ruedas, mismas que operan de manera artesanal y esto eleva sus costos de producción.

Considerando esta fuerte problemática, un grupo de estudiantes de la Facultad de Ingeniería Mecánica de la Universidad Veracruzana, como proyecto final de la Experiencia Educativa “Ciencia de Materiales”, desarrolló una estructura rodante para un perro de cuatro meses de edad con daño motor en las patas traseras, usando materiales metálicos y PVC, disponibles en la ciudad de Xalapa.

106

Estructuras rodantes para animales de compañía | CIENCIA SIN FRONTERAS II

El trabajo de innovación tecnológica consistió en el diseño y construcción de una estructura ajustable en tres ejes: vertical, axial y horizontal, para adaptarla a un perro cachorro (en crecimiento) o para usarla con perros de distintas tallas (de mediana a grande), cuya posición de las ruedas en relación con el soporte evita la volcadura (antivolcadura), y así favorecer la actividad física del perro (que siendo joven es intensa) para que él mismo gane confianza durante la rehabilitación y recuperar la movilidad o se integre a su manada, o para aquel que deba usarla de manera permanente.

Si existe la posibilidad de una recuperación, el proceso es semejante al de los humanos: los animales requieren de terapias de rehabilitación, impartidas por veterinarios u otros especialistas.

Como es de esperarse, los aparatos necesarios para ayudar al can en el proceso de rehabilitación también son de manufactura privada, lo que puede elevar los costos de manera considerable, aunque existen organizaciones (como CanCar) que pueden proveer sillas a los animales afectados.

Aún se trabaja en el mejoramiento de la estructura elaborada en Xalapa, pero esta experiencia ha colocado al grupo de estudiantes y a sus profesores en una tarea de vinculación con la sociedad, para contribuir a la solución de sus problemas reales, en este caso, desde la perspectiva de la Ingeniería Mecánica.

107

Grafeno: un material revolucionario José Luis Landgrave Martínez* Andrés López Velázquez** Ervin Jesús Álvarez Sánchez**

A

ctualmente se ha intensificado el estudio de la nanotecnología como ciencia emergente que está revolucionando campos científicos y tecnológicos.

La nanotecnología es la forma en que se asimilan y emplean los descubrimientos hechos en escala nanométrica, aquellos que comprenden un rango de 1 a 100 nanómetros (nm = 10-9m), los cuales involucran las características y propiedades de los materiales, que pueden ser diferentes y a veces superiores.

Un ejemplo representativo de estos nanomateriales es el grafeno, una nanoestructura alótropa del carbón (C) que presenta cualidades superiores a las de los materiales actuales. Fue descubierto en el año 2004 en la Universidad de Manchester, *Maestro en Ingeniería Energética, FIME, Universiadad Inglaterra, por los científicos André K. Veracruzana, Xalapa.

Geim y Konstantin S. Novoselov y está **Académico de Tiempo constituido por una capa de retícula Completo, FIME Universiadad hexagonal del grosor de un solo átomo Veracruzana, Xalapa.

109

CIENCIA SIN FRONTERAS II |

Grafeno: un material revolucionario

(material 2D). La existencia teórica de un material 2D ya era conocida y estudiada, sin embargo, se pensaba que no podía existir en la naturaleza debido a una inestabilidad termodinámica, la cual señala que la temperatura de derretimiento de una lámina disminuye conforme su espesor es menor; así, una lámina con espesor atómico se volvería inestable.

El método empleado para su descubrimiento fue el top-down a partir del grafito, que tiene como estructura principal al grafeno. Los investigadores Geim y Novoselov emplearon la exfoliación mecánica, que consiste en poner una muestra de grafito en una cinta adhesiva, después se despega lentamente y se repite varias veces hasta encontrar unas muestras de una lámina del espesor de un átomo. Para obtener estas láminas se basaron en la debilidad de los enlaces de Van der Waals, que son la fuerza de unión entre las capas del grafeno cuya energía es del orden de 50 meV. La producción de grafeno se realiza básicamente por dos métodos: el top-down (arriba-abajo) y el bottom-up (abajo-arriba). El primero se efectúa con las técnicas de exfoliación (mecánica o química), la descompresión de nanotubos de carbón y la reducción química de óxido de grafeno. En cuanto al segundo, el grafeno se obtiene por las técnicas de crecimiento epitaxial y la deposición química de vapor (CVD).

Constantemente se proponen y descubren procesos mejorados o novedosos para su obtención, siendo cada vez más sencillo y económico.

Las notables propiedades del grafeno se deben a su estructura cuasi bidimensional y su configuración sigue un patrón hexagonal cuya longitud es de 0.142 nm por lado, asemejando la simetría de un panal de abejas, lo que permite a la lámina de grafeno 110

Grafeno: un material revolucionario | CIENCIA SIN FRONTERAS II

ofrecer un paso libre para el movimiento de los electrones.

Además, los átomos de la lámina están unidos, en el plano longitudinal, por enlaces covalentes sp2 considerados entre los más fuertes en la naturaleza por su fuerza de unión de 5.9 eV. Cabe mencionar que el grafeno es la base de las nanoestructuras grafíticas, ya que de su estructura se forman los fullerenos y nanotubos.

El grafeno presenta propiedades superiores a las de los materiales de uso convencional: una resistencia mecánica del orden de 0.5 TPa, siendo la del acero estructural de 0.4 GPa; conductividad térmica de 5000 Wm-1K-1, superando la del cobre (considerado uno de los metales con mejor conductividad), que es de 200 Wm-1K-1; su conductividad eléctrica es de 106 ohm-1cm-1 y tiene un área específica de 2630 m2g-1. Mediciones de laboratorio evidencian valores de buen semiconductor, alta elasticidad y dureza, soporte de radiación ionizante, buena ligereza y flexibilidad, menor efecto joule, menor consumo de electricidad para una misma tarea que el silicio. Puede expandirse hasta un 10% y recuperar su forma, cuando la mayoría de los sólidos únicamente pueden hacerlo hasta un 3%, evitando deformaciones permanentes. Una monocapa es transparente y su transmitancia óptica es cercana a 98%. Este alótropo es capaz de reaccionar químicamente con otras sustancias para formar compuestos con diferentes propiedades, siendo de gran potencial y desarrollo.

Algunas de las aplicaciones actuales y futuras del grafeno pueden ser en las industrias eléctrica y electrónica, como circuitos integrados, ya que es más eficiente que el silicio; los transistores pueden ser más pequeños, potentes y permiten aumentar la velocidad de los dispositivos electrónicos; en diodos 111

CIENCIA SIN FRONTERAS II |

Ciencia y salud: cápsulas de conocimiento

emisores de luz que superan a los leds usados en la actualidad; pantallas y circuitos flexibles; conductores eléctricos de bajo consumo y alta eficiencia; en acumuladores eléctricos, disminuyendo el tiempo de carga y aumentando la capacidad de almacenamiento de energía. En el área óptica se emplea para la elaboración de papel electrónico del grosor de una hoja de papel; en la elaboración de fotodetectores, con un espectro de detección superior al de los sensores actuales; moduladores ópticos de mayor capacidad; controladores de polarización que la varíen en los fotones. En pinturas protectoras genera recubrimientos para conservar superficies complejas; para elaborar tintas conductivas, barreras para gases o protecciones contra interferencia electromagnética; en otras pinturas, sustituye a la fibra de carbón.

En la medicina sirve para aplicaciones biomédicas de transporte de farmacéuticos dentro del cuerpo humano, además, para elaborar sensores biológicos de mayor velocidad y sensibilidad para detectar algunos tipos de moléculas biológicas.

Como puede verse, por sus propiedades sobresalientes y su amplia gama de usos, el grafeno es considerado hoy el material más prometedor en el ámbito científico y tecnológico. Desde el año 2013, el National Physical Laboratory –como miembro de UK Nanotechnologies Standardization Committee (NTI/1) de la British Standards Institution (BSI)– inició el desarrollo de una estandarización internacional (International Organization for Standardization, ISO) para el grafeno, la cual se publicó en 2016. Este estándar dará certeza y consistencia a través del amplio mundo de su emergente industria y acelerará su explotación comercial.

112

Los residuos sólidos urbanos y su problemática en México Lorena de Medina Salas* Eduardo Castillo González**

L

os residuos sólidos urbanos (RSU), conocidos con el término común de basura, son aquellos generados en casas-habitación, producto de las actividades domésticas y del barrido de calles, entre otras. Se estima que la generación per cápita puede llegar a ser aproximadamente de 1 kg al día.

Muchos factores determinan la generación y composición de los RSU, destacando las condiciones socioeconómicas de las viviendas, el clima, el nivel de industrialización, el día de la semana y la estación del año. Su gestión integral constituye uno de los retos más significativos a los que se enfrentan las autoridades del estado de Veracruz, derivado de la responsabilidad que *Facultad de Ciencias Químicas, Universidad les confiere un apartado del artículo Veracruzana, Xalapa.

115 de la Constitución Política de los **Facultad de Ingeniería Estados Unidos Mexicanos, así como la Civil, Universidad Veracruzana, Xalapa.

113

CIENCIA SIN FRONTERAS II |

Los residuos sólidos urbanos y su problemática en México

legislación ambiental veracruzana, que busca dar prioridad a la valorización y aprovechamiento de los RSU, involucrando la participación ciudadana.

Dentro de la gestión integral se incluyen las actividades de almacenamiento temporal, recolección, transferencia, tratamiento y disposición final. El almacenamiento temporal propone que el usuario disponga los RSU afuera de su vivienda o en las esquinas, utilizando diversos tipos de recipientes, pero su contribución para resolver esta problemática es prácticamente nula.

