A medida que el covid-19 continúa devastando las poblaciones en todo el orbe, los científicos y especialistas de todo el mundo se centran singularmente en encontrar formas de combatir el nuevo virus. Precisamente sobre este tema, un estimado colega, que continuamente nos comparte información, nos comparte esta vez un artículo publicado el pasado 14 de abril, en el boletín de la University of California en Santa Bárbara (UCSB), donde nos informan que investigadores de Solid State Lighting & Energy Electronics Center (SSLEEC), así como empresas asociada a este centro están desarrollando un LED ultravioleta que tienen la capacidad de descontaminar superficies, y potencialmente aire y agua, que han estado en contacto con el virus SARS-CoV-2. Veamos de qué se trata….

"Una aplicación importante es en situaciones médicas: la desinfección de equipos de protección personal, superficies, pisos, dentro de los sistemas de HVAC, etc.", dijo el investigador de materiales Christian Zollner, cuyo trabajo se centra en el desarrollo de la tecnología LED de luz ultravioleta profunda para el saneamiento y fines de purificación. Agregó que ya existe un pequeño mercado para los productos de desinfección UV-C en contextos médicos.

De hecho, últimamente se ha prestado mucha atención al poder de la luz ultravioleta para inactivar el nuevo coronavirus. Como tecnología, la desinfección con luz ultravioleta ha existido por un tiempo. Y aunque es práctico, la eficacia a gran escala contra la propagación del SARS-CoV-2 aún no se ha demostrado.

La luz ultravioleta es muy prometedora: la empresa socio de SSLEEC, Seoul Semiconductor, a principios de abril informó de una "esterilización del 99.9% del coronavirus (COVID-19) en 30 segundos" con sus productos de LED UV. Su tecnología actualmente se está adoptando para uso automotriz, en lámparas LED UV que esterilizan el interior de vehículos desocupados.

Vale la pena señalar que no todas las longitudes de onda UV son iguales. Los rayos UV-A y UV-B, los tipos que recibimos aquí en la Tierra por cortesía del Sol, tienen usos importantes, pero el raro UV-C es la luz ultravioleta elegida para purificar el aire y el agua y para inactivar microbios. Estos sólo pueden generarse a través de procesos creados por el hombre.

"La luz UV-C en el rango de 260 - 285 nm, que es la que se utiliza en las tecnologías de desinfección, también es dañina para la piel humana, por lo que por ahora se usa principalmente en aplicaciones donde no hay personas presentes en el momento de la desinfección", dijo Zollner. De hecho, la Organización Mundial de la Salud (OMS) advierte contra el uso de lámparas de desinfección ultravioleta para desinfectar las manos u otras áreas de la piel; incluso una breve exposición a la luz UV-C puede causar quemaduras y lesiones oculares.

Antes de que la pandemia por covid-19 ganara impulso mundial, los científicos de materiales en SSLEEC ya estaban trabajando en el avance de la tecnología LED UV-C. Esta área del espectro electromagnético es una frontera relativamente nueva para la iluminación de estado sólido; La luz UV-C se genera más comúnmente a través de lámparas de vapor de mercurio y, según Zollner, "se necesitan muchos avances tecnológicos para que el LED UV alcance su potencial en términos de eficiencia, costo, confiabilidad y vida útil".

En un artículo publicado en la revista ACS Photonics, los investigadores informaron un método más sofisticado para fabricar LEDs de ultravioleta profundo (UV-C) de alta calidad, lo cual implica depositar una película de aleación de semiconductores compuestos por nitruro de aluminio y galio (AlGaN) en un sustrato de carburo de silicio (SiC): una variante del sustrato utilizado mas comúnmente, el zafiro

Según Zollner, el uso de carburo de silicio como sustrato permite un crecimiento más eficiente y rentable del material semiconductor UV-C de alta calidad que el zafiro. Esto, explicó, se debe a la proximidad de las estructuras atómicas de los materiales.

"Como regla general, cuanto más estructuralmente similar (en términos de estructura de cristal atómico) el sustrato y la película son entre sí, más fácil es lograr una alta calidad del material", dijo. Cuanto mejor sea la calidad, mejor será la eficiencia y el rendimiento del LED. El zafiro es estructuralmente diferente, y la producción de material sin defectos y desalineaciones a menudo requiere pasos adicionales complicados. El carburo de silicio no es una combinación perfecta, dijo Zollner, pero permite una alta calidad sin la necesidad de métodos adicionales que son costosos.

Además, el carburo de silicio es mucho menos costoso que el sustrato de nitruro de aluminio "ideal", lo que lo hace más amigable con la producción en masa, según Zollner.

La desinfección de agua portátil y de acción rápida fue una de las principales aplicaciones que los investigadores tenían en mente al desarrollar su tecnología LED UV-C; la durabilidad, confiabilidad y factor de forma pequeño de los diodos cambiarían las reglas del juego en áreas menos desarrolladas del mundo donde no hay agua limpia disponible.

La aparición de la pandemia de covid-19 ha agregado otra dimensión. A medida que el mundo corre para encontrar vacunas, terapias y curas para la enfermedad, la desinfección, la descontaminación y el aislamiento son las pocas armas que tenemos para defendernos, y las soluciones deberán implementarse en todo el mundo. Además de UV-C para fines de saneamiento del agua, la luz UV-C podría integrarse en sistemas que se encienden cuando no hay nadie presente, dijo Zollner.

"Esto proporcionaría una manera conveniente, de bajo costo, libre de químicos y para desinfectar espacios públicos, minoristas, personales y médicos", dijo.

Por el momento, sin embargo, es un juego de paciencia, ya que Zollner y sus colegas esperan la pandemia. La investigación en la UC Santa Bárbara se ha ralentizado para minimizar los esquemas de sana distancia y el contacto de persona a persona.

"Nuestros próximos pasos, una vez que se reanuden las actividades de investigación en UCSB, es continuar nuestro trabajo para mejorar nuestra plataforma AlGaN / SiC para producir los emisores de luz UV-C más eficientes del mundo", dijo.

Otros colaboradores de la investigación incluyen Burhan K. SaifAddin (autor principal), Shuji Nakamura, Steven P. DenBaars, James S. Speck, Abdullah S. Almogbel, Bastien Bonef, Michael Iza y Feng Wu, todos de SSLEEC y / o el Departamento de Materiales en la UCSB.

Fuente:

https://www.news.ucsb.edu/topics/ultraviolet-light

Hace unos días, en la búsqueda de opciones de programas para ver en la televisión durante la cuarentena, nos recomendaron “Marte”, una buena serie (la recomendamos), donde se combinan documentales de las acciones que se realizan en la actualidad para iniciar un primer asentamiento en Marte, con ciencia ficción de un futuro cercano que visualiza como podrían ser estas colonias.  Al respecto, un estimado colega nos comparte el siguiente artículo, escrito por Seth Borenstein, y publicado por AP el 23 de mayo de 2020. Veamos de qué se trata…

Todo comenzó con el sueño de cultivar una rosa en Marte.

Esa visión, la visión de Elon Musk, se transformó en una sacudida de la vieja industria espacial y una flota de nuevos cohetes privados. Ahora, esos cohetes lanzarán astronautas de la NASA desde Florida a la Estación Espacial Internacional, la primera vez que una compañía con fines de lucro llevará astronautas al cosmos.

Es un hito en el esfuerzo por comercializar el espacio. Pero para la empresa de Musk, SpaceX, también es el último hito en un viaje salvaje que comenzó con fracasos épicos y la amenaza de quiebra.

Si el excéntrico fundador y CEO de la empresa se sale con la suya, este es sólo el comienzo: planea construir una ciudad en el planeta rojo y vivir allí.

"Lo que realmente quiero lograr aquí es hacer que Marte parezca posible, que parezca que es algo que podemos hacer en nuestras vidas y que tú puedes ir", dijo Musk en un congreso de profesionales del espacio en México en 2016.

Musk "es un cambio revolucionario" en el mundo espacial, dice el astrofísico de la Harvard University, Jonathan McDowell, cuyo “Jonathan's Space Report” ha rastreado lanzamientos y fracasos durante décadas.

El ex astronauta y ex jefe de la Commercial Spaceflight Federation, Michael Lopez-Alegria, dice: "Creo que la historia lo mirará como ahora se ve a Leonardo da Vinci".

Musk se ha hecho más conocido por Tesla, su audaz esfuerzo por construir una compañía de vehículos eléctricos. Pero el proyecto SpaceX es anterior.

A los 30 años, Musk ya era enormemente rico por vender su compañía financiera de Internet PayPal y su predecesor Zip2. Organizó una serie de almuerzos en Silicon Valley en 2001 con G. Scott Hubbard, quien había sido el zar de Marte de la NASA y entonces dirigía la agencia Ames Research Center.

Musk quería de alguna manera cultivar una rosa en el planeta rojo, mostrársela al mundo e inspirar a los niños, recuerda Hubbard.

"Su verdadero enfoque era llevar y mantener vida en Marte", dice Hubbard, un profesor de la Universidad de Stanford que ahora preside el panel asesor de seguridad de la tripulación de SpaceX.

Hubbard le dijo que el gran problema era construir un cohete lo suficientemente asequible como para ir a Marte. Menos de un año después nació Space Exploration Technologies, llamada SpaceX.

Hay muchas compañías espaciales y, como todas, SpaceX está diseñada para obtener ganancias. Pero lo que es diferente es que detrás de esa motivación por obtener ganancias, hay un objetivo, que es simplemente "Llevar a Elon a Marte", dice McDowell. "Al tener esa visión a largo plazo, eso los empujó a ser más ambiciosos y realmente cambió las cosas".

Todos en SpaceX, desde los vicepresidentes del más alto nivel hasta el mozo que ofrece  capuchinos y FroYo, "le dirán que están trabajando para hacer que los humanos sean multiplanetarios", dice el ex director de SpaceX, Garrett Reisman, un ex astronauta, ahora en la University of Southern California.

Musk fundó la compañía justo antes de que la NASA incluyera en sus planes el concepto de espacio comercial.

Tradicionalmente, las empresas privadas construían cosas o prestaban servicios para la NASA, que seguía siendo el jefe y poseía el equipo e infraestructura. La idea de roles más amplios para las empresas privadas ha existido durante más de 50 años, pero el mercado y la tecnología aún no eran los apropiados.

Los dos accidentes mortales de transbordadores espaciales de la NASA, Challenger en 1986 y Columbia en 2003, fueron fundamentales, dice W. Henry Lambright, profesor de política pública en la Universidad de Syracuse.

Cuando Columbia se desintegró, la NASA tuvo que contemplar una nueva opción post-transbordador espacial. Ahí es donde entraron las empresas privadas, dice Lambright.

Después de Columbia, la agencia se centró en volver a llevar a los astronautas a la luna, pero aún tenía que llevar carga y astronautas a la estación espacial, dice Sean O'Keefe, quien era el administrador de la NASA en ese momento. Un proyecto piloto de 2005 ayudó a las empresas privadas a desarrollar naves para llevar carga a la estación.

SpaceX obtuvo parte de ese financiamiento inicial. Los primeros tres lanzamientos de la compañía fallaron. La compañía también podría haber fallado con la misma facilidad, pero la NASA se quedó con SpaceX y comenzó a dar sus frutos, dice Lambright.

"No se puede explicar SpaceX sin comprender realmente cómo la NASA realmente lo nutrió en los primeros días", dice Lambright. "En cierto modo, SpaceX es una especie de hijo de la NASA".

Desde 2010, la NASA ha gastado seis mil millones de dólares para ayudar a las empresas privadas a poner a las personas en órbita, donde SpaceX y Boeing han sido los que han recibido mayor participación, dice Phil McAlister, director comercial de vuelos espaciales de la NASA.

La NASA planea gastar otros dos mil 500 millones para comprar 48 asientos de astronautas para la estación espacial en 12 vuelos diferentes, dice. Con un poco más de 50 millones por viaje, es mucho más barato que lo que la NASA ha pagado a Rusia por los vuelos a la estación.

Comenzar desde cero le ha dado a SpaceX una ventaja sobre las empresas más antiguas y la NASA que están atrapadas usando tecnología e infraestructura heredadas, dice O'Keefe.

Y SpaceX intenta construir todo por sí mismo, dando a la empresa más control, dice Reisman. La compañía ahorra dinero reutilizando cohetes, y tiene clientes aparte de la NASA.

Esta compañía ubicada en California ahora tiene seis mil empleados. Sus trabajadores son jóvenes, consumen enormes cantidades de café y tienen semanas de 60 a 90 horas, dicen Hubbard y Reisman. También toman más riesgos que sus contrapartes de la NASA.

Las decisiones que pueden tomar un año en la NASA se pueden tomar en una o dos reuniones en SpaceX, dice Reisman, quien aún asesora a la firma.

En 2010, un cohete Falcon 9 en la plataforma de lanzamiento tenía una extensión de boquilla rota en un motor. Normalmente eso significaría sacar el cohete de la plataforma y una solución que retrasaría el lanzamiento más de un mes.

Pero con el permiso de la NASA, la ingeniera de SpaceX Florence Li fue izada en la boquilla del cohete con una grúa y un arnés. Luego, usando lo que eran esencialmente tijeras de jardín, "cortó la cosa, la lanzamos al día siguiente y funcionó", dice Reisman.

Musk es la cara pública y poco convencional de SpaceX: fuma marihuana en un popular podcast, se pelea con los funcionarios locales por abrir su planta de Tesla durante la pandemia y nombra a su hijo recién nacido "X Æ A-12".

Pero los expertos dicen que la veterana de la industria aeroespacial Gwynne Shotwell, presidenta y directora de operaciones, también es clave para el éxito de la compañía.

"El concepto SpaceX es en realidad una combinación de la imaginación, la creatividad y el impulso de Musk y la gestión de sonido e ingeniería es responsabilidad de Shotwell", dice McDowell.

Pero todo vuelve al sueño de Musk. El ex jefe de la NASA O'Keefe dice que Musk tiene sus excentricidades, enormes dosis de autoconfianza y persistencia, y esa última parte es clave: "Usted tiene la capacidad de superar un revés y mirar ... hacia dónde estamos tratando de ir."

Para Musk, es Marte.

Fuente: https://apnews.com/6d9dbc833fb303e983c6e2abb6839843

No importa qué tan bien diseñado estén, no hay zapatos para correr que permitan a los corredores igualar la velocidad de los ciclistas. La bicicleta fue un invento clave que duplicó la velocidad de los humanos. Pero, ¿qué pasaría si un nuevo tipo de calzado permitiera a las personas correr más rápido imitando la mecánica del ciclismo? Sobre esta pregunta, un estimado colega, ingeniero mecánico, nos comparte el siguiente artículo escrito por David Braun y publicado en The Conversation el 15 de mayo de 2020.  Veamos de qué se trata…

Braun nos explica: Esta pregunta es la que mis alumnos del Center for Rehabilitation Engineering & Assistive Technology de Vanderbilt y yo exploramos mientras desarrollamos una nueva teoría de los exoesqueletos robóticos impulsados ​​por resortes. Se nos ocurrió un concepto para un nuevo tipo de exoesqueleto de miembros inferiores que podría permitir que el humano más rápido del mundo alcance una velocidad de 18 metros por segundo o aproximadamente 40 millas por hora.

La vanguardia de las zapatillas para correr de hoy es la Nike Vaporfly, que permite a los corredores usar un 4% menos de energía que las zapatillas estándar. El tres veces medallista olímpico Eliud Kipchoge los usó recientemente para correr un maratón en menos de dos horas. Aunque el Vaporfly volcó el mundo de la carrera profesional al aumentar la eficiencia de las zapatillas estándar, no ofrece las ventajas del ciclismo ni altera fundamentalmente la física de la carrera.

Ha habido mucha investigación y desarrollo en exoesqueletos robóticos que aumentan el poder humano. Estos utilizan actuadores y energía externa: motores y baterías. Pero no han ayudado a los humanos a correr más rápido. Los resortes también se han utilizado para fabricar prótesis de alta tecnología para corredores paralímpicos, pero no se ha demostrado que brinden una ventaja injusta en comparación con las piernas. Para la velocidad accionada por humanos, la bicicleta ha sido la campeona reinante durante más de un siglo.

Correr versus ciclismo

La primera máquina de correr fue una bicicleta sin pedales. Redujo el costo de energía de correr al soportar el peso del cuerpo en un asiento y usar ruedas para evitar la inevitable pérdida de energía cuando los corredores pisan.

Pero las primeras bicicletas no permitían a los ciclistas moverse más rápido que los corredores porque el ciclista se impulsaba empujándose contra el suelo con las piernas, al igual que correr. Lo que cambió completamente el juego para andar en bicicleta fue la invención del mecanismo de pedaleo, que permitió que las piernas impulsaran al ciclista continuamente en lugar de solo cuando el pie toca el suelo.

La ventaja de velocidad de la bicicleta sobre correr no ha perdurado por falta de intentos. La gente ha estado imaginando las patas de los muelles y refinando los muelles para correr durante generaciones, pero estos muelles no son como una bicicleta con pedales porque no permiten que las piernas suministren energía cuando están fuera del suelo.

La robo-bota

Para aplicar la ventaja de andar en bicicleta a la carrera, se nos ocurrió un concepto para un nuevo tipo de robo-bota que emula la función de los pedales de bicicleta. Usando la bota robótica, los corredores suministran energía al comprimir un resorte con cada pierna mientras está en el aire. Con cada paso, el resorte libera su energía almacenada empujando contra el suelo más rápido y más fuerte de lo que las piernas podrían hacer.

Descubrimos que una bota robótica ideal permitiría al corredor más rápido de la Tierra usar sus piernas el 96% del tiempo de paso para correr más rápido que 20 metros por segundo, comparable a la velocidad máxima del ciclismo. Una robo-bota más práctica que se usa sólo alrededor del 60% del tiempo del paso podría ayudar a un corredor a alcanzar una velocidad máxima de 18 metros por segundo. Eso es 50% más rápido que la velocidad récord mundial de 12 metros por segundo en el sprint de 100 metros.

El componente de alta tecnología de la robo-bota es un resorte de rigidez variable que puede aumentar su rigidez sin cambiar su energía almacenada. La rigidez del resorte determina la fuerza con la que puede empujar contra el suelo para acelerar el cuerpo del corredor: cuanto más rígido sea el resorte, mayor será la fuerza dada la misma compresión del resorte.

Los resortes convencionales como los de las plumas retráctiles tienen una rigidez constante basada en el material, la forma y el tamaño del resorte. Los resortes de rigidez variable son un tipo especial de resorte que puede cambiar de forma o tamaño. Un tipo de resorte de rigidez variable aumenta la rigidez al acortarse. Un mecanismo acorta el resorte moviendo el punto de fijación del resorte desde su extremo hasta su centro. El mecanismo en la bota robótica acorta el resorte cuando el corredor extiende su pierna en el aire.

Aumentar la rigidez del resorte a medida que el corredor aumenta la velocidad es análogo a cambiar a una marcha más alta en una bicicleta mientras un ciclista incrementa su velocidad. Esto permite a los corredores suministrar más energía y evitar la limitación biomecánica del suministro de energía sólo durante el corto tiempo de contacto con el suelo de la carrera de alta velocidad.

Próximos pasos

Las bicicletas de carreras modernas casi duplican la velocidad máxima de carrera. Las botas robóticas que aprovechan la mecánica de las bicicletas podrían permitir que las personas corran más rápido sin motores y baterías fuertes. Estos dispositivos más portátiles y alimentados por energía humana podrían permitir una adopción más generalizada de la tecnología robótica portátil, y podrían ampliar los límites de su uso para búsqueda, rescate, aplicación de la ley y por supuesto, para deportes.

¿Qué significaría para los socorristas poder moverse un 50% más rápido? ¿Usted cree que una zapatilla para correr que proporcione un aumento de velocidad del 50% generaría un nuevo evento en los Juegos Olímpicos similar al patinaje sobre hielo y las carreras de bicicletas?

Utilizando la ciencia y la tecnología robótica avanzada, podemos imaginar robo-botas de próxima generación que ofrezcan el primer gran impulso al movimiento impulsado por humanos desde la invención del pedal de bicicleta en el siglo XIX.

Fuente:

https://theconversation.com/robo-boot-concept-promises-50-faster-running-134105

Agradezco a varios colegas el envío de material tocante al COVID-19 en diversos campos de la ingeniería. En particular, agradezco el envío del presente artículo publicado en la revista The Conversation, escrito por Paul Monks, profesor de química atmosférica y ciencias de la observación terrestre en la University of Leicester, publicado el 15 de abril de 2020. Veamos de qué se trata….

La pandemia de COVID-19 ha provocado el cierre de la actividad industrial y cancelado vuelos y otros viajes, reduciendo las emisiones de gases de efecto invernadero y la contaminación del aire en todo el mundo. Si hay algo positivo que sacar de esta terrible crisis, podría ser que tenemos la oportunidad de obtener una muestra del aire que podríamos respirar en un futuro bajo en carbono.

La Organización Mundial de la Salud (OMS) estima que alrededor de tres millones de personas mueren cada año por enfermedades causadas por la contaminación del aire, y que más del 80 por ciento de las personas que viven en áreas urbanas están expuestas a niveles de calidad del aire que exceden los límites de seguridad. La situación es peor en los países de bajos ingresos, donde el 98 por ciento de las ciudades no cumple con los estándares de calidad del aire de la OMS.

Las mediciones del satélite Sentinel-5P de la Agencia Espacial Europea muestran que durante finales de enero y principios de febrero de 2020, los niveles de dióxido de nitrógeno (NO₂) en las ciudades y áreas industriales en Asia y Europa fueron más bajos que en el mismo período en 2019, tanto como 40 por ciento.

Dos semanas después de que se anunciara el cierre nacional el 23 de marzo en el Reino Unido, la contaminación por NO₂ en algunas ciudades cayó hasta un 60 por ciento en comparación con el mismo período en 2019. La NASA reveló que la contaminación por NO₂ en Nueva York y otras áreas metropolitanas importantes del norte -Oeste de los EE. UU. fue un 30 por ciento más bajo en marzo de 2020, en comparación con el promedio mensual de 2015 a 2019.

La mayor parte del NO₂ proviene del transporte por carretera y las centrales eléctricas y puede exacerbar enfermedades respiratorias como el asma. También empeora los síntomas para quienes padecen afecciones pulmonares o cardíacas. Las emisiones de NO₂ han sido un problema particularmente espinoso para Europa, ya que muchos países han incumplido los límites de la UE.

En cierto sentido, estamos llevando a cabo el mayor experimento mundial de contaminación del aire. En un período de tiempo relativamente corto, estamos reduciendo significativamente las principales fuentes de contaminantes del aire en la industria y el transporte. Solo en Wuhan, 11 millones de personas estaban encerradas en el punto álgido del brote allí. En toda China, más de quinientos millones. Normalmente, China emite más de 30 mega toneladas de óxidos de nitrógeno por año, con estimaciones para 2019 que alcanzan las 40 mega toneladas.

China emite más del 50 por ciento de todo el dióxido de nitrógeno en Asia. Cada tonelada de NO₂ que no se emite como resultado de la pandemia es el equivalente a retirar 62 automóviles por año de la carretera. Por lo tanto, podría estimar que en China, incluso una reducción moderada del 10 por ciento en las emisiones de NO₂ es equivalente a sacar 48,000 automóviles de la carretera. Pero la caída del 40 por ciento en NO₂ en los niveles de 2019 para enero y febrero en algunas áreas equivale a eliminar la friolera de 192,000 autos.

Esto es una indicación de lo que se podría lograr de forma permanente para la calidad del aire si el uso del automóvil se redujera gradualmente y se reemplazara por transporte público masivo. El transporte eléctrico de esta manera, con líneas de tren ampliadas, más vagones y estaciones de carga, reduciría la emisión