Domótica, un camino hacia el futuro

CONTENIDO El problema de la basura espacial en órbita alrededor de la tierra

¿Y USTED QUÉ OPINA? PÁG 1

Marco Alexis Hernández Arroyo

NUESTRA CIENCIA PÁG 2

Werner Heisenberg

BIOGRAFÍA PÁG 3

ARTÍCULOS Y REPORTAJES

Domótica, un camino hacia el futuro PÁG 7 PÁG 7

Internet de las cosas ¿Qué es y a dónde va?

PÁG 5

FAUNA DE ZACATECAS PÁG 4

Cascabel verde de las rocas

Detección de fallas en bujías de automóviles a través de sonido: una mirada a las posibilidades del Machine Learning FLORA DE ZACATECAS PÁG 6

PÁG 9 Calabacilla loca

LO QUE PUEDE LA CIENCIA PÁG 11

Ciencia y tecnología en apoyo de la medicina moderna

CIENCIA Y TÉCNICA DEL SIGLO XXI PÁG 12

Diseño racional de proteínas Sol artificial: la esperanza de fusión nuclear

Estimadas lectoras y lectores, Ahora que poco a poco se comienzan a abrir muchas actividades que se mantuvieron cerradas o con baja actividad durante la pandemia, nos podemos dar cuenta de los procesos que aceleró la pandemia; como la transformación digital y una mayor responsabilidad en la salud y cuidado ambiental. Por ejemplo, se considera que un 25% de los trabajos, se llevarán ahora a cabo en la modalidad de trabajo en casa o remoto.

La educación a distancia será también muy socorrida en los nuevos tiempos. El comercio en línea ha tenido un incremento inimaginable antes de la pandemia. Por otro lado, las personas también están modificando sus hábitos de consumo y alimenticios, se ha tenido que aprender sobre los sistemas digitales, de comunicación y de interacción. Esto ha llevado a muchas empresas a transformarse rápidamente.

Ahora que estamos más tiempo en casa se han visto incrementado los gastos de servicios en el hogar como agua, luz, internet y el gasto en productos tecnológicos como las computadoras y celulares que resultan indispensables para una familia con sus hijos en la escuela o los padres trabajando a distancia.

Alejandro Tello Cristerna Agustín Enciso Muñoz

Director de Difusión y Carlos Iván Cabrera Perdomo Diana Arauz Mercado Manuel Hernández Calviño María José Sánchez Usón Héctor René Vega Carrillo

Nidia Lizeth Mejía Zavala Juan Francisco Orozco Ortega Francisco Javier Anaya García Carlos Iván Cabrera Perdomo Agustín Enciso Muñoz Miguel Hernán Escobedo Barajas Fabián García Vázquez Nidia Lizeth Mejía Zavala Medel José Pérez Quintana Leidy Elizabeth Rodríguez Martínez Luis Rafael Salas Rodríguez Efrén González Ramírez

Lo invitamos a visitar nuestra página https:// cozcyt.gob.mx/divulgacion/revista-eek/ antes de finalizar cualquier artículo de divulgación científica que tenga la intención de enviar. Con mucho gusto consideraremos su contribución.

Revista eek´(ISSN:2007-4565) Diciembre 2019 - Enero 2020 es una publicación bimestral editada por el Consejo Zacatecano de Ciencia, Tecnología e Innovación (COZCyT). Av. de la Juventud No. 504, Col. Barros Sierra, C.P. 98090, Zacatecas, Zac. México. Tel. (492) 921 2816, www.cozcyt.gob.mx,eek@cozcyt.gob.mx. Editor responsable: Agustín Enciso Muñoz Reservas de Derechos al Uso Exclusivo No. 04-2012-021711542800-102, otorgados por el Instituto Nacional de Derechos de Autor, Licitud de Título y Contenido No. 15706 otorgado por la Comisión Calificadora de Publicaciones y Revistas Ilustradas de la Secretaría de Gobernación. Impresa por Multicolor Gran Formato S.A. de C.V. Venustiano Carranza 45-A, Col. Centro, Villa Hidalgo, Jalisco, C.P. 47250. Este número se terminó de imprimir el 12 de diciembre de 2019 con un tiraje de 6000 ejemplares.

Las opiniones expresadas por los autores no necesariamente reflejan la postura del editor de la publicación.

Se autoriza la reproducción total o parcial de los contenidos e imágenes, siempre y cuando se cite la fuente y no sea con fines de lucro.

Vol. 8 No. 6

El paulatino cambio en las condiciones de la pandemia, nos hace refeccionar, de aquellas cosas que aprendimos e hicimos durante la pandemia y debemos conservar y aquellas que debemos modificar para salir de la crisis sanitaria ambiental y económica que estamos enfrentando; sobre todo, para estar preparado para las próximas crisis que tendremos por la grave situación en el clima, la biodiversidad y la contaminación que le hemos provocado al planeta.

En épocas donde la tecnología busca facilitar la vida de las personas, el presente número describe, en sus artículos principales, la esencia del concepto de Internet de las cosas y cómo este nos permite mejorar la productividad de las tecnologías. Se aborda la idea de un camino hacia el futuro centrado en la automatización de nuestras casas y se trata un novedoso método de detección en fallas en los motores de automóviles a través del sonido. También, se comenta el problema que representa la basura espacial en la órbita alrededor de la Tierra y las iniciativas en investigación para darle solución.

Asimismo, conoceremos sobre las aplicaciones de la robótica como mediador en la interacción entre el paciente y el profesional de la salud. Los invitamos a leer sobre la vida del físico alemán Heisenberg, galardonado con el premio Nobel por su teoría cuántica y aplicaciones que se derivaron de ella. Otros artículos se centran en el diseño racional de proteínas y la esperanza de obtener formas amigables de energía nuclear.

Disfruten la lectura.

¿ Y USTED QUÉ OPINA?

Carlos Iván Cabrera Perdomo civan0709@gmail.com

El problema de la

basura espacial

en órbita alrededor de la Tierra

F

ragmentos de antiguas misiones espaciales permanecen en órbita alrededor de la Tierra y están fuera de control, amenazando nuestro futuro en el espacio. Con el tiempo, el número, la masa y el área de esta basura aumenta, lo que representa un riesgo para el funcionamiento de los satélites.

Desde el comienzo de la era espacial en 1957, se han lanzado al espacio toneladas de cohetes, naves espaciales e instrumentos. Inicialmente, no había una predicción de qué hacer con ellos al final de sus vidas, por lo que su número continuó creciendo y las explosiones y colisiones en el espacio generaron cientos de miles de desechos peligrosos.

Actualmente hay unos 4,700 satélites en el espacio, de los cuales solamente funcionan cerca de 1,800.

Durante las últimas dos décadas, ha habido un promedio de 12 fragmentaciones accidentales al año en el espacio, una tendencia que lamentablemente está aumentando.

Estos eventos de fragmentación describen momentos en los que los escombros se generan por colisiones, explosiones, problemas eléctricos o simplemente desprendimiento de objetos debido a las difíciles condiciones del espacio.

Lo más preocupante, según los expertos, es que todos estos restos orbitan de forma descontrolada: más de 750,000 piezas de chatarra, todas mayores de un centímetro, que pueden causar problemas graves debido a la velocidad con la que circulan. Incluso las partículas más pequeñas pueden ser peligrosas para satélites en funcionamiento, estaciones espaciales o cohetes.

Estos desechos, en cualquiera de sus tamaños, podrían causar daños a una nave espacial operativa, de ahí la necesidad de buscar soluciones a un problema que es global y que cada vez adquiere mayor dimensión y urgencia en momentos de gran crecimiento del tráfico espacial. Por ejemplo, la colisión de un solo objeto de diez centímetros podría implicar una fragmentación catastrófica de un satélite, uno de un centímetro podría perforar los escudos de la Estación Espacial Internacional y un pedazo de tan solo un milímetro destruiría subsistemas satelitales. De no limpiarse la basura espacial, pueden obstruirse las órbitas necesarias para lanzar nuevos satélites y la navegación mundial quedaría paralizada.

Si pensamos en la viabilidad de recoger o destruir este tipo de residuos, la innovación es, sin duda, clave. En este

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sentido, ya existen proyectos y planes con robots, redes, cuerdas electromagnéticas e incluso láser. La Agencia Espacial Europea está desarrollando un satélite para atrapar con una red o un robot a los satélites inservibles y luego, junto con la masa de desecho espacial, hundirla de forma controlada en la atmósfera para que se desintegre. Está previsto que este satélite comience su funcionamiento en 2023. Adicionalmente prepara la instalación de un nuevo telescopio láser que, operado desde una estación terrestre, haría un seguimiento de los fragmentos de basura espacial para, después, eliminar los más peligrosos. Al impactar el láser con fragmentos de basura, podrá moverlos milímetros; suficiente para desorbitarlos y hacer que caigan hacia la tierra y se desintegren. Se estima que con días de impacto continuo, se podría desviar la trayectoria de la basura espacial, alcanzando órbitas bajas a distancias de entre 400 y 700 kilómetros desde la superficie terrestre.

Actualmente, en estas órbitas bajas se encuentran muchas de las misiones de la Estación Espacial Internacional.

Otras iniciativas en investigación, para tratar de eliminar la generación de residuos espaciales, consisten en desarrollar un nuevo sistema para que los satélites espaciales puedan desorbitar sin necesidad de usar potencia a bordo ni combustible. Los satélites que en el futuro estén equipados con este kit podrán desorbitar, es decir, bajar su altura al final de su vida útil, hasta provocar su reentrada y ser destruidos por la fricción con la atmósfera terrestre, evitando así la proliferación de basura espacial en órbita. Su funcionamiento se centra en una cinta de aluminio recubierta de un material especial que permite transformar energía rotacional en eléctrica mientras se desorbitan y utiliza recursos naturales del entorno espacial como el campo geomagnético, el plasma ionosférico y la radiación solar.

Una incógnita lógica que podría asecharnos es: ¿pueden este tipo de desechos llegar a caer en la Tierra? Lo cierto es que sí. Los expertos de la Agencia Espacial señalan que en promedio tienen lugar unos 40 impactos al año en alguna parte del mundo. Aunque siempre se trata de piezas grandes, afortunadamente se desintegran antes de entrar en la atmósfera terrestre.

Referencias •Martín,L.(2019).Basuraespacial,¿unacontaminaciónlejana?CompromisoEmplresarial.Recuperado de https://www.compromisoempresarial.com/rsc/2019/08/basura-espacial-una-contaminacionlejana/#:~:text=De%20no%20limpiarla%2C%20la%20basura,naturales%E2%80%9D%2C%20 a%C3%B1adi%C3%B3%20este%20experto • https://www.uc3m.es/

¿ Y USTED QUÉ OPINA?

Marco Alexis

Hernández Arroyo

O

riginario del municipio de Valparaíso, Zacatecas, Marco Alexis nació el 13 de noviembre de 1991. Desde pequeño le fascinaban los dispositivos electrónicos, le parecía irreal que con un control remoto se pudieran controlar.

Le gustaba abrir los juguetes que ya no funcionaban para descifrar o entender que era lo que sucedía dentro de estos. Aunque a su corta edad no logró comprender el mecanismo de los juguetes, su curiosidad despertó su interés en todo aquello que se relacionaba con la tecnología.

En 2010 ingresó a la Facultad de Ingeniería en el Instituto Politécnico Nacional, campus Zacatecas. El poder crear cosas nuevas, desarrollar y diseñar objetos que le faciliten la vida al ser humano fueron su principal motivación para estudiar Ingeniería Mecatrónica. En sus propias palabras nos compartió: “Los humanos somos inventores por naturaleza. Siempre que nos topamos con un problema encontramos la forma de resolverlo y más si está relacionado a cosas tecnológicas. A mí me motivaba algún día poder crear algo nuevo, algo que nadie más haya hecho y es por lo mismo que estoy investigando sobre nuevos tipos de sensores magnéticos”.

Para concluir sus estudios, Alexis diseñó y desarrolló un sistema clasificador de prismas geométricos basado en visión artificial. El objetivo del prototipo era seleccionar los prismas de acuerdo a su forma (rectangular, triangular, pentagonal y cilíndrica recta) y ordenarlos en contenedores.

De 2016 a 2019 estuvo becado en la Universidad Aeroespacial de Samara, Rusia, donde realizó un curso intensivo para aprender el idioma, para después estudiar su maestría. Durante su estancia se fue especializando en electrónica, mecánica y diseño, además de trabajar con programas para diseñar componentes eléctricos.

Como trabajo de titulación, Alexis diseñó un sistema magnético que permite que los satélites pequeños se orienten en el espacio, prototipo que quedó solo en la etapa de diseño.

Desde agosto de 2020, Alexis se encuentra realizando un doctorado en la Facultad de Ingeniería Mecánica en la Universidad de Bristol, Reino Unido. Su principal área de trabajo es el diseño mecánico, específicamente el diseño de sensores magnéticos con formas irregulares. “Dichos sensores tienen bastantes aplicaciones, incluso médicas. En la actualidad se usan para encontrar defectos en NUESTRA CIENCIA

materiales sin comprometerlos. Aplicando corriente alterna a un inductor se genera un campo magnético, el cual al estar cerca de algún material conductor de electricidad genera, principalmente en su superficie, corriente eléctrica. La corriente eléctrica generada en el material crea un nuevo campo magnético. Al medir la diferencia entre el campo magnético creado con nuestro inductor y el campo magnético creado por la corriente en el material, podemos darnos cuenta si el material es uniforme y si no tiene defectos o grietas.

Estas pruebas se llaman pruebas no destructivas y se utilizan principalmente para tecnología aeroespacial, en dónde es crítico tener un material sin ningún defecto”, comentó.

Lo que más disfruta de su trabajo es hacer diseños 3D, simularlos y fabricarlos. Los diseños se realizan en diferentes programas como: COMSOL, SOLID WORKS, Altium Designer. Le gusta poder imaginar algo, dibujarlo, probarlo y corroborarlo.

Profesionalmente se ha desempeñado como técnico en la Clínica de Especialidades Electrónicas, en el municipio de Guadalupe, Zacatecas y como ingeniero de proyecto SmartFlow para la empresa Lasec Telecomunicaciones, situada en Quantum Ciudad del Conocimiento, Zacatecas, donde tuvo la oportunidad de trabajar en la parte de desarrollo electrónico de un dispositivo capaz de detectar personal dentro de una mina. También colaboró como ingeniero outsourcing en la empresa MIDAC Soluciones Electromecánicas, ubicada en el municipio de Morelos, Zacatecas y como maestro de inglés-español en diferentes escuelas de Rusia.

Para Alexis, el que las y los jóvenes tengan la oportunidad de seguir preparándose académicamente es importante, por ello les comparte la siguiente sugerencia: “A los estudiantes les quiero recomendar que utilicen todos los apoyos que brinda el gobierno estatal como nacional. Existen muchos apoyos para estudiar, así como becas dentro y fuera de nuestro país. El crecimiento que les va a dar salir al extranjero es algo muy valioso hablando académica como personalmente. El COZCyT es un muy buen vínculo en cuanto a tecnología y apoyos se refiere”.

En un futuro, le gustaría hacer investigación en México, trabajar en la Agencia Espacial Mexicana y ser docente para poder transmitir su conocimiento y gusto por la tecnología a las y los jóvenes. Le deseamos éxito en todos sus proyectos.

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BIOGRAFÍA

Francisco Javier Anaya García francisco.anaya@fisica.uaz.edu.mx

Werner

Heisenberg (1901-1976)

W

erner Karl Heisenberg nació el 5 de diciembre de 1901 en Wurzburgo, Alemania. En su juventud mostró un gran potencial para la física y las matemáticas. Optó por estudiar física en la Universidad de Múnich, donde obtuvo su doctorado en 1923, habiendo elegido a Arnold Sommerfeld como director de tesis.

En el invierno de 1922 comenzó a trabajar como asistente de Max Born en la Universidad de Gotinga. Durante sus años como estudiante de doctorado, Heisenberg tenía como compañero de estudio a Wolfgang Pauli. Esta relación de amistad les trajo grandes frutos a ambos, pues encontraron en el otro el complemento perfecto para su forma de trabajar.

Heisenberg era un tipo tan brillante como carismático. Tenía la fama de aprovechar los errores en trabajos de otros científicos para perfeccionar las ideas y publicarlas como propias. Además de ser un excelente intérprete en el piano, el científico alemán disfrutaba de pasar tiempo practicando deportes y actividades al aire libre.

Durante una gala en Gotinga en 1922, Heisenberg conoció a Niels Bohr, quien recientemente había sido galardonado con el premio Nobel de física por sus trabajos sobre la estructura atómica y la radiación. Bohr reconoció rápidamente su potencial y lo invitó a colaborar con él en el Instituto de Física Teórica de Copenhague, aunque antes de aceptar la invitación Heisenberg tuvo que terminar su grado y trabajar un par de años como asistente de Born.

El modelo del átomo propuesto por Bohr no terminaba de convencer a Werner, que se encontraba determinado a formular una nueva teoría que describiera el comportamiento de la materia a niveles atómicos. Comenzó por basarse en cantidades físicas que fueran medibles, como la radiación emitida por los átomos. Propuso concentrarse únicamente en los estados inicial y final del sistema, que podían ser medidos. Conocer lo que ocurría a cada momento durante la transición entre un estado y otro sería imposible.

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Este nuevo planteamiento dio como resultado una teoría que requería de un manejo de las matemáticas a un nivel que los físicos de la época no estaban acostumbrados. Incluso el mismo Heisenberg no tenía completamente claro el tipo de conceptos que estaba utilizando. Fue su maestro Max Born quien le señaló que se encontraba trabajando con matrices, y con la ayuda del físico y matemático Pascual Jordan, lograron traducir en un lenguaje matemático formal más claro las ideas de esta novedosa teoría.

A pesar de lo complicado de los cálculos, Heisenberg logró replicar algunos de los resultados que se obtenían con el modelo atómico de Bohr, aunque con una interpretación diferente.

Los orbitales arbitrarios y saltos de los electrones dieron lugar a estados de energía permitidos para los electrones con transiciones entre ellos. Aunque la posición del electrón parecía imposible de determinar en este planteamiento, para realizar los cálculos bastaba conocer la probabilidad de que el electrón pasara de un estado a otro.

La teoría matricial de Heisenberg fue publicada en 1926, el mismo año que la teoría ondulatoria de Erwin Schrödinger.

Con esto inició una disputa entre los físicos por elegir la teoría cuántica definitiva. Wolfgang Pauli terminó con la controversia demostrando que ambas teorías, a pesar de estar basadas en conceptos distintos, eran equivalentes. Schrödinger defendía la naturaleza ondulatoria del electrón, mientras que Heisenberg veía a los electrones como partículas con estados de energía permitidos y probabilidades de transición entre ellos. El comportamiento ondulatorio propuesto por Schrödinger con las funciones de onda estaba describiendo la naturaleza probabilística de los electrones que sugería Heisenberg.

A inicios del año siguiente Heisenberg estaba convencido de haber completado su teoría cuántica y publicó una de las relaciones matemáticas más célebres de toda la historia: ∆p∙∆q≥h/4π. La letra p simboliza el momento de la partícula BIOGRAFÍA

BIOGRAFÍA Leidy Elizabeth Rodríguez Martínez leidyrodmart12345@gmail.com

Cascabel

verde de las rocas (el producto de su masa y velocidad), mientras que la letra q representa su posición. Las ∆ indican el rango en el que sabemos que se encuentra alguna variable, es decir, un ∆q=(qB-qA) nos dice que la partícula se encuentra en algún punto entre las posiciones qA y qB. De esta manera, lo que esta fórmula señala es que al multiplicar el rango en el que conocemos con certeza el valor del momento por el de la posición, el resultado siempre debe ser mayor o igual que h/4π (donde h es la constante de Planck). Esto implica que mientras mayor sea la precisión con la que conocemos el valor de una de las variables, la otra se vuelve más inexacta y, por tanto, no es posible conocer el valor de la posición y el momento de una partícula de manera simultánea.

A esta relación se le conoce como Principio de Incertidumbre de Heisenberg.

Durante la Segunda Guerra Mundial, Heisenberg estaba a cargo del “Uranverein” o Proyecto Uranio, un grupo de científicos alemanes que buscaban ganar la carrera por la construcción de la bomba atómica. Aún hay un debate acerca de cuáles eran las intenciones del científico alemán al involucrarse en este proyecto. Heisenberg siempre aseguró que su propósito era trabajar en conjunto con los científicos aliados para impedir que se desarrollara el arma, alegando dificultades técnicas y económicas que terminaran por sabotear los esfuerzos de los gobiernos hasta que finalizara la guerra. Sin embargo, Niels Bohr contaba una versión completamente distinta en la que Heisenberg no habría sido capaz de terminar el arma por su cuenta y lo habría contactado para intentar convencerlo de colaborar con él, divulgando información acerca de los avances de los científicos aliados en la construcción de la bomba.

En 1932, Heisenberg fue galardonado con el premio Nobel por su teoría cuántica y las aplicaciones que se derivaron de ella. Recibió además doctorados honorarios de parte de las universidades de Bruselas, Budapest y Karlsrhue. Trabajó en las universidades de Gotinga, Copenhague, Leipzig, Berlín, Saint Andrews, y Múnich. Fue miembro de las academias de ciencias de al menos 10 países y recibió innumerables medallas y premios alrededor del mundo. Se casó con Elisabeth Schumacher en 1937, con quien tuvo 7 hijos.

Werner Heisenberg murió el 1 de febrero de 1976 en Múnich.

Referencias • García, M. (2012). Átomos Al Desnudo. Una Visión Intima De La Estructura De La Materia Y De Quienes La Develaron. Zacatecas: Grupo Quark Editorial • nobelprize.org/prizes/physics/1932/heisenberg/biographical/ • Orzel, Chad. (2016). Conversaciones de física con mi perro. Ariel.

• Ventura, D. (2020). El misterio sobre Werner Heisenberg, el físico que ganó el Nobel por la creación de la mecánica cuántica. Recuperado de https://www.bbc.com/mundo/noticias-52374330

BIOGRAFÍA

Familia: Viperidae.

Nombre científico: Crotalus lepidus (Kennicott, 1861).

Nombre común: Cascabel verde de las rocas, cascabel gris.

Estatus de conservación: NOM-059-SEMARNAT-2010 Pr sujeta a protección especial.

Descripción: Serpiente venenosa relativamente pequeña; los machos llegan a medir hasta los 80 cm. Posee variables patrones de coloración, entre poblaciones y sexos. Presenta coloraciones que pueden ser verdosas, grisáceas, rosadas o blancas. Ocasionalmente la cola puede presentar un color amarillo brillante en los juveniles. El tamaño de la cabeza es pequeño, y el del cascabel es relativamente grande.

Distribución: Se distribuye en el suroeste de los Estados Unidos y el centro-norte de México: Sonora, Chihuahua, Durango, Sinaloa, Zacatecas, Nayarit, Jalisco, Aguascalientes, San Luis Potosí, Nuevo León, Guanajuato, Coahuila y Tamaulipas.

Hábitat: Esta especie se distribuye en altitudes muy variables; desde zonas montañosas rocosas, hasta yacimientos de piedra caliza, arroyos y taludes rocosos y barrancos.

También se le puede encontrar en zonas áridas o semiáridas, mezquitales, enebros y agaves, así como en climas semiáridos templados y cálidos templados.

Comportamiento: Es una serpiente nocturna, aunque frecuentemente se asolea sobre rocas durante el verano, cuando la humedad es elevada. Por lo general no es agresiva; suele confiar en su camuflaje y a menudo, no ataca a menos que sea físicamente molestada. Los juveniles de esta especie utilizan su brillante cola como “anzuelo” para atraer a sus presas.

Reproducción: Ovovivípara. Alcanzan la edad reproductiva después de los tres años, reproduciéndose una vez al año durante la primavera. Tiene de seis a ocho crías en un periodo de gestación de cuatro meses aproximadamente.

Veneno: Hamotóxico o tóxico para la sangre, aunque también tiene efectos neurotóxicos que provocan la rápida progresión del dolor, hinchazón y decoloración en la extremidad afectada, nauseas, mareos y ocasionalmente, problemas respiratorios y cardiacos.

Referencias Galván Moreno, R. (2016). Manual para la identificación de altos Valores de Conservación en bosques templados de México. Recuperado de: https://www.gob.mx/cms/uploads/attachment/ file/185985/Manual_para_la_identificacion_de_Altos_Valores_de_Conservacion_en_bosques_ templados_de_Mexico.pdf Ramírez Bautista, A. & Hernández Ibarra, X. (2004). Ficha técnica de Crotalus lepidus. Recuperado de: https://www.naturalista.mx/taxa/30740-Crotalus-lepidus

FAUNA DE ZACATECAS

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Miguel Hernán Escobedo Barajas hernanrash@hotmail.com

Internet de las cosas ¿Qué es y a dónde va?

E

n estos días es muy común oír el término “Internet de las cosas”, pero en la mayoría de los casos no se entiende a qué se refiere, cómo funciona, o los alcances que pueden llegar a tener este tipo de tecnologías. También conocido como IoT (por sus siglas en ingles “Internet of Things”), en su forma más simple, el concepto significa: cosas cotidianas que tienen acceso a Internet. Definirlo un poco más a fondo, es decir que se trata de una red que conecta objetos físicos por medio de Internet: teléfonos celulares, tabletas, televisores inteligentes, entre muchos otros objetos con acceso a Internet. El concepto no es algo nuevo, desde hace 30 años se intenta que los objetos que utilizamos cotidianamente se vuelvan más interactivos. Esto se está volviendo posible gracias a los avances en la electrónica que ha permitido desarrollar dispositivos cada vez más pequeños pero de una inmensa potencia, permitiendo que componentes como antenas de recepción “Wifi” (tecnología de comunicación inalámbrica que permite conectar a Internet equipos electrónicos como computadoras, tablets, celulares, etc., mediante el uso de radiofrecuencias o infrarrojos para la transmisión de información), puedan ser colocados en pequeños chips, que a su vez, son instalados en cualquier otro aparato para poder controlar y/o monitorear de manera remota la actividad de dicho aparato.

Entonces, ahora vamos entendiendo un poco más el concepto: no es que las cosas como tal tengan Internet, si no que hoy en día prácticamente todo lo puedes conectar a Internet para facilitar o hacer más interesante la interacción con dichos objetos.

Es importante considerar que la IoT representa la próxima evolución de Internet, dando un gran salto en su capacidad de recopi-

lar, analizar y distribuir datos que podemos convertir en información, conocimiento y, en última instancia, sabiduría. En este contexto, IoT se vuelve de gran importancia [1].

Gracias a los rápidos avances en las tecnologías subyacentes, IoT está abriendo enormes oportunidades para una gran cantidad de nuevas aplicaciones que prometen mejorar la calidad de nuestras vidas [2]. En la actualidad, se compone de una colección suelta de redes dispares y especialmente diseñadas. Los automóviles de hoy, por ejemplo, tienen múltiples redes para controlar la función del motor, las características de seguridad, los sistemas de comunicaciones, etc. Los edificios comerciales y residenciales también tienen varios sistemas de control para calefacción, ventilación y aire acondicionado (HVAC), servicio telefónico, seguridad e iluminación. A medida que IoT evoluciona, estas redes y muchas otras, se conectarán con capacidades adicionales de seguridad, análisis y administración.

Esto permitirá que IoT se vuelva aún más poderoso en lo que puede ayudar a las personas a lograr [1]. Todos estos avances nos permiten imaginar un mundo futurista, casi sacado de una película, pero que hoy por hoy se está convirtiendo en una realidad.

En esta forma, aquello que veíamos en películas de los años noventa, ahora son proyectos que se están realizando e implementando en distintas áreas de la vida cotidiana. Sabemos que el ritmo de vida que se maneja actualmente muchas veces no nos deja tiempo para atender algunas actividades. Imaginemos que tenemos una visita de un familiar que viene desde muy lejos y solicita hospedarse en nuestro hogar, pero resulta que a la hora de su llegada nos encontramos en el trabajo y no podemos salir a recibirlo. Antes, la res-

puesta era que esa persona esperara la hora de salida para que el dueño de la casa pudiera llegar a abrirle y permitirle instalarse; ahora con la nueva implementación de Internet de las cosas, es posible dar acceso a nuestra casa a cualquier hora del día y desde donde nos encontremos, sin necesidad de estar físicamente en el hogar abriendo la puerta con nuestras propias manos.

Hacia allá está inspirado el nuevo desarrollo de las tecnologías que implican el IoT. Entre sus principales características, se encuentra la interacción entre objetos y personas sin la necesidad de que dichos objetos se encuentren a nuestro alcance físico, ya que toda la gestión de actividades se llevará a cabo por medio del Internet, el cual se encargará de hacer llegar las ordenes a los objetos, así como los resultados a los usuarios, todo en tiempo real y al momento que sea solicitado.

Y esto es solo el comienzo, IoT se perfila para ser la tecnología que abra paso a la llamada “digitalización”. Muchos procesos que antes eran ejecutados por personas, ahora serán llevados a cabo por sistemas ciberfísicos, es decir, sistemas que conjuntan objetos físicos para la realización de actividades, así como medios digitales para la gestión, implementación y análisis de los datos generados por dichas actividades, permitiendo al usuario dejar encargado a un sistema autónomo y capaz de tomar decisiones en base de datos recopilados anteriormente sobre las actividades cotidianas a realizar.

Tratando de encontrar un resultado más plausible para esta tecnología, podemos afirmar que las llamadas “Ciudades Inteligentes” no están tan lejos de ser una realidad como lo creíamos hace unos años. La arquitectura

FLORA DE ZACATECAS Leidy Elizabeth Rodríguez Martínez leidyrodmart12345@gmail.com

general de IoT proporciona a los medios de comunicación estar en todas partes incorporando de forma transparente y sin problemas un gran número de sistemas finales y sensores diferentes y heterogéneos para proporcionar servicios que emplean tareas muy complejas [3]. El desarrollo de dichas tecnologías, está encaminado a facilitar la vida humana, mejorando la experiencia de interacción con objetos de la vida cotidiana y haciéndolo más dinámico, ya que se podrán controlar diversos aspectos del día a día por medio de dispositivos móviles conectados a Internet, como lo son teléfonos celulares, PC’s, tabletas y una infinidad de dispositivos que tienen como objetivo esta interacción. Ahora bien, las ciudades inteligentes no son el único camino a seguir en esta nueva tendencia de conectar todo al Internet, si no que la industria está sufriendo una nueva transformación en los últimos años: la llamada “Industria 4.0” o digitalización de todos los aspectos que conlleva una empresa, ya sea de manufactura o de servicios. Es aquí donde veremos un cambio muy significativo, pues se planea que los procesos de fabricación sean completamente monitoreados por sensores, los cuales se encargarán de recopilar información y enviarla a través de Internet a los servidores adecuados para su procesamiento, agilizando así los procesos dentro de las empresas. Este nuevo modelo de industria actualmente está en desarrollo y lo que se busca, aparte de agilizar los procesos dentro de la fabricación, es mejorar la experiencia del usuario al momento de tener acceso a sus plataformas. La Industria 4.0, tiene la ambición de revolucionar la gestión de la industria y los procesos comerciales mejorando la productividad de las tecnologías de fabricación a través de la recopilación y análisis de datos de campo, creando así gemelos digitales en tiempo real de escenarios industriales [4].

Calabacilla loca Familia: Cucurbitaceae.

Nombre científico: Cucurbita foetidissima, (Kunth in Humb).

Nombre común en México: Calabacilla loca.

Estatus de conservación: Sin protección nacional ni internacional reconocida.

Descripción: Planta rastrera de olor desagradable, con tallos tendidos de hasta 6 m de largo. Las hojas son triangulares, alternas, correosas, gruesas, ásperas y de color verde-grisáceo.

Sus flores son amarillas y miden 10 cm de largo. Los frutos son globosos, verdes con rayas amarillentas, con pulpa fibrosa y contienen muchas semillas comprimidas.

Distribución: Planta originaria de México. La especie se encuentra distribuida en Guanajuato, Hidalgo, Querétaro, Jalisco, San Luis Potosí y Zacatecas, así como al sur de los Estados Unidos de América. Podemos encontrarla en orillas de caminos, asociada a vegetación de matorral xerófilo.

Hábitat: Habita en climas secos, semisecos y templados, a una altitud de 1,900 y los 2,300 metros sobre el nivel del mar.

Uso: En algunos estados de la republica utilizan el fruto machacado para quitar granos del cuerpo, así como el paño (manchas oscuras en la cara). También, la raíz rallada y hervida se usa para casos de inflamación (se aplican fomentos lo más caliente posible).

Además, se puede comer como una calabaza común siempre y cuando la calabaza esté fresca. Cuando el fruto está maduro, no es comestible debido a sus compuestos amargos.

Referencias [1] Evans, D. (2011). The Internet of things: How the next evolution of the internet is changing everything. CISCO white paper, 1(2011), 1-11.

[2] Feng, X., Yang, L. T., Wang , L., & Vinel , A. (2012). Internet of things. International Journal of Communication Systems, 25(9), 1101-1102. doi:10.1002/dac.2417 [3] K im, T. H., Ramos, C., & Mohammed, S. (2017). Smart city and IoT. Future Generation Computer Systems, 76, 159-162. doi:10.1016/j.future.2017.03.034 [4] Belli, L., Davoli, L., Medioli , A., Marchini , P. L., & Ferrari , G. (2019). Toward Industry 4.0 with IoT: Optimizing business processes in an envolving manufacturing factory. Frontiers in ICT(6). doi:10.3389/fict.2019.00017

Referencias • CONABIO. Calabacilla loca. Recuperado de https://enciclovida.mx/especies/154024-cucurbita-foetidissima • Gómez González, A., Rangel Guerrero, J. M., Morales Flores, F., Aquino Pérez, G., Santana García, M. A., & Silos Espino, H. (2019). Diagnóstico de poblaciones silvestres de calabacilla loca en el Altiplano Central de México.

Revista Mexicana de Ciencias Agrícolas, 10(7). DOI: https://doi.org/10.29312/remexca.v10i7.1693 • Heike Vibrans. (2009). Curcubita foetidissima Kunth. Recuperado de http://www.conabio.gob.mx/malezasdemexico/cucurbitaceae/cucurbita-foetidissima/fichas/ficha.htm#1.%20Nombres • Naturalista. Calabacilla loca. Recuperado de https://www.naturalista.mx/taxa/58138-Cucurbita-foetidissima

FLORA DE ZACATECAS

ARTÍCULOS Y REPORTAJES

Fabián García Vázquez fabiann_gv@hotmail.com

Domótica, un camino hacia el futuro

E

n la actualidad, el avance de la tecnología por medio del internet ha generado cambios muy significativos.

Desde hace algunas décadas existe una tendencia de controlar y monitorear ciertas actividades y tareas del hogar de manera remota. Esto se realizó en su totalidad con la evolución del internet de las cosas (interconexión digital de objetos cotidianos con internet) y la domótica (sistemas que automatizan una vivienda o edificación de cualquier tipo), ejecutando las operaciones desde una computadora o celular.

La domótica nació para facilitar la vida de las personas, dirigida hacia la comodidad, seguridad con mayores posibilidades de comunicación y sobre todo realizar un ahorro energético en el hogar. Es el campo que más está aprovechando las ideas de innovación, las cuales dan lugar al desarrollo de aplicaciones personalizadas, es decir, que pueden ser construidas con base en las necesidades de los usuarios.

La automatización de servicios en una casa fue la idea original, aunque las aplicaciones domóticas pueden extenderse a otros lugares como oficinas de trabajo, empresas y espacios públicos. En todos los casos se tiene como objetivo principal la optimización y eficiencia de los principales servicios domésticos como energía eléctrica, agua y gas. ¿De dónde surge la domótica?

El término “domótica” tiene varios significados, entre ellos “el conjunto de sistemas que automatizan las diferentes instalaciones de una vivienda”. Su origen se remonta a la década de los setenta en Escocia, con un sistema de control y automatización ofrecido por la tecnología X10. En un principio, esta tecnología permitió únicamente el control vía remoto de electrodomésticos y de algunas otras funciones como el encendido de luces, apertura y cierre de puertas y ventanas. Sin embargo, con el paso del tiempo ha logrado abarcar la gestión de sistemas más complejos, por ejemplo, climatización de diferentes secciones del hogar.

Los primeros sistemas comerciales se instalaron en Estados Unidos y se limitaban a la regulación de temperatura ambiente en oficinas. A finales de la década de los ochenta y principios de los noventa, se empezaron a incorporar los edificios SCE (Sistema de Cableado Estructurado) para obtener una mayor calidad en la conexión de todo tipo de terminales y dispositivos. El sistema de cableado de estos edificios permitía, además de datos, transporte de voz y conexión de dispositivos de control. La alianza entre la domótica y las nuevas tecnologías ha hecho posible la automatización de edificios enteros, conocidos como edificios inteligentes.

ARTÍCULOS Y REPORTAJES

El término “domótica” tiene varios significados, entre ellos “el conjunto de sistemas que automatizan las diferentes instalaciones de una vivienda”.

Internet de las cosas

· Ahorro de energía

Industria 4.0

El internet de las cosas (IoT) ofrece innovadoras oportunidades para cumplir con los objetivos de un sistema inteligente, debido a que se recopilan datos de diferentes sensores, actuadores y dispositivos dentro de un edificio, interactuando entre sí a través de la red. El IoT pretende utilizar parte del principio de la domótica, enfocada hacia la seguridad, comodidad y ahorro de recursos.

Además de en el hogar, el IoT se ha aplicado en entornos industriales para la optimización de procesos facilitando el trabajo de los empleados y reduciendo costos. Las empresas tecnológicas han aprovechado esta combinación y trabajan en nuevos dispositivos que se controlen desde las aplicaciones móviles, con el propósito de interconectar miles de objetos electrónicos, enviando y recibiendo información.

El ahorro energético es una preocupación en todo el mundo, principalmente por la conservación del medio ambiente y para evitar costos económicos elevados. Con los servicios domóticos se pueden minimizar los costos energéticos, teniendo una mejor administración de energía. Por ejemplo, el usuario puede verificar el estado de las luces de su hogar en todo momento, apagarlas o encenderlas desde cualquier ubicación siempre y cuando cuente con una conexión a internet.

La industria 4.0 es un concepto que se entiende como una cuarta etapa tecnológica de la humanidad. Consiste en la incorporación de la inteligencia artificial, Big Data y el procesamiento de algoritmos. El uso de la tecnología propia del Big Data es otra de las aplicaciones relacionadas con la domótica y la industria. Los edificios inteligentes obtienen constantemente información sobre los usuarios; con posterioridad los datos se procesan y analizan para la toma de decisiones.

Actualmente, existe una tendencia a realizar predicciones energéticas utilizando algoritmos de inteligencia artificial. Con esta posibilidad los usuarios tienen la oportunidad de prevenir altos costos energéticos, de tal manera que pueda planificarse la cantidad de energía utilizada en los aparatos eléctricos.

Domótica en México

Principales aplicaciones de la domótica

· Asistentes de voz e inteligencia artificial

· Seguridad

Otro elemento clave son los asistentes de voz. Con los dispositivos conectados a internet, es posible ejecutar una gran cantidad de tareas con simples comandos de voz. Esta tecnología funciona con el uso extenso de datos (Big Data), el reconocimiento de lenguaje y el aprendizaje automatizado (Machine Learning), con la finalidad de crear un escenario en el que los asistentes aprendan hábitos de los usuarios. Anteriormente los asistentes ya se encontraban en dispositivos móviles como celulares, ahora, dan el salto hacia electrodomésticos como televisores, bocinas, refrigeradores y lavadoras.

La seguridad, ha sido un sello de identidad en la domótica teniendo como objetivo mantener el hogar vigilado. Esto se puede realizar por medio de sensores de detección de movimiento, de temperatura y/o sonido. Existen sistemas que utilizan alarmas por etapas: en caso de activarse uno de los sensores, las luces pueden cambiar su estado; se puede encender un altavoz y reproducir música o alguna otra condición pertinente, con la finalidad de aparentar que alguien se encuentra dentro del hogar. Los sensores también se utilizan para detectar humo, aumento de temperatura y humedad inesperada. Si algu- Domótica industrial na alarma se activa, enviará un mensaje al teléfono y así brindará una acción que beneficia El objetivo de la domótica industrial es ofrecer la posibilidad de automatizar procesos y al usuario. máquinas, permitiendo una mayor eficienPara complementar la seguridad en el hogar, cia en la gestión de recursos, mejorando la se utilizan cámaras de vigilancia conectadas comunicación entre máquinas y usuarios. en tiempo real con una aplicación de celu- Con la optimización de procesos se reducen lar generando una mayor tranquilidad en el los costos de mano de obra y se aumenta la usuario, ya que se monitorea en todo mo- seguridad de los trabajadores, ya que se minimizan las actividades peligrosas que estos mento el estado de la casa. realizan. En la actualidad el conjunto de estas técnicas ha potenciado un término conocido como la industria 4.0.

México es un país que ya cuenta con variados espacios de edificios inteligentes como oficinas, restaurantes, comercios, hoteles, escuelas y hogares, principalmente. Existen altas expectativas para integrar las construcciones inteligentes en la urbanización del país, principalmente en la ciudad de Tequila, Jalisco. En esta ciudad no solo se habla de domotizar ciertos edificios sino de toda una ciudad inteligente. Se está buscando que Tequila sea una metrópoli con edificios de este tipo y que el proyecto continúe creciendo.

Algunas otras construcciones que ya implementan la inteligencia en sus edificios son la torre BBVA Bancomer, Torre Reforma, Torre Mayor, todas ubicadas en la ciudad de México. Dichas construcciones han reducido considerablemente los recursos de energía y agua, gracias a la implementación de un sistema de ahorro controlado con inteligencia artificial.

Referencias · Alaab, M., Zaidan, A. A., Zaidan, B. B., Talal, M., & Kiah, M. L. M. (2017). A review of smart home applications based on Internet of Things. Journal of Network and Computer Applications, 97, 48-65. · Jimeno, C. L. (2007). La Domótica como Solución de Futuro. Madrid Ahorra con Energía, 1, 72. · Lamudi. (2017). Edificios inteligentes en México. Recuperado de https://www. lamudi.com.mx/journal/edificios-inteligentes-en-mexico/ · Pan, J., & McElhannon, J. (2017). Future edge cloud and edge computing for internet of things applications. IEEE Internet of Things Journal, 5(1), 439-449. · Santamaría, P. (2014). Domótica y el futuro que siempre está llegando. Recuperado de https://www.xataka.com/domotica-1/domotica-y-el-futuro-quesiempre-esta-llegando

ARTÍCULOS Y REPORTAJES

Luis Rafael Salas Rodríguez luis_rafael889@hotmail.com Efrén González Ramírez gonzalez_efren@hotmail.com

Detección de fallas en bujías de automóviles a través de sonido: una mirada a las posibilidades del Machine Learning L

os automóviles se encuentran actualmente posicionados como una de las herramientas más valiosas en el día a día de un gran número de la población mexicana; tan es así, que cuando ocurre una falla mecánica no prevista en ellos, los compromisos y planes hechos se ven comprometidos hasta el punto de tener que aplazarlos, o definitivamente cancelarlos.

Actualmente, la gran mayoría de los automóviles llevan consigo sistemas de gestión electrónica. Para un diagnóstico se emplea un escáner que se conecta a la ECU (Unidad de Control Electrónico) y el personal técnico, basándose en su conocimiento, debe interpretar los resultados reportados; si los técnicos no cuentan con la experiencia requerida, o el escáner no reporta falla alguna, la reparación puede llegar a ser más compleja [1].

Sin embargo, una persona con experiencia en el ramo automotriz es capaz de reconocer un desperfecto en el motor de cualquier vehículo solamente al escuchar el ruido y percibiendo las vibraciones producidas. Para el propietario de un carro es sencillo detectar cualquier cambio, o si hay un ruido fuera de lo común en el motor y, eventualmente, hallar alguna falla. Aun así, identificar qué tipo de falla produce ciertos ruidos y vibraciones en el motor no es tarea simple, dificultando el proceso de trabajo puntual sobre el desperfecto del automóvil [2].

En los últimos años se han desarrollado herramientas, así como algoritmos, para la detección de fallas en motores. En el diagnósti-

co automotriz los sentidos juegan un papel fundamental al momento de detectar algún problema y las personas encargadas de reparar mecánicamente los daños, en especial, las de más experiencia, detectan fallas a través de los ruidos, el olor, la percepción visual y los demás sentidos. Existen además, diversos reportes de personas que son capaces de detectar fallas en automóviles tomando en cuenta solamente los sonidos generados por los motores. Cabe destacar que estos sonidos pueden ser de maneras tan variadas como características.

Una de las fallas más comunes se presenta en el sistema de encendido, concretamente, en las bujías. Estas, son las encargadas de generar una chispa que incendia la mezcla de aire y combustible dentro de la cámara de combustión en los cilindros del motor (Figura 1).

Por eso, cuando una de estas bujías no funciona, el rendimiento del vehículo disminuye provocando no solo un aumento en el uso de combustible, sino también un sonido particular de “cascabeleo” que nos puede permitir detectar puntualmente esta falla. Sin embargo, existen ocasiones en que no existe un sonido perceptible, a pesar de que pueda haber algún desperfecto, por lo que esta importante falla puede pasar desapercibida.

computadora pueda procesarlas para, posteriormente, poder clasificarlas como tales.

Una herramienta matemática que permite extraer características que son intrínsecas al sonido son los Coeficientes Cepstrales en las Frecuencias de Mel (MFCC) [3], que no son otra cosa más que coeficientes que representan el habla, basados en la percepción auditiva humana.

Si aunamos a lo anterior clasificadores que se encuentran dentro del ramo de Machine Learning (ML), podremos lograr clasificar sonidos que contengan fallas de bujías. Algunos de los algoritmos de clasificación en ML más utilizados son K-ésimo Vecino más cercano (KNN) [4] y Máquinas de Soporte Vectorial (SVM) [5]. Estos básicamente consisten en separar de forma matemática una serie de datos pertenecientes a un grupo respecto de otro tomando en cuenta sus características. Esto sucede en dos fases. La primera se llama “entrenamiento”, en la que los algoritmos de ML crean un modelo con los datos que le introducimos. Estos datos sirven como ejemplo al clasificador para diferenciar entre grupos. En la segunda fase o “validación” los algoritmos separan nuevos datos en grupos distintos a los anteriores.

La complejidad para detectar patrones, tal como pudiera hacer un experto en el área automotriz con solo escuchar, se encuentra en cómo extraer esas características que nuestro cerebro interpreta como fallas a través de un lenguaje matemático y que además, una

Figura 1. Cámara de combustión de automóvil.

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ARTÍCULOS Y REPORTAJES

Una de las fallas más comunes se presenta en el sistema de encendido, concretamente, en las bujías. Estas, son las encargadas de generar una chispa que incendia la mezcla de aire combustible dentro de la cámara de combustión en los cilindros del motor.

Es así como los MFCC acentuarán las diferencias entre grabaciones que contengan fallas y las que no, mientras que los algoritmos de clasificación de ML los separarán. Para resolver este tipo de problemática, se debe contar primero con los audios grabados directamente del motor del automóvil que se quiere analizar. El primer paso consiste en adquirir las grabaciones mediante un micrófono, tal como se muestra en la Figura 2. Para saber si el sistema es capaz de clasificar correctamente, se graban señales acústicas del motor en condiciones de operación normales y cuando existen fallas en las bujías.

Figura 3. Clasificación de las grabaciones a partir de sus características.

Figura 2. Proceso de grabación.

Después se lleva a cabo un procesamiento de las señales acústicas (formas de onda de las grabaciones obtenidas), consistente en separar a través de segmentos de 60 s las grabaciones para proceder a extraer los MFCC. Esto permite diferenciar entre distintas señales que contengan o no alguna falla en las bujías.

A partir de los MFCC, se construye una base de datos que se segmenta en dos partes: la primera consiste en una base de datos que sirve para el entrenamiento de los algoritmos de clasificación y la construcción de un modelo. La segunda, para la validación de los modelos entrenados.

En la Figura 3, se muestra cómo se clasifican los MFCC en distintos grupos. Cada grupo indica la existencia de ninguna, una, o más fallas. Los ejes V17 y V1 son distintos vectores de características donde se encuentran almacenados los MFCC. A partir de estos datos, los algoritmos de clasificación son capaces de ordenar correctamente las grabaciones que contienen fallos en las bujías.

utilizando sonido y vibraciones de estructuras. En esta era digital y de ML, los datos se convierten claramente en una fuente invaluable para la solución de distintos problemas, los cuales antes podían tomar semanas o meses en ser solucionados; ahora, toman solo unos días gracias a los avances tecnológicos.

La eficiencia de los sistemas que utilizan este tipo de metodología depende, en gran parte, de la calidad con que se hayan realizado las grabaciones y de la cantidad de datos extraídos como características de cada grabación.

[1]. Torres Vargas, E. A. (2017). Sistema de diagnóstico automotriz mediante el análisis de emisiones contaminantes con la aplicación de redes neuronales para la detección de fallas (Bachelor’s thesis).

[2]. Méndez Ortega, L. A. & Reyes Galaviz, O. F. (2009). Análisis y Clasificación de Sonidos de Motores de Carros, para Diagnosticar Fallas, con Ayuda de Redes Neuronales. Recuperado de http://newton.azc.uam.mx/mcc/01_esp/08_sitios/ micai_06/WORKSHOPS/WTI06/WTI03.PDF [3]. Mascorro, G. A. M., & Torres, G. A. (2013). Reconocimiento de voz basado en MFCC, SBC y Espectrogramas. Ingenius, (10), 12-20.

[4]. Altaf, M., Uzair, M., Naeem, M., Ahmad, A., Badshah, S., Shah, J. A., & Anjum, A. (2019). Automatic and Efficient Fault Detection in Rotating Machinery using Sound Signals. Acoustics Australia, 47(2), 125-139. doi:10.1007/s40857-01900153-6 [5]. Aljaafreh, A., & Dong, L. (2010, April). An evaluation of feature extraction methods for vehicle classification based on acoustic signals. In 2010 international conference on networking, sensing and control (ICNSC) (pp. 570-575). IEEE. doi:10.1109/ICNSC.2010.5461596

Actualmente, algunas investigaciones se centran en encontrar maneras que pueden considerarse menos invasivas para hacer diagnóstico en distintos tipos de máquinas

Referencias

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Ciencia y tecnología en apoyo de la medicina moderna

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n numerosos países la pandemia del covid-19 ha significado un enorme reto para el sistema de salud de los mismos. No sólo por las características de la propia enfermedad y su alta rapidez de transmisión sino también por la sobrecarga que experimenta el personal de salud ante el número tan alto de enfermos que ingresan a los hospitales.

La medicina, sin embargo, tendrá en el futuro un poderoso aliado que le servirá de vital ayuda en estos casos. Se trata de la incursión de la robótica en los hospitales. Disponer, en grandes cantidades, de robots capaces de asumir simples pero importantes tareas de enfermería habría aliviado la carga de trabajo del personal sanitario ante la pandemia y también le habría protegido al reducir la interacción entre el paciente y el profesional de la salud.

Actualmente ya es posible avizorar este futuro. Pondremos de ejemplo para ello los resultados de las investigaciones en este campo de dos grupos de especialistas con enfoques diferentes. El equipo de Woo Soo Kim en la Universidad Simon Fraser de Canadá y el equipo formado por Van Anh Ho y Lac Van Duong, ambos del Instituto Avanzado de Ciencia y Tecnología de Japón (JAIST).

El equipo de Kim ha programado dos modelos de robots sanitarios destinados a realizar mediciones de señales fisiológicas humanas: un robot humanoide y otro con forma de brazo robótico. El brazo robótico, que tiene algunos componentes fabricados mediante impresión 3D, termina en dedos que contienen electrodos biomédicos en sus extremos. La mano de este brazo robótico es capaz de detectar las señales fisiológicas, incluidas las de un electrocardiograma (que monitoriza la actividad del corazón), las de la frecuencia respiratoria, las de un electromiograma (que monitoriza las señales eléctricas de los movimientos musculares) y la temperatura corporal sólo con el contacto de sus dedos con la persona enferma.

El robot humanoide puede, además de otras habilidades, medir los niveles de oxígeno del paciente. Esto último es muy importante para vigilar el estado de quienes desarrollan una COVID-19 grave. Los datos pueden verse en tiempo real en el monitor del robot o ser enviados directamente al profesional médico.

En la actualidad varios grupos de especialistas trabajan en lograr una piel artificial que le permita a los robots lograr la plena interacción del robot con su entorno. Pero imitar la complejidad inherente a la estructura de la piel natural, llena de receptores mecánicos muy especializados capaces de la detección de la presión, las vibraciones, la temperatura y hasta el dolor, es una tarea extraordinariamente difícil aunque no imposible.

Van Anh Ho y Lac Van Duong, ambos del JAIST, han desarrollado un sistema de captación de datos táctiles que tiene un alto rendimiento, no se basa en el tacto sino en la visión, es de bajo costo, posee una estructura relativamente sencilla y es adaptable a escalas mayores. Denominado TacLINK, este sistema puede procesar información táctil e incluso determinar la fuerza de contacto y la geometría de contacto en las interacciones con el entorno.

La estructura de TacLINK se basa esencialmente en un tubo acrílico transparente, que sirve de armazón, cubierto por una piel artificial blanda con un área de detección de unos 500 centímetros cuadrados. Los científicos utilizaron caucho de silicona para fabricar la piel artificial debido a su gran elasticidad y blandura. Además, el material puede inflarse para cambiar su forma y su rigidez. Los investigadores imprimieron una serie de marcadores en la superficie de esta piel para evaluar visualmente su deformación en vez de instalar sensores u otros componentes electrónicos en su interior. Esto redujo en gran medida el volumen de la piel, su costo y las posibilidades de que se dañara.

El sistema de visión consiste en dos cámaras dispuestas para formar una cámara estereoscópica que sigue el desplazamiento en 3D de los marcadores en la piel. Además, los investigadores recurrieron a un modelo de elementos finitos para estimar la rigidez estructural de la piel. Al combinar los datos de ambas fuentes, se puede reconstruir la geometría y la distribución de la fuerza de contacto simultáneamente. Además, a diferencia de técnicas anteriores, este método funcionó para múltiples puntos de contacto.

Con estos resultados tan positivos, los creadores del nuevo sistema creen que este será la base para una futura generación de dispositivos robóticos con una capacidad sensorial que igualará a la del tacto propiamente dicho. La piel artificial requerida por el sistema puede fabricarse de modo fácil y barato y sirve para diversas partes del cuerpo del robot, como los dedos, las piernas, el pecho y la cabeza.

Ho y Duong exponen los detalles de su nuevo sistema en la revista académica IEEE Transactions on Robotics, bajo el título “Large-Scale Vision-Based Tactile Sensing for Robot Links: Design, Modeling, and Evaluation”.

Los trabajos de estos dos equipos son sólo una pequeña muestra de las numerosas investigaciones que transformarán el futuro de la medicina en los próximos años.

Uno de los robots del equipo de Kim, monitorizando signos vitales mediante el contacto de su mano con el brazo de una persona. (Foto: Simon Fraser University) Estos robots son capaces de recoger pasivamente datos fisiológicos de cada paciente pero Kim piensa que en la próxima década los robots sanitarios estarán dotados de inteligencia artificial y podrán desempeñar un papel más activo, interactuando con el paciente, procesando los datos que han recogido e incluso sugiriendo los medicamentos que se deben suministrar.

El trabajo del equipo de Kim nos pone de manifiesto hasta donde ha podido llegar la tecnología en inventar mecanismos que permitan al robot, mediante el contacto físico con los humanos, desempeñar determinadas funciones. Dicho de otro modo se trata de dotar a los robots de la capacidad de percibir el tacto y para ello se usan sensores, cables y componentes electrónicos diferentes.

Fuente: NCYT de Amazings

Diseño racional de proteínas

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ientíficos de la Universidad de Washington y del Instituto Médico Howard Hughes, EE.UU., desarrollan una tecnología que permite diseñar proteínas que nunca antes se han visto en la naturaleza.

El diseño racional de proteínas se basa en el conocimiento detallado de la estructura y función de las proteínas para proponer nuevas variantes; no obstante, es necesario el conocimiento previo de la estructura tridimensional de la proteína para así manipular la secuencia y obtener mejores propiedades. El objetivo es poder crear moléculas nuevas y útiles mediante el diseño de primeros principios, es decir, desde principios que no admiten demostración a partir de otros más básicos.

Los componentes de una proteína no se fabrican por separado para luego ser ensamblados. Surgen como una cadena que se pliega instantáneamente, en una forma compleja. Varios mecanismos dominan la forma en que las proteínas se pliegan. Por ejemplo, la hidrofobia, mediante la cual algunos aminoácidos terminan enterrados, en el interior de la proteína, con el resto de los pliegues encima de ellos. Otros átomos, según su polaridad, se atraen y repelen como imanes; y los de hidrógeno se adhieren con fuerza a otros elementos.

El descubrimiento de nuevas proteínas de diseño, apoyado en herramientas como la inteligencia artificial, podría ayudarnos a curar enfermedades, a construir nuevos tipos de materiales y de electrónicos, a limpiar el medio ambiente o hasta crear y transformar la vida misma.

Fuente: BBC

Sol artificial:

la esperanza de fusión nuclear

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hina logró encender con éxito su reactor de fusión nuclear por primera vez, lo que marca un gran avance en las capacidades de investigación de energía nuclear.

El reactor se llama Tokamak HL-2M y está ubicado en la provincia de Sichuan, al suroeste. Se trata de una cámara de confinamiento magnético que genera un fuerte calor para fundir núcleos atómicos. El proceso de fusión no es una reacción en cadena, tiene que haber un suministro constante de partículas que mantengan la reacción.

A este reactor se le conoce con el nombre de “sol artificial”, debido a que alcanza temperaturas superiores a los 150 millones de grados, es decir, diez veces el calor producido en el corazón del Sol. La dificultad consiste en mantener estas temperaturas de manera sostenible y contenerlas con materiales resistentes.

La fusión genera energía al fusionar los núcleos de los átomos, sin generar grandes cantidades de desechos nucleares. Eso es lo opuesto a la fisión, el proceso de división de átomos que emplean actualmente las armas nucleares y las centrales

eléctricas. La fisión es más fácil, pero genera desechos nucleares, mientras que la fusión es difícil de lograr, pero más fácil de mantener y representa una de las fuentes de energía más seguras y limpias con el medio ambiente.

La prueba está siendo aclamada como un logro científico importante en medio de un esfuerzo global por desarrollar formas amigables de energía nuclear.

Fuente:

BBC