Para el caso del estado de Veracruz, la gestión de residuos consiste únicamente en dos pasos: recolección y disposición final. A las autoridades municipales corresponde realizar el proceso de recolección, utilizando para tal efecto vehículos de diversos tipos los cuales, la mayoría de las veces, están obsoletos, con escaso mantenimiento y en condiciones inadecuadas, con personal que en muchas ocasiones no está capacitado, ocasionando que los RSU permanezcan por mucho tiempo sin ser recolectados. Esto conduce a tener quejas y molestias por parte de la población, además de la proliferación que se puede presentar por fauna nociva, con los consiguientes riesgos a la salud.

La disposición final se realiza en rellenos sanitarios, aunque un gran porcentaje de los RSU se coloca en tiraderos a cielo abierto. En la entidad existen aproximadamente más de mil sitios de esta índole, violentando así la normatividad ambiental por el nocivo impacto que tiene en agua, suelo, aire, además de afectaciones en la salud de la población y el deterioro del paisaje, provocando una baja calidad de vida.

114

Los residuos sólidos urbanos y su problemática en México | CIENCIA SIN FRONTERAS II

Para atender eficientemente esta problemática es necesario realizar investigaciones que propongan una serie de estrategias que brinden solución a la gestión de los residuos en cada una de sus etapas.

Además, es fundamental poner en práctica los programas municipales para la prevención y gestión integral de los RSU (PMPGIRSU). Estos programas contemplan la aplicación de una metodología en tres fases: la primera refiere al diagnóstico del servicio de limpia pública, esto es, las condiciones actuales de operación; para ello se requiere obtener información mediante la aplicación de encuestas a los tres actores principales: alcalde, responsable del servicio de limpia pública y la población, partiendo de la revisión de la legislación vigente, así como los instrumentos de planeación aplicables al municipio.

Esta fase finaliza con la elaboración de una matriz que permita identificar principalmente las fortalezas, oportunidades, debilidades y amenazas del sistema de limpia pública.

En una segunda etapa se contempla la realización de estudios de generación y composición de RSU mediante muestreos directos. La tercera fase incluye la elaboración propiamente del programa en donde se define la visión, los objetivos, metas y estrategias del mismo, así como el análisis de los recursos financieros para su implementación y la forma en que el programa será actualizado y evaluado.

De este programa deriva una serie de proyectos a los que debe darse un seguimiento adecuado, teniendo en cuenta que es fundamental la incorporación de la ciudadanía para que se lleven a cabo.

El PMPGIRSU debe garantizar la gestión integral de la totalidad de los RSU generados en el municipio, presentando alternativas para la aplicación de 115

CIENCIA SIN FRONTERAS II |

Los residuos sólidos urbanos y su problemática en México

diversos tratamientos como son el compostaje, reciclaje, incineración y la disposición final en rellenos sanitarios.

El programa también debe considerar estrategias para fortalecer el servicio de limpia pública; por ejemplo, en el caso del sistema de recolección, éste se puede mejorar si se rediseñan las rutas del servicio mediante software, se capacita al personal adscrito y se planea la adquisición de una flotilla vehicular en óptimas condiciones para atender eficientemente a la sociedad, lo cual permitirá mejorar la calidad de vida de los habitantes y la protección del entorno.

Por lo anterior, es importante continuar con los esfuerzos de investigación en este ámbito, a fin de aportar soluciones adecuadas en la gestión integral de RSU que inicien desde su origen hasta lograr incluso la valorización de los mismos, obteniéndose así diversos beneficios ambientales, económicos y legales para la sociedad.

116

Verificación vehicular: ¿requisito o necesidad?

Yair Daniel Olivo Urbina* Andrés López Velázquez** Rosario Aldana Franco** Ervin Jesús Álvarez Sánchez**

E

l uso de los vehículos automotores (automóviles, autobuses, camiones) es un elemento fundamental para que un país alcance su desarrollo económico y social, pues facilita realizar muchas actividades; sin embargo, tiene un lado oscuro: provoca grandes problemas ambientales como la contaminación, debido a que los motores utilizan combustibles fósiles como fuente principal para el proceso de combustión (oxidación de combustible), y en el encendido, además del calor, se generan algunos gases como dióxido y monóxido de carbono, nitrógeno, plomo, de la Facultad de hidrocarburos no quemados, agua, entre *Estudiante Ingeniería Mecánica y Eléctrica, otros, que pueden ser nocivos para el Universidad Veracruzana, Xalapa. ser humano Estos gases contaminantes son **Profesores de Tiempo agentes causantes de fenómenos como Completo de la Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica, e l c a l e n t a m i e n t o g l o b a l , e l e f e c t o Universidad Veracruzana, i n v e r n a d e r o y l a l l u v i a á c i d a , p o r Xalapa.

117

CIENCIA SIN FRONTERAS II |

Verificación vehicular: ¿requisito o necesidad?

mencionar algunos. Además, pueden ocasionar problemas de corrosión o hasta pérdidas de material por desgaste, en virtud de las altas temperaturas de los mismos.

Considerando esta problemática, el Gobierno de México, a través de la Secretaría de Medio Ambiente y Recursos Naturales (Semarnat), estableció el Programa de Verificación Vehicular, con el objetivo de disminuir y regular las emisiones de estos gases.

El programa consiste en que cada usuario dueño de un vehículo automotor debe acudir a realizar la verificación de su coche en los centros autorizados, denominados verificentros, los cuales se rigen bajo normas oficiales (NOM-041- SEMARNAT-2015 y NOM-SEMARNAT-047-2014). En estos verificentros hay una oficina central encargada de realizar dicho proceso en donde, personal capacitado y certificado, efectúa las pruebas mediante máquinas medidoras de gases de escape (dinamómetros), las cuales constan de dos rodillos sobre los que rodará el vehículo, una sonda medidora de gases y una computadora que realiza el análisis y recopilación de datos, además de cámaras conectadas al sistema de la Sedema para constatar que todo se haga correctamente.

La verificación consta de tres etapas: la primera es inspección visual del vehículo, efectuada por el operador del verificentro; en la segunda y tercera etapas, auxiliados por un dinamómetro, se realizan las pruebas de marcha crucero y ralentí, que determinarán las emisiones de gases.

Para llevar a cabo la verificación, el dueño del automóvil debe entregar al operador asignado los siguientes documentos: tarjeta de circulación, copia de la factura del vehículo, licencia de conducir y papeleta de la verificación anterior, en caso de no 118

Verificación vehicular: ¿requisito o necesidad? | CIENCIA SIN FRONTERAS II

ser la primera revisión. Posteriormente, el operador a cargo conducirá la unidad hasta el dinamómetro en el que se realizarán las pruebas. Colocará las llantas sobre los rodillos del dinamómetro y, en esta posición, el operador empezará el proceso con la primera etapa de inspección visual, que consiste en revisar que el tapón del tanque de combustible esté bien sellado, que el vehículo no presente fugas de aceite u otro fluido y el motor se encuentre en buenas condiciones.

Una vez aprobada la primera etapa, se procede a colocar en el tubo de escape la sonda del dinamómetro para tomar lectura de las emisiones de gases y continuar la segunda etapa, llamada prueba de marcha crucero. En ésta, el operador acelera el vehículo hasta una velocidad comprendida entre 2 500 y 2 750 rpm (revoluciones por minuto) y la mantiene por un mínimo de 30 segundos para validar esta fase. El dinamómetro del verificentro está conectado a la base de la Semarnat, la que puede determinar si los valores obtenidos de la prueba están dentro de los límites estipulados por la NOM041-SEMARNAT-2015; si el vehículo aprueba, puede continuar con la última, llamada prueba de marcha ralentí; en ella el operador deja de acelerar el vehículo para que el dinamómetro regule la velocidad hasta 1 100 rpm o un mínimo de 350 rpm, la cual mantiene por 30 segundos mínimo para ser válido. Tal prueba deberá ser aprobada tanto por el dinamómetro como por el operador, quien supervisó que el automóvil no presentara emisión de humo azul o negro.

Al concluir con éxito la verificación vehicular, el operador lleva la unidad a una zona de entrega, en la cual se le coloca la calcomanía correspondiente, como evidencia de que pasó la verificación; además, 119

CIENCIA SIN FRONTERAS II |

Verificación vehicular: ¿requisito o necesidad?

se le proporciona al dueño el ticket de cobro y una papeleta con los resultados de la revisión, en la cual se muestran las emisiones de los siguientes gases: hidrocarburos y nitrógeno en partes por millón (ppm), monóxido de carbono, oxígeno y dióxido de carbono en porcentaje de volumen.

En caso de no aprobar la verificación, se le otorga al dueño un plazo aproximado de un mes para aplicar el mantenimiento adecuado a su vehículo y realizar la verificación vehicular por segunda vez, sin ningún costo adicional. Si en esta segunda ocasión no aprueba, se le cobrará el servicio y se le dará nuevamente un plazo de un mes con el motivo de verificación extemporánea, misma que deberá pagar.

Este programa se estableció, fundamentalmente, para disminuir el grave impacto ambiental que ha generado la sobrepoblación vehicular, pues al obligar al usuario a realizar la verificación, significa que ha dado mantenimiento preventivo adecuado al vehículo, porque de no aprobarla o realizarla se hará acreedor a una sanción económica equivalente a entre 10 y 25 salarios mínimos, dependiendo de la región del país donde se realice la verificación.

120

BLOQUE 5 El robot que puede subir escaleras

Ervin Jesús Álvarez Sánchez

Inteligencia Artificial para explosiones combinatorias

Marcela Quiroz Castellanos

La “nueva” Inteligencia Artificial, ¿de qué se trata?

Efrén Mezura Montes

¡Mi pierna se escapó!, ¿ahora qué hago?

Ervin Jesús Álvarez Sánchez

Visión robótica

Homero Vladimir Ríos Figueroa

El robot que puede subir escaleras Ervin Jesús Álvarez Sánchez*

S

i durante nuestra niñez o juventud nos enfermábamos y terminábamos en cama, la vida no se nos complicaba porque siempre éramos atendidos y consentidos por un familiar (en particular, la madre) mientras nos recuperábamos, así no teníamos preocupación alguna por alimentarnos o tomar los medicamentos, siempre había alguien más que llevaba la cuenta de las horas que faltaban para tomar la siguiente pastilla o darnos de comer. Sin embargo, con el paso del tiempo esta ayuda comienza a disminuir debido a diversos factores. Cuando se es adulto y uno debe quedarse en cama por alguna enfermedad, uno asume la propia responsabilidad de nuestra atención médica y más cuando se vive solo o la gente con la que habitamos tiene la necesidad de salir a trabajar.

Si el padecimiento nos impide *Académico de Tiempo l e v a n t a r n o s d u r a n t e u n t i e m p o , e l Completo, Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica, Universidad cuidado ya no resulta tan sencillo como Veracruzana, Xalapa.

125

CIENCIA SIN FRONTERAS II |

El robot que puede subir escaleras

lo fue antes. A nuestro lado debe haber una persona encargada de proporcionarnos las atenciones básicas de llevar medicamentos y agua, lo cual implica que tenga tiempo para hacerlo y esto conlleva que el enfermo se sienta como una carga para la familia, o para con quien viva.

La solución a este problema puede hallarse en el aprovechamiento de las últimas novedades tecnológicas como son los robots. Éstos pueden ayudar a las personas que se encuentren enfermas en cama y con la recomendación médica de no hacer un esfuerzo, tal como bajar escaleras. En particular, los robots de asistencia son los encargados de llevar a cabo este tipo de tareas, las cuales se complican para el paciente cuando los medicamentos o el agua se encuentran en un piso distinto a donde él se halla.

Así, un robot que pueda subir y bajar escaleras es la solución más recomendable para esta problemática. El vehículo está compuesto por un cerebro lleno de circuitos que le indica a dónde debe ir, un corazón de baterías que le proporciona energía, unas ruedas que son los músculos motorizados que le dan la potencia para moverse y un cuerpo de plástico construido utilizando una impresora 3D. Tiene un par de ojos que le permiten ver y seguir unas líneas marcadas sobre el suelo, que lo guían para llegar hasta el lugar en donde ha sido requerido por la persona enferma, evitando de esta manera que se desvié hacia otro sitio. Cuando ya cumplió con la entrega, debe regresar hasta el punto de inicio, por lo que, utilizando su vista robótica, sigue las líneas que indican el camino de vuelta.

Cuando necesites al robot, para llamarlo debes contar con un teléfono inteligente que tenga conexión a Internet y, mediante una aplicación, le 126

El robot que puede subir escaleras | CIENCIA SIN FRONTERAS II

puedes indicar el sitio a donde tiene que ir, así como los medicamentos que debe llevar, junto con una cantidad suficiente de agua. Además, puede ser programado para trasladar los medicamentos y el agua en la hora que indicó el médico, ayudando así a cumplir con todo el tratamiento.

Si algún día llegas a enfermarte, considera la posibilidad de tener a tu servicio un robot que te llevará hasta la cama tus pastillas, agua y, tal vez, algunos dulces para que tengas una recuperación dulce y rápida.

127

Inteligencia Artificial para explosiones combinatorias Marcela Quiroz Castellanos*

M

uchos de los problemas que se presentan en nuestras actividades cotidianas tienen múltiples opciones de solución y la elegida impacta de manera positiva o negativa en nuestra persona; por ello, cuando se debe tomar una decisión se busca siempre escoger la mejor. Por ejemplo, imagina que tu medio de transporte es una bicicleta y para cumplir con tus tareas de un día en particular debes visitar cuatro sitios diferentes en la ciudad, comenzando y finalizando en tu casa. Conociendo el tiempo que te lleva ir de un punto a otro, quieres determinar el recorrido de menor tiempo y para ello sería necesario trazar todos los posibles recorridos y escoger el más conveniente. ¿Cuántos recorridos diferentes crees que hay para este ejemplo de cinco puntos (tu casa y los cuatro sitios)? En este caso hay 12 *Centro de Investigación distintos. ¿Podrías generarlos a mano? en Inteligencia Artificial, Es un problema de permutaciones. Hay Universidad Veracruzana.

129

CIENCIA SIN FRONTERAS II |

Inteligencia Artificial para explosiones combinatorias

una fórmula muy simple para conocer el número de diferentes recorridos: (n-1)!/2, donde n es el número de puntos (en este ejemplo, cinco).

Vayamos un poco más allá, digamos que ha aumentado la cantidad de sitios a visitar y se debe encontrar un recorrido con el menor tiempo entre 10 puntos. En este caso hay 181, 440 diferentes posibilidades y aquí es necesario hacer uso de la tecnología. Una opción sería escribir un programa computacional que, teniendo como entrada los puntos a recorrer y la distancia entre cada par de puntos, genere cada posible trayecto y al final imprima el de menor tiempo. Así, podrías utilizar este programa todos los días para obtener tus rutas, de manera que puedas optimizar el uso de tu tiempo.

Supongamos que la capacidad de tu computadora le permite generar 20 billones (20x1012) de itinerarios por segundo. Para encontrar el óptimo entre 20 puntos, sería necesario producir aproximadamente 6x1016 recorridos, lo que tomaría cerca de 50 minutos, lapso que bien puedes aprovechar vistiéndote y desayunando mientras dejas trabajando tu computadora. Si aumentamos un poco el número de puntos a visitar y ahora debes encontrar la ruta ideal entre 25 puntos, ¿puedes calcular cuánto tiempo tomaría generarlos? ¿Y si te digo que no hay computadora capaz de calcular todos los posibles recorridos y darte el óptimo de forma eficiente? Bueno, teóricamente tu computadora sí podría armar todos los trayectos y obtener el deseable, el detalle es que cuando imprimiera el de menor tiempo es probable que la humanidad ya no exista, pues generar los 3.1 x1023 recorridos le tomaría casi cinco siglos. ¡El número de soluciones posibles crece descomunalmente cuando aumentamos la cantidad de puntos a recorrer!

130

Inteligencia Artificial para explosiones combinatorias | CIENCIA SIN FRONTERAS II

El ejemplo anterior es un problema clásico de optimización combinatoria. Este tipo se problemas se presenta en diferentes áreas prácticas, como la industria y la logística, cuando se desea optimizar objetivos (disminuir tiempos, maximizar ganancias, etcétera). Los problemas de optimización combinatoria son intrigantes porque son fáciles de definir, pero a menudo muy difíciles de resolver. Para muchos de estos problemas ocurre el fenómeno observado en el párrafo anterior: el número de soluciones posibles crece de forma exponencial cuando se aumenta el tamaño del problema. A dicho fenómeno se le denomina “explosión combinatoria”.

Pa r a f a v o r e c e r l a o b t e n c i ó n d e m e j o r e s beneficios, estas incógnitas deben resolverse mediante el uso de herramientas computacionales eficientes, capaces de obtener buenas soluciones en tiempos cortos. Tales herramientas incluyen Inteligencia Artificial para crear alternativas de forma aguda, que generen sólo algunas de las posibles soluciones y garanticen que al final se brindará la mejor o posiblemente la idónea.

Los algoritmos de Inteligencia Artificial que resuelven problemas de optimización están inspirados en diferentes fenómenos naturales, físicos y sociales, que van desde el mismo razonamiento humano hasta el comportamiento de los animales, la evolución biológica y la mecánica estadística.

Ejemplo de ellos son los genéticos, inspirados en los procesos de evolución natural y genética, los cuales producen un conjunto inicial de soluciones y luego, durante un número de iteraciones, aplican el principio de supervivencia del más apto y la reproducción sexual, de tal forma que las mejores

131

CIENCIA SIN FRONTERAS II |

Inteligencia Artificial para explosiones combinatorias

son las que sobreviven y se mezclan entre sí para engendrar nuevas soluciones. Al final, se imprime la mejor de todas las que se produjeron.

Otro ejemplo son los algoritmos de optimización de colonia de hormigas, que simulan el comportamiento de estos insectos cuando están buscando un camino entre la colonia y una fuente de alimento.

En fin, existe un gran número de algoritmos y estrategias, incluso algunas veces son una combinación de unos con otros. Dentro de los más comunes se pueden listar: redes neuronales, búsqueda tabú, lógica difusa, recocido simulado y enjambre de partículas. Su desarrollo, estudio y mejora es de sumo interés para la Inteligencia Artificial y la investigación de operaciones, pues su eficiencia y alto desempeño son la clave para alcanzar el éxito en todas las áreas prácticas en donde se presentan problemas de optimización combinatoria.

Si deseas conocer más sobre este tipo de problemas y los algoritmos de Inteligencia Artificial que se utilizan para resolverlos, puedes consultar en la red “Problemas de optimización combinatoria”, “Algoritmos bioinspirados” y “Algoritmos metaheurísticos”.

132

La “nueva” Inteligencia Artificial, ¿de qué se trata?

Efrén Mezura Montes*

L

a Inteligencia Artificial (IA) es un área dentro de la Ciencia de la Computación que ha sido cuestionada desde sus orígenes, a mediados de la década de 1950. Se han escuchado voces a favor, como la del eminente Alan Turing, así como posiciones en contra, como la del filósofo John Searle; es decir, siempre ha vivido en la controversia. Sin embargo, en los últimos años, después de un periodo de cierta quietud, la IA ha tomado un “segundo aire”, en gran medida por la significativa capacidad de cómputo con la que se cuenta actualmente, por los algoritmos (programas de computadora) cada vez más complejos y eficientes, además de la gran cantidad de información que hoy en día se genera en Internet, la www, los dispositivos móviles, las redes sociales, etcétera. De hecho, personalidades de la *Centro de Investigación en talla de Stephen Hawking han opinado Inteligencía Artificial, Universidad Veracruzana.

133

CIENCIA SIN FRONTERAS II |

La “nueva” Inteligencia Artificial, ¿de qué se trata?

sobre los impactos positivos y negativos que la IA tendrá en la humanidad en los años venideros.

Si bien en sus orígenes se planteó como objetivo imitar a la inteligencia humana, de manera que fuera indistinguible captar la diferencia entre ésta y la artificial, en la actualidad esa concepción ha cambiado. De acuerdo con el doctor Guruduth S. Banavar, vicepresidente de Investigación y director de Ciencia para Cómputo Cognitivo de IBM en Nueva York, quien visitó México en marzo de 2017 para asistir a un evento del Foro Consultivo Científico y Tecnológico, la IA hoy en día no intenta reemplazar las capacidades humanas, sino más bien combinarlas. Es decir, unir de manera adecuada el talento y habilidades en las que las personas son mucho mejores que las máquinas, con aquéllas de las máquinas que son más sobresalientes.

El Dr. Banavar abunda sobre esta unión en el sentido de que las técnicas de IA pueden realizar operaciones aritméticas a gran velocidad y mediante ellas generar, por ejemplo, razonamiento estadístico en muy poco tiempo, y combinarlo con la gran habilidad humana para emitir un juicio de valor y usar el sentido común.

Con esta “renovada IA”, los retos para las nuevas generaciones serán muy interesantes, pues en su momento se necesitarán carreras centradas en educar a especialistas en interacciones con sistemas inteligentes, de manera que al combinar las capacidades humanas con las artificiales se potencie y mejore la toma de decisiones. Este especialista planteaba un escenario –que ya es real hoy en día en algunos lugares del mundo– donde un sistema inteligente, con base en el historial médico, diversos estudios y

134

La “nueva” Inteligencia Artificial, ¿de qué se trata? | CIENCIA SIN FRONTERAS II

diferentes técnicas de IA, sugiere un diagnóstico para un paciente. Por otro lado, el médico lo analiza y usando su experiencia, conocimiento y sentido común, da al enfermo un diagnóstico final, y es el humano, no la máquina, quien firma como responsable de dicho dictamen de salud.

Desde mi perspectiva, la que ha motivado el resurgimiento y replanteamiento de la IA es una subárea en particular: la Inteligencia Computacional (IC), aunque si bien el término es parecido, tiene sus diferencias. La IC, a diferencia de la IA, no busca imitar a la inteligencia humana; más bien, propone la creación y el uso de programas de computadora que sean lo suficientemente fuertes y maleables para adaptarse y resolver problemas en situaciones c o m p l e j a s , i n c i e r t a s y c a m b i a n t e s ; e s d e c i r, problemas de nuestro mundo que urge superar. De esta manera, la salud, el cuidado al medio ambiente, la educación, el desarrollo económico, entre otros, pueden beneficiarse de este tipo de tecnología.

Un punto interesante de la IC es que muchas de sus técnicas, que han mostrado un alto potencial para resolver problemáticas complejas, están basadas en metáforas biológicas, es decir, en cuestiones halladas en la naturaleza. Así es, parece ser que la solución a problemas realmente complicados de nuestro mundo radica en emular mediante una computadora, tal vez de manera muy burda, la forma en que los insectos, las aves o bacterias resuelven organizadamente situaciones de búsqueda de alimento o refugio; o mediante la programación de neuronas artificiales basadas en las de nuestro cerebro y contar con “cerebros artificiales” para que aprendan a modelar una dificultad y darle solución.

135

CIENCIA SIN FRONTERAS II |

La “nueva” Inteligencia Artificial, ¿de qué se trata?

En fin, lo anterior sugiere que –como en muchas otras situaciones de la vida– la nueva IA ha encontrado en lo más simple y natural una segunda oportunidad que la posiciona hoy en día como una de las áreas más sobresalientes y prometedoras de la Ciencia de la Computación.

136

¡Mi pierna se escapó!, ¿ahora qué hago?

Ervin Jesús Álvarez Sánchez*

D

esde el momento en que probaste los dulces, sentiste en tu boca una sensación indescriptible de felicidad y cada vez que tienes un dulce en tus manos, el sentimiento se repite, más cuando es una gran bolsa sólo para ti. Aunque para comer dulces siempre debes pedir permiso a tus papás, porque ellos te dicen que dañan tus dientes y que entonces deberán acudir con el dentista. Pero a ti no te preocupa mucho, porque eres valiente y soportarás lo que ese “monstruo” le haga a tus dientes. Sin embargo, lo que tus papás tal vez no te han dicho es que el azúcar que contienen los dulces –entre otros alimentos– no sólo afecta a tus dientes, sino que también se va filtrando poco a poco en todo tu cuerpo.

De seguro pensarás que esto es una mentira, ya que nunca lo has sentido, pero déjame *Académico de Tiempo Completo, Facultad de Ingeniería decirte que con toda seguridad sí lo Mecánica y Eléctrica, Universidad has visto en algunas personas mayores; Veracruzana, Xalapa.

137

CIENCIA SIN FRONTERAS II |

¡Mi pierna se escapó!, ¿ahora qué hago?

sí, esos señores que ves en la calle y tienen un rasgo en particular: una de sus piernas no está, se ha escapado. ¿A dónde fue?, ¿por qué dejó al señor?

Estas preguntas muchas veces tienen la misma respuesta: se debe a una enfermedad llamada diabetes, la cual hace que el azúcar en la sangre se incremente, ocasionando en tus pies una disminución en la capacidad de sentir, hasta casi desaparecerla por completo. Si sufres una herida y no te das cuenta hasta después de mucho tiempo, cuando vayas al médico en busca de ayuda te dirá que ya es demasiado tarde, ya no es posible salvar tu pie y además tal vez te anunciará que no sólo tu pie, sino también parte de tu pierna debe irse o seguirás enfermando, así que tienes que despedirte de ella y te preguntarás: ¿qué haré?

Cuando esto sucede, existen personas dedicadas a ayudar a encontrar una nueva pierna a quienes han tenido que despedirse de alguna. Aunque no es posible hallar una igual a la que tenías, existe la posibilidad de construir una que se le parezca: se llama prótesis. Lo más importante es que no tengas miedo a salir y que no te importe el qué dirán los demás sobre tu pierna que se fue. Una vez logrado esto, ya tienes una gran ventaja: tu nueva pierna será de medidas similares a la que tenías antes. ¿Y cómo hacen esto? Lo primero es que te toman medidas y tu peso, posteriormente, utilizando yeso, construyen un molde de tu pierna y después capturan todos tus datos en una computadora. Lo anterior suena aburrido, pero siempre existe la posibilidad de ayudar durante todo este proceso y te sorprenderás cuando llegue el momento de ver en la computadora c ó m o va a ser tu nueva pierna, porque podrás ver cómo se moverá.

138

¡Mi pierna se escapó!, ¿ahora qué hago? | CIENCIA SIN FRONTERAS II

Lo siguiente es construirla de algún material, pero cuál: ¿papel?, ¿vidrio?, ¿metal?, ¿plástico? En papel sería divertida porque tendrías en qué escribir y dibujar, pero no soportaría tu peso al caminar y se desharía cuando lloviera. Si fuera de vidrio no tendrías problemas de que se mojara, el agua escurrirá por todos lados e incluso podrías ponerle una luz para que las gotas formaran un arcoíris, mas cualquier golpe podría romperla de inmediato. Está bien, tal vez metálica sería mejor porque aguantaría los golpes y aunque se mojara podrías limpiarla; suena que sería la mejor elección, pero puede llegar a pesar mucho. La última opción es el plástico, pero no cualquier plástico, debe ser uno resistente al agua, que soporte golpes, se pueda limpiar fácilmente y no pese tanto. ¿Existe este material? Existe y se llama ABS, el cual es un plástico que puede ser “derretido” para darle la forma que se quiera utilizando un aparato del que tal vez hayas escuchado: una impresora 3D. Esta impresora es especial, porque lo que se diseña en la computadora puede ser construido de plástico en cuestión de horas, no importa lo complicado que sea. ¿Conoces a alguien a quien su pierna se le haya escapado? No te pongas triste, ya que tiene muchas posibilidades de que le construyan otra muy parecida. ¿Y quién puede hacer la prótesis? Para llevar a cabo la toma de medidas, el diseño, la captura en la computadora y la construcción de una nueva pierna, en la ciudad de Xalapa hay un equipo conformado por Sergio Carmona, Alexis Aguilar, Armando Aburto, Luis Escobar y Gustavo Barrios, quienes junto a su profesor Ervin Álvarez, hace un tiempo tuvieron la inquietud de conocer nuevas máquinas y aprender a 139

CIENCIA SIN FRONTERAS II |

¡Mi pierna se escapó!, ¿ahora qué hago?

utilizarlas para crear cosas geniales y ahora ayudan a las personas a alcanzar su sueño de contar con ambas piernas.

Si algún día andas en Xalapa, dile a tus papás que te lleven a la Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica de la Universidad Veracruzana, para que así puedas conocer lo que se hace en el Laboratorio de Investigación en Mecatrónica Aplicada y, ¿por qué no?, para que conozcas tu próximo centro de estudios en el que te formarás como ingeniero y el laboratorio en donde podrás desarrollar tus ideas y fabricarlas. Recuerda que siempre están buscando nuevos talentos que tengan una gran creatividad, así como ganas de aprender y de ayudar a los demás.

140

Visión robótica Homero Vladimir Ríos Figueroa*

¿

Te has preguntado cómo es que los robots pueden ver? Al igual que los seres vivos, ellos captan imágenes y las analizan para saber cómo es el entorno que los rodea y así poder moverse y tomar decisiones.

A la ciencia base de la visión robótica se le conoce como visión por computadora y su objetivo es comprender los procesos de visibilidad de los seres vivos, para emularlos mediante modelos matemáticos y algoritmos que puedan ejecutarse en computadoras.

La robótica hace uso de la analogía, pues para cada componente biológico de la visión existe su análogo artificial. Así, los seres vivos emplean sus ojos para formar y captar imágenes, mientras que los robots lo hacen con cámaras digitales cuyos lentes les permiten enfocar las imágenes y sensores que convierten las imágenes de luz en digitales. Éstas se corresponden con cuadrículas de números en donde cada uno de ellos representa la cantidad de luz que se capta en un pequeño rectángulo. Al valor lógico *Centro de Investigación del número en un elemento atómico de en Inteligencia Artificial, Universidad Veracruzana. la imagen se le llama pixel.

141

CIENCIA SIN FRONTERAS II |

Visión robótica

Estas imágenes digitales están a nuestra vista, ya que son las que se proyectan en las pantallas de los teléfonos celulares, tabletas, pantallas planas del televisor y computadora. Así como las imágenes son captadas por los ojos y convertidas en impulsos nerviosos en las redes neuronales de la retina, de manera análoga existen modelos y algoritmos que las procesan para extraer la información más importante que hay en ellas y que resultan ser los elementos borde, donde cambian abruptamente de intensidad, por ejemplo, en el borde o esquina de los objetos.

De acuerdo con la literatura psicológica y neurológica, lo que sigue a continuación en el proceso de análisis de imágenes en los seres vivos son la agrupación de regiones en otras que comparten propiedades similares de color, textura, movimiento, contraste. En el caso de los robots, esto se conoce como segmentación de la imagen en sus partes constituyentes.

Una vez realizada la segmentación continúa una serie de procesos paralelos complementarios que obtienen forma y características tridimensionales a partir de estrategias visuales. Un ejemplo de estos procesos –bien conocidos por los artistas– es que a partir de la perspectiva, sombreado, distorsión de elementos de textura y la visión estereoscópica con dos ojos se infiere la tercera dimensión. Es decir, a qué distancia se encuentran los objetos de los ojos y cómo es la forma tridimensional, curva o plana, de las superficies que forman nuestro entorno. También es posible deducir si un objeto se está moviendo lento o rápido, o si se acerca o aleja.

Todas estas propiedades son muy importantes para la supervivencia de los seres vivos, ya que nos permiten saber cómo es la distribución de los objetos en 142

Visión robótica | CIENCIA SIN FRONTERAS II

su ambiente, si existe alimento, depredadores o una pareja potencial.

Finalmente, otro de los problemas fascinantes que resuelve el sistema de visión de los seres vivos y que se emula en los robots es el reconocimiento de objetos.

Esto es, cómo es que distinguimos un objeto familiar o que ya hemos visto antes, incluso si lo miramos desde un ángulo diferente. Algunas teorías señalan que, por un lado, guardamos múltiples recuerdos de los objetos que vemos y cuando llega una nueva imagen realizamos comparaciones y determinamos cuál es la más parecida. Otra teoría, que también se apoya en hechos experimentales, sostiene que guardamos modelos o formas tridimensionales y que las imágenes que captamos nos ayudan a indexar cuál es el objeto que estamos viendo.

Por otro lado, reconocer algo implica que ya lo hemos visto antes y que lo hemos aprendido. Aquí surge la cuestión de cómo es que los seres vivos y los robots aprendemos imágenes u objetos para después distinguirlos desde distintos ángulos y perspectivas.

Lo anterior nos conduce al estudio de propiedades invariantes de las imágenes y objetos que no cambien al alterar su posición, rotarlos, hacerlos más chicos o grandes, en presencia de ruido, interferencia o modificaciones en su forma.

En conclusión, la visión robótica es un análogo artificial del mismo proceso en los seres vivos, que se emula mediante cámaras digitales, modelos matemáticos y algoritmos que se implementan en computadora.

Al lector interesado en profundizar sus conocimientos lo invitamos a estudiar visión por computadora, aprendizaje visual y psicología de la percepción.

143

BLOQUE 6 Experimentación numérica con modelos matemáticos de procesos químicos José del Carmen Zavala Loría Asteria Narváez García

La cruz que carga el pueblo de México

Yuri Jorge Peña Ramírez

Microplásticos y plastificantes en zonas costeras: el caso de Campeche Jaime Rendón von Osten Merle M. Borges Ramírez

Experimentación numérica con modelos matemáticos de procesos químicos José del Carmen Zavala Loría* Asteria Narváez García**

L

a experimentación numérica es una herramienta altamente utilizada para predecir el comportamiento de los procesos químicos industriales. El concepto incluye: 1) Adquisición de datos, 2) Modelado matemático, 3) Simulación y 4) Optimización matemática. Los modelos matemáticos se obtienen a partir de los balances de materia y energía del proceso, y son la descripción de un fenómeno mediante ecuaciones matemáticas.

Las restricciones o simplificaciones que se consideran pueden hacer que el modelo sea muy sencillo o muy complejo en su solución. Por ejemplo, en la separación de una mezcla *Maestro en Ingeniería multicomponente efectuada en una Industrial, Universidad columna de destilación convencional, el Internacional Iberoamericana. modelo matemático puede simplificarse **Facultad de Química, si se considera que la mezcla tiene un Universidad Autónoma del Carmen, Campeche. comportamiento ideal donde se pueden 147

CIENCIA SIN FRONTERAS II |

Experimentación numérica con modelos matemáticos de procesos químicos

utilizar ecuaciones estado sencillas, como la ecuación de Antoine. Cuando el fenómeno se describe con el menor número de ecuaciones, se denomina método corto o modelo reducido; cuando se contempla la dinámica completa del proceso se tienen los métodos o modelos rigurosos. Los modelos intermedios se denominan semirrigurosos.

La s o l u c i ó n d e l s i s t e m a d e e c u a c i o n e s matemáticas que forman el modelo bajo condiciones específicas se conoce como simulación y permite predecir el comportamiento de dicho modelo. Para lograr esta solución es necesario que se cuente con los grados de libertad (valores de variables conocidos) necesarios. Se debe recordar que para encontrar una solución al sistema de ecuaciones que integran el modelo matemático del fenómeno es necesario tener el mismo número de ecuaciones y variables.

Para verificar la validez de los datos obtenidos en la simulación se utilizan aquellos adquiridos del proceso real (o de la bibliografía y bases de datos del área) y el ajuste permite considerar si el modelo obtenido es adecuado o, en su caso, si es necesario ajustarlo. En esta parte del proceso, si se busca conocer el máximo error posible de la predicción se puede emplear el método de mínimos cuadrados.

Para la solución del sistema de ecuaciones, generalmente es necesario aplicar conceptos y herramientas matemáticas tales como el análisis numérico y la solución de ecuaciones diferenciales. Los modelos matemáticos más sencillos están formados por ecuaciones algebraicas muy simples de resolver, pero los que se obtienen a partir de fenómenos físicos o químicos consideran ecuaciones más complejas que, la mayoría de las veces, se resuelven utilizando los denominados métodos numéricos.

148

Experimentación numérica con modelos matemáticos de procesos químicos | CIENCIA SIN FRONTERAS II

El siguiente paso dentro de la experimentación numérica es obtener los mejores valores del o los parámetros que permitan maximizar algún producto, la ganancia del proceso o la concentración de algún componente o, en su caso, minimizar los requerimientos energéticos o las pérdidas, entre otros rubros. A este paso se le denomina optimización. Para optimizar algún proceso es necesario obtener una función objetivo, misma que puede estar sujeta a una o varias restricciones.

Existen varios métodos matemáticos para el proceso de optimización, entre los que se encuentran Programación Lineal (LP), Programación No-Lineal (NLP) y Algoritmos Genéticos. Para la optimización matemática siempre se manipula una variable denominada de control; por ejemplo, para una columna de destilación, la variable de control sería la relación de Reflujo.

La aplicación de los métodos de optimización matemática considera datos de aproximación que permitan alcanzar un óptimo de forma más rápida o hallar una solución del sistema, para lo cual, es posible conocer los valores iniciales utilizando la solución de los modelos matemáticos simplificados del fenómeno. Por supuesto, las soluciones pueden ser triviales o simplemente no tener alguna.

A manera de conclusión, se puede decir que la experimentación numérica tiene la misma validez que la experimentación tradicional en un laboratorio o planta de procesos. Su ventaja es que no se utilizan los equipos reales, no se gastan las materias primas, ni es necesario hacer cambios en la planta física, sacar de funcionamiento a los equipos o modificar los parámetros de la planta.

149

La cruz que carga el pueblo de México Yuri Jorge Peña Ramírez*

C

uando somos niños tenemos una tendencia natural a preguntarnos el porqué de las cosas.

Somos tan curiosos que incluso llegamos al grado de abrumar a nuestros familiares con interrogantes sobre el mundo que nos rodea. No importaba enlodarse con tal de descubrir el entorno; algunas veces llegamos al extremo de poner en peligro nuestras vidas al intentar adivinar el sabor de algún limpiador o al explorar la textura de un contacto eléctrico.

Desafortunadamente, muchos padres destruyeron esa curiosidad innata, junto con el sistema educativo, al censurarnos argumentando que “Calladito te ves más bonito”, pero… reflexionemos en ello. ¿Vale la pena estudiar la naturaleza? ¿Conviene saber por qué las plantas son verdes o el cielo es * Departamento de Ciencias de la sustentabilidad. azul? ¿Es bueno saber cuál es la causa El Colegio de la Frontera Sur, del cáncer o de los huracanes? Muchos unidad Campeche.

El autor agradece a BOH y a responderíamos que sí, ¡claro que vale GOP por la discusión de las ideas vertidas en este texto. la pena!

151

CIENCIA SIN FRONTERAS II |

La cruz que carga el pueblo de México

Lamentablemente estudiar la naturaleza no siempre ha sido posible. El mejor ejemplo es la Edad Media. La civilización occidental pasó por un milenio oscuro del que aún no nos recuperamos del todo, en el que preguntar el porqué de lo que existe era condenable. La Santa Inquisición se encargaba de que nadie se atreviera a cuestionar lo escrito en la Biblia, acusando de brujas o herejes a quienes se atrevían a investigar la naturaleza con experimentos, disecciones, telescopios, química o matemáticas. Mil años la humanidad se estancó en el dogma gracias a las instituciones de poder que lo administraban.

Es el viejo negocio de usurear con la ignorancia.

En el Renacimiento empezó el cambio. Grandes padres de la ciencia –como Galileo, Newton, Bacon y Descartes– encontraron espacios en los que las ideas podían ser discutidas sin temer por su vida.

En nuestros días no existe Santa Inquisición, pero sí entornos y prácticas que destruyen las ideas que pretenden estudiar a la naturaleza o que van en contra de “saberes” o poderes de facto. La incapacidad para cuestionar la naturaleza del mundo físico produce seres humanos vacíos e irresponsables con su entorno, despreciativos de ella porque, sea cual sea su comportamiento, basta purgar una penitencia impuesta por su credo religioso y ¡listo!, adiós consecuencias. No hay culpa por destruir el planeta, por no buscar la cura de enfermedades, por no valorar el conocimiento y la cultura. ¿Para qué? Al mexicano promedio le espera una vida en el paraíso después de su paso por esta Tierra, por muy depredadora que haya sido su existencia.

En nuestro país, el sistema educativo y los padres de familia tienen el enorme reto de formar personas que asuman la responsabilidad de sus 152

La cruz que carga el pueblo de México | CIENCIA SIN FRONTERAS II

actos, que tengan una conciencia que dicte su comportamiento y capacidad crítica para preguntarse el porqué de las cosas. Sólo así tendremos un país que progrese. Quienes tuvimos la fortuna de poder dedicarnos de manera profesional al estudio de la naturaleza, recibimos, como en cualquier profesión, un entrenamiento que nos brinda habilidades y competencias para hacer ciencia, siguiendo el método científico.

La base fundamental de la ciencia radica en establecer la causalidad de lo que acontece y existe; es decir, la relación entre la causa y las consecuencias.

Poner una causalidad es la mejor vacuna para escapar de falacias que nos seducen, como atribuir el padecimiento de una enfermedad a un enemigo; o el hecho de asumir, cuando hay un eclipse solar, que éste es el causante del nacimiento de niños con labio leporino. Estas ideas absurdas abundan, como aquélla en la que coincide perfectamente la edad de la señorita EUA con el número de accidentes automovilísticos que involucran bicicletas, o que el autismo es causado por las vacunas, que los transgénicos provocan cáncer y que las inundaciones o terremotos se originan por la ira divina. Sobran estas falacias porque nuestro sistema educativo falla, al ser incapaz de formar ciudadanos críticos, capaces de establecer causalidades válidas. Es más fácil creer en coincidencias que demostrar causalidad.

Las redes sociales, por su parte, son mecanismos muy poderosos para difundir viralmente ideas espurias, correlaciones falsas, la anti-ciencia en general. La información que llega por estos medios es aceptada y compartida dogmáticamente por muchos jóvenes, pues no tienen capacidad crítica.

El mexicano promedio es incapaz de diferenciar la 153

CIENCIA SIN FRONTERAS II |

La cruz que carga el pueblo de México

información falsa de aquella que ha pasado por el método científico. Entender la ciencia implica saber que la realidad no existe, que el método científico ayuda a los humanos a encontrar causalidades reales y con ello explicar la naturaleza del mejor modo posible. La ciencia nos enseña que cualquier idea tiene que estar sujeta a comprobación, siempre debemos dudar sobre si la relación causa-consecuencia es genuina o falsa.

Por fortuna, en nuestro país existen cada vez más espacios educativos en donde los estudiantes aprenden las herramientas que los convierten en científicos, a través de educación superior y posgrado en áreas de corte científico-tecnológico. Despertar vocaciones en los jóvenes para que opten por una carrera en estas áreas es vital para incrementar la capacidad humana y así obtener aquellas respuestas que nos afectan, como las enfermedades tropicales, los fenómenos atmosféricos, la pérdida de biodiversidad, el desarrollo sustentable, la generación de riqueza, etcétera. Es por ello que en los últimos años la apropiación social de la ciencia ha sido una de las mayores preocupaciones del Conacyt y de los consejos estatales de Ciencia.

Si el lector de esta pequeña nota está interesado en el fomento de vocaciones científicas en niños y jóvenes, debe saber que existen fondos públicos destinados a estas tareas. Para muchos investigadores que tenemos el compromiso moral de formar a quienes nos sucedan, encontramos un aliado muy poderoso en estos programas. En el Ecosur Campeche hemos participado, con el apoyo del Conacyt y del Coesicydet en una serie de actividades que cubren los diferentes niveles educativos, desde primaria con el Pasaporte al Camino al Conocimiento Científico (https://www.

154

La cruz que carga el pueblo de México | CIENCIA SIN FRONTERAS II

facebook.com/Pasaportecientifico/), pasando por el bachillerato con el Taller de Ciencia para Jóvenes Campeche (www.tcjcampeche.com.mx), el Taller de Ciencia para Profes Campeche (misma dirección), el nivel superior con los Veranos de la Ciencia (http:// coesicydet.com/convocatorias.php), y hasta para el público en general con la Semana Nacional de Ciencia y Tecnología, Ecosur viajero y foros urbanos de divulgación de la Ciencia “Que te lo cuente un científico” (www.ecosur.mx). Con cerca de 3,000 personas atendidas al año, muchos investigadores del Ecosur Campeche estamos poniendo nuestro granito de arena para moldear perfiles científicos.

A quienes tuvimos el privilegio de alcanzar un alto nivel educativo nos corresponde cambiar al país con educación, formando una gran generación de científicos mexicanos librepensadores que haga uso responsable del conocimiento, eliminado así la cruz mental que cargamos muchos pueblos de América Latina.

155

Microplásticos y plastificantes en zonas costeras: el caso de Campeche Jaime Rendón von Osten* Merle M. Borges Ramírez*

H

oy en día, el plástico está en todos lados; si miras con detenimiento, muchas de las cosas que tocas tiene algo de él. Se puede decir que vivimos en una sociedad plastificada, pues cada año en el mundo se producen 311 millones de toneladas de plástico y se estima un incremento anual de 5%, por lo que esta cantidad puede llegar a 400 millones de toneladas en el 2050.

Los plásticos fueron creados para resolver muchos aspectos de la vida, gracias a sus características de peso ligero, resistencia, durabilidad y bajo costo, reemplazando gradualmente a otros materiales como el vidrio, la madera y el metal, lo cual condujo a un gran aumento en su uso durante las últimas tres décadas.

Se estima que una persona promedio consume 100 kilos de plástico al año y su persistencia lo *Instituto Epomex, Universidad convierte en un contaminante prioritario. Autónoma de Campeche.

157

CIENCIA SIN FRONTERAS II |

Microplásticos y plastificantes en zonas costeras

Al estar expuesto en el ambiente se fragmenta en pequeñas partículas, actualmente referidas como “microplásticos”, las cuales han sido identificadas como un componente ubicuo de los ecosistemas marinos.

La A d m i n i s t r a c i ó n N a c i o n a l O c e á n i c a y Atmosférica (NOAA) los define como partículas menores a 5 mm y pueden ser de origen primario, fabricados para ser de tamaño microscópico y utilizarse en cosméticos, o secundario, derivados de la fragmentación de microplásticos.

Para darles flexibilidad, peso ligero y carácter duradero, se añade a los plásticos unos compuestos químicos llamados plastificantes, siendo los ftalatos los más usados en la industria del plástico; se encuentran tanto en piezas de automóviles, herramientas, plaguicidas y envases de alimentos, como en juguetes, cosméticos, productos de cuidado personal y algunos medicamentos. Por lo general, los ftalatos son líquidos incoloros que pueden liberarse de los plásticos con bastante facilidad.

La producción y el consumo de los plastificantes a gran escala han acarreado un impacto negativo en la vida de las personas y en la naturaleza; a nivel experimental se ha observado que los principales efectos adversos de los ftalatos se alojan en el sistema reproductor. Por ejemplo, en ratas machos se han reportado anormalidades reproductoras a nivel prenatal, principalmente en el tracto reproductor, tales como epididimitis, malformaciones del pene, disminución del descenso testicular, pobre desarrollo de la próstata y de la vesícula seminal. Asimismo, se han observado alteraciones como disminución de la fertilidad, baja de la producción de esperma y degeneración testicular.

158

Microplásticos y plastificantes en zonas costeras | CIENCIA SIN FRONTERAS II

Los ftalatos pueden llegar al ambiente de varias maneras, durante los procesos de fabricación, lixiviación, evaporación, difusión en los vertederos y sitios de disposición de residuos, por ello el primer paso para este trabajo fue determinar la presencia tanto de microplásticos como de plastificantes en el entorno costero, ya que no existen en México muchos estudios que muestren la dimensión de este gran problema ambiental.

Así, recientemente se realizó un estudio en la ciudad de Campeche, a fin de conocer las concentraciones de microplásticos y ftalatos en sedimentos de su costa y el canal de la Ría, un sistema acuático urbano. De los nueve sitios examinados, los resultados indicaron la presencia de partículas en sedimento durante las temporadas climáticas de lluvias, nortes y secas.

La costa de la ciudad de Campeche presentó un total de 1,404 piezas/m 2 procedente de la suma de cinco lugares costeros; el que registró mayor número de microplásticos, con poco más de1,000 piezas/m 2 , fue la desembocadura de un canal pluvial denominado autosur, proveniente de la cuenca Oeste. Esta cuenca es una de las más pobladas y la presencia de estos fragmentos se puede atribuir a diferentes causas; no obstante, los tiraderos a cielo abierto son la principal fuente de plásticos, los cuales pueden incorporarse por arrastre pluvial, lo que se demuestra porque las cantidades promedio de microplásticos fueron de 150, 65 y 18 piezas/m 2 durante las temporadas de lluvias, secas y nortes, respectivamente. Excluyendo el sitio costero autosur, los espacios del canal urbano de la Ría presentaron altas cantidades, siendo crecientes de acuerdo con el sentido de la corriente y desembocadura al mar, 159

CIENCIA SIN FRONTERAS II |

Microplásticos y plastificantes en zonas costeras

pasando de 50 piezas/m 2 al inicio del canal, a 200 y finalmente a 250 piezas/m 2 en el muelle denominado 7 de agosto.

El tamaño de microplásticos localizados fue de 0.1 a 5 mm de diámetro y en su mayoría se trató de fragmentos plásticos, pintura y fibras, que podrían ser de cuerdas (liseras) utilizadas en la pesquería, en el mantenimiento de lanchas o producto del lavado de ropa sintética, pinturas de las casas, entre otras.

Con respecto a los ftalatos (plastificantes), se presentaron en todas las muestras analizadas; sin embargo, las concentraciones más altas se obtuvieron en el muelle 7 de agosto del canal urbano de la Ría, con 39.3, 22.0 y 10.0 µgg-1 durante nortes, lluvias y secas, respectivamente. Estos residuos provienen de la degradación de los plásticos, por lo que quizás las condiciones de agua dulce en el sistema de la Ría contribuyen a que se liberen más este tipo de compuestos.

Actualmente no hay límites permisibles sobre las concentraciones de microplásticos ni de ftalatos en sedimentos ni en organismos acuáticos. Los primeros pasos en las regulaciones de la presencia de ftalatos se han llevado a cabo en la Unión Europea, donde seis de ellos tienen limitaciones en sus concentraciones para su uso en juguetes y artículos destinados a niños menores de tres años. Asimismo, otros están prohibidos para ser empleados en cosméticos y algunas organizaciones pugnan para que sean reemplazados por sustancias menos tóxicas.

Los ftalatos presentes en los sedimentos pueden representar un peligro para la reproducción de los organismos acuáticos, lo que pone en riesgo la pesca en todas las costas contaminadas con plásticos.

160

BLOQUE 7 Educar para la vida, “en búsqueda del sentido de la existencia”

José Luis Pérez Chacón

La globalización al servicio de la delincuencia económica

María Teresa Montalvo Romero

El Internet de las cosas, sistemas ciber-físicos e Industria 4.0

Rogelio de J. Portillo Vélez Pedro J. García Ramírez J. Alejandro Vásquez Santacruz Luis F. Marín Urías

Educar para la vida, “en búsqueda del sentido de la existencia” José Luis Pérez Chacón*

L

a vida es principio y fin de todo acto creativo.

Después del caos emerge la vida (bio), unido a la vida enseguida está el espíritu, la palabra (logos) y en la evolución, en el resurgir de la vida aparece lo humano (antropo) como lo más complejo de la creación y de la vida misma: biologoantropo, lo misterioso.

Comprender la condición humana ha sido la intención del hombre desde siempre. Sus indagaciones han girado en torno a esta temática; de aquí se parte para provocar la reflexión para una educación en búsqueda del sentido de la existencia.

Tradicionalmente, al hablar de educación se piensa de inmediato en escuelas, planes y programas de estudio, libros, teorías, maestros y alumnos, mas no en la familia, en el hombre y la mujer, la cotidianidad, el ecosistema, los sueños, los anhelos, la esperanza, el amor, el placer, la ternura, la espiritualidad. *Instituto de Investigaciones

y Estudios Superiores Económicos y Sociales de la Universidad Veracruzana.

165

CIENCIA SIN FRONTERAS II |

Educar para la vida, “en búsqueda del sentido de la existencia”

Referirnos a educación para la vida implica hacer vibrar nuestro ser en toda su plenitud, porque la educación se siente, nace de uno mismo, brota de las entrañas de nuestro ser. Es aprendizaje que está inscrito en nuestros genes, células y moléculas, y más allá, en nuestros sentimientos y emociones, en el espíritu, en la conciencia universal. Es una tarea apasionante que hace retrospección en nuestro ser persona, en interacción familiar, comunitaria y con la sociedad; somos seres catapultados para lo universal y trascendental.

Pero también educar para la vida nos conduce a pensar en los procesos educativos que se han vivido, lo que nos ha servido y lo que tenemos que desechar; desaprender. El sentido de la vida nos lleva a revisar lo experimentado en la historia de vida como hijos, hermanos, padres, familia, en la escuela y en el entorno.

Estar educado para la vida y con sentido significa poner nuestro ser y conocimiento al servicio de los demás, solidarizarnos con nuestros semejantes; empezando por nuestra casa, como el buen juez. Volver a aprender de la cotidianidad, sin separar tiempo de espacio, estando más cerca de la naturaleza, de la biodiversidad, de la bioantropología; es decir, del amor y del placer que surgen de la relacionalidad libre y sin prejuicios del hacer diario.

Educar para la vida con el propósito de contextualizar sobre lo biologoantropo: la vida (bio) es un misterio, dice el sociólogo francés Edgar Morin, mientras más incursionamos en su comprensión mayor es nuestro asombro; el logo (palabra) tiene que ver con el origen de la vida, señala Masaru Emoto, la palabra transmitida con amor tiene un efecto propicio para la vida y su entorno; el ser humano (antropo) 166

Educar para la vida, “en búsqueda del sentido de la existencia” | CIENCIA SIN FRONTERAS II

se transforma en la convivencia, asegura el biólogo y filósofo Humberto Maturana, tenemos inserta nuestra condición humana a manera de holograma, por lo que necesitamos de la inter-retro-relación para ir completando la humanidad en nosotros.

Educar para la vida entraña hacer del acto educativo una transformación en la convivencia, en donde al conversar el ser humano deje aflorar sus sentimientos, sus pensamientos y “aprendiencias” de años de múltiples relaciones con distintos actores: científicos, académicos, autores de libros leídos, amigos, vecinos, campesinos, indígenas, adultos, jóvenes y con comunidades, como un medio para acceder vivamente a los aprendizajes compartidos.

Lo s s e r e s h u m a n o s s i e m p r e e s t a m o s e n conversación: con uno mismo, con personas cercanas y lejanas, y con los demás seres vivos de nuestro entorno. Se conversa con lo divino en el silencio y, ¿por qué no reconocer?, también con nuestros demonios, quienes hacen que perdamos todo sentido.

En el dialogar, entonces, está gran parte del sentido del quehacer y también de la vida misma. En palabras del investigador Jorge Wagensberg: “Conversar es el principio del conocimiento, conversar es quizá el mejor entrenamiento que puede tener un ser humano para ser humano”.

Este intercambio como método para andar en busca del sentido de la vida se ha convertido en una luz que guía los procesos de creación e indagación desde lo biologoantropo. El sentido de la vida es la máxima de la condición humana; cada día se busca, porque todos los días se pierde y se ha de encontrar.

Reflexionando todo esto, en el lenguaje surge la noción biologoantropo. No es la intención ahora despejar este pensamiento-palabra, pero sí abordarlo 167

CIENCIA SIN FRONTERAS II |

Educar para la vida, “en búsqueda del sentido de la existencia”

en el lenguaje cotidiano, porque se considera que la vida aporta elementos para repensarlo y resignificarlo. Es una palabra innovadora en la mente, en el ser y hacer. Es algo nuevo que podemos hacer original en el convivir. Si la ciencia antropológica, como tal, ha hecho que la humanidad caiga en la mediocridad, por temor a la incertidumbre; si nuestra limitada comprensión ha motivado que veamos al ser humano como centro del universo, necesitamos de nuevas miradas para interactuar con la realidad compleja, de ahí que lo biologoantropo despejará la mente y también la conciencia, iniciando un nuevo camino al conocimiento que nos permita ver la vidapalabra-humano como la partícula implícita en el ser de la condición humana; algo así como el aspecto holográfico que nos une con el universo, que a su vez contenemos.

168

La globalización al servicio de la delincuencia económica María Teresa Montalvo Romero*

E

n esta mitad del siglo XXI la globalización puede verse desde diversas aristas, entendiendo ventajas y desventajas según el tema abordado, pero en el caso de los delitos económicos, el fenómeno global ha servido como punta de lanza para el aumento de las cifras de lo que conocemos como infracciones de cuello blanco, o de aquellas acciones que afectan el orden público económico y el patrimonio privado, impactando en el porcentaje del PIB o la inversión extranjera y en la mayoría de los casos utilizando como herramienta el desarrollo tecnológico actual, razón por la que se torna indispensable el *Miembro del Sistema Nacional de Investigadores estudio de los efectos que estas acciones Conacyt nivel II, docente de generan, principalmente en los entes Tiempo Completo de la FCAS, Universidad Veracruzana. económicos públicos y privados.

169

CIENCIA SIN FRONTERAS II |

La globalización al servicio de la delincuencia económica

La globalización tiene diversas características: posmodernidad, democracia, capitalismo posindustrial, tercera revolución tecnológica, desterritorialidad, extraterritorialidad, neoliberalismo, economía de mercado; todas ellas han impulsado una serie de adelantos y desarrollo multilateral, basados principalmente en el avance de la tecnología, en el despunte del nuevo orden económico mundial, en la aprobación de normas comunes y de una serie de ventajas que han beneficiado las relaciones internacionales; sin embargo, estas mismas ventajas han posibilitado un fuerte desarrollo de las grandes células delictivas, un perfeccionamiento de los crímenes y la generación de otras formas de delinquir acordes con las nuevas tendencias de vida virtual o en el ciberespacio.

Cuando hablamos de delitos económicos aludimos a los tributarios, hacendarios, ambientales, de propiedad intelectual, informáticos, evasión fiscal, economía informal, lavado de dinero, fraude, abuso de confianza, robo, fraudes informáticos, tráfico de divisas, evasión de impuestos, robo de identidad, entre otros. En este sentido, es menester cuestionarse si las políticas públicas y la legislación global responden a las necesidades de protección de la ciudadanía.

Los delitos económicos van en contra de la economía estatal y del orden público, de allí que varios organismos internacionales, como la ONU, o estudiosos del Derecho penal se preocupen por establecer parámetros de prevención de estas conductas delictivas.

A nivel mundial existen organismos encargados de realizar investigaciones en torno a esta problemática: la Comisión Federal de Comercio de Estados Unidos, la Asociación Internacional para 170

La globalización al servicio de la delincuencia económica | CIENCIA SIN FRONTERAS II

la Investigación de Fraudes Electrónicos (SERT), la Comisión Nacional para la Protección y Defensa de los Usuarios de Servicios Financieros (Condusef), el Comité de Política al Consumidor de la Organización para la Cooperación y el Desarrollo Económico (OCDE), el Grupo de trabajo sobre el manejo del comercio electrónico (ECSG) del Foro de Cooperación Económica Asia-Pacífico (APEC), la Red internacional de Protección al Consumidor y la Aplicación de la Ley (ICPEN), la North American Consumer Project on Electronic Commerce (NACPEC), la Community E m e r g e n c y Re s p o n s e Te a m ( C E RT ) , l a Po l i c í a Cibernética Mexicana, dependiente de la Secretaría de Seguridad Pública, el Grupo de Coordinación Interinstitucional para el Combate a Delitos Cibernéticos, la Oficina de las Naciones Unidas contra la Droga y el Delito, el Instituto Ciudadano de Estudios sobre la Inseguridad A.C. (ICESI), el Centro de Estudios Económicos del Sector Privado (CEESP), el Crime, Violence, and Development: Trends, Costs, and Policy Options in the Caribbean the World Bank, por citar algunos.

Los delitos de cuello blanco no sólo dañan a la persona física o moral que sufre un menoscabo en su patrimonio, sino también la economía del Estado y, por ende, el orden público económico interno y global.

A la par de los daños materiales se hallan los inmateriales, que afectan directamente la confianza en las transacciones mercantiles en las instituciones financieras y que necesariamente distorsionan y minimizan la sana competencia.

El análisis económico del derecho permite concluir que las políticas públicas y la legislación son insuficientes, pues no cumplen su cometido económico; además, la inversión en la prevención 171

CIENCIA SIN FRONTERAS II |

La globalizaciรณn al servicio de la delincuencia econรณmica

del delito y la elaboraciรณn de las leyes es muy alta y no surte los efectos esperados, generando un elevado porcentaje de la denominada cifra negra, es decir, aquellos delitos que no son denunciados o de los que la autoridad no tiene conocimiento.

172

El Internet de las cosas, sistemas ciber-físicos e Industria 4.0 Pedro J. García Ramírez * Rogelio de J. Portillo Vélez ** J. Alejandro Vásquez Santacruz ** Luis F. Marín Urías**

H

oy en día se habla de términos complejos, como el Internet de las cosas (IoT), los sistemas ciberfísicos y la Industria 4.0. Aquí aclaramos dichos términos, la relación entre los mismos y su impacto en nuestra vida cotidiana.

Iniciemos con la identificación de dos lugares que denominaremos “espacio físico” y “espacio cibernético” o ciberespacio. El primero es en el que se desarrollan todos los procesos de la realidad física, es decir, lo que como seres humanos percibimos, sentimos y conocemos; mientras que el ciberespacio es una realidad simulada, construida digitalmente, que se encuentra implementada en las computadoras y redes digitales de todo el mundo. Así, pues, hay dos realidades: una física y una cibernética. *Instituto de Ingeniería, Para que éstas puedan interactuar, es Universidad Veracruzana. necesario desarrollar un camino o red **Facultad de Ingeriería, Universidad Veracruzana, de comunicación que se los permita.

Boca del Río.

173

CIENCIA SIN FRONTERAS II |

El Internet de las cosas, sistemas ciber-físicos e industria 4.0

Primero enfoquemos nuestra atención en la realidad cibernética. En los años 90 se registró lo que se conoce como la primera ola del Internet, donde se construyó la infraestructura y se gestó la conectividad de miles de usuarios alrededor del planeta. En la segunda ola de internet, alrededor del año 2000, se brindaron mayores accesos a los servicios y a la información por medio de los buscadores y las redes sociales. Hacia el año 2020, en lo que se denomina la tercera ola del internet, se espera registrar 30 000 millones de cosas (usuarios y dispositivos) conectadas a internet. En este contexto de crecimiento exponencial del uso de la red, el concepto de Internet de las cosas –desarrollado por el Inglés Kevin Ashton, en 1999 –describe una red de comunicación que permite conectar “cosas” que tengan la capacidad de identificar, medir y procesar de manera inteligente la información de la realidad física. Surge entonces la necesidad de desarrollar nuevos sistemas con dichas habilidades.

El término sistemas ciber-físicos fue presentado por Helen Gill en la Fundación Nacional de Ciencia de los Estados Unidos, en 2006, para referirse a la integración de la computación con procesos físicos. El lector puede estar más familiarizado con el llamado “ciberespacio” y puede resultar tentador asociarlo con los sistemas ciber-físicos. Sin embargo, las raíces del término son más antiguas y profundas, datan de 1948, cuando el concepto “cibernética” fue introducido por el matemático estadounidense Norbert Wiener y el fisiólogo mexicano Arturo Rosenblueth para describir los mecanismos de control y comunicación en los seres vivos y en las máquinas. Por tanto, sería más exacto entender los

174

El Internet de las cosas, sistemas ciber-físicos e industria 4.0 | CIENCIA SIN FRONTERAS II

términos ciberespacio y sistemas ciber-físicos como provenientes de una misma raíz, la cibernética, en lugar de ver a uno como derivado del otro.

En una comprensión más extensa de los sistemas ciber-físicos, las redes integradas de sensores monitorean la información de la realidad física, la cual es procesada por computadoras y finalmente el comportamiento de tal realidad es gobernado por medio de actuadores. Es importante mencionar que los procesos físicos afectan los cálculos y viceversa, cerrando así un posible lazo de control. Como desafío intelectual, los sistemas ciber-físicos tratan de la intersección, no de la unión, de lo físico y lo cibernético. Por tanto, no es suficiente entender por separado los componentes físicos y cibernéticos del sistema, en su lugar tenemos que comprender su interacción por medio de una red que les permite comunicarse.

Conviene mencionar que un sistema ciberfísico puede o no conectarse a Internet, por lo que no necesariamente posee la característica del IoT. Se establece así una disciplina aparte que requiere del entendimiento de la dinámica conjunta de la realidad física, la realidad cibernética y la red de comunicación que posibilita el intercambio de información entre ambas.

Algunos sistemas ciber-físicos ya forman parte de nuestra vida diaria, los podemos encontrar en sistemas de manejo de energía eléctrica y tratamiento de aguas residuales, en sistemas de seguimiento y diagnóstico hospitalario, en cada uno de los teléfonos inteligentes que están en nuestros bolsillos y, más aún, en los procesos de manufactura de alta tecnología de la Industria 4.0. Este término fue presentado por

175

CIENCIA SIN FRONTERAS II |

El Internet de las cosas, sistemas ciber-físicos e industria 4.0

primera vez públicamente en Alemania en 2011, por un grupo de representantes de diferentes ámbitos (negocios, política y academia) bajo una iniciativa para mejorar la competitividad alemana en la industria manufacturera y como una estrategia de alta tecnología hacia el 2020. La Industria 4.0 describe la puesta en marcha de “ fábricas inteligentes”, también se denomina la cuarta revolución industrial y está impulsada por la introducción de la tecnología digital en la industria y la interconexión de las fábricas. Esto sólo puede ser posible mediante la integración de sistemas ciber-físicos y el IoT a la industria. Es decir, se trata de conectar la realidad física de la industria con la realidad cibernética con miras del intercambio de información entre ambas, para superar a las fábricas actuales en cuanto a capacidad, adaptabilidad, escalabilidad, resiliencia, seguridad y optimización de procesos productivos. En el mediano plazo estaremos hablando de aplicaciones reales en diferentes sectores y mercados: movilidad inteligente, energía inteligente, sanidad inteligente, fabricación inteligente y ciudades inteligentes.

En conclusión, no podemos decir que ninguno de los tres conceptos presentados generaliza o engloba a los otros; es necesario entenderlos como complementarios entre sí y que juntos potencian la capacidad de desarrollo científico y tecnológico humana. Que no nos sorprenda, entonces, en los años próximos escuchar de la llamada Industria 5.0: de la producción en masa a la personalización en masa.

176

Ciencia sin fronteras II se terminó de imprimir en abril de 2018. La edición consta de 3000 ejemplares, más sobrantes para reposición y en su formación se usó la familia tipográfica Futura Lt BT Light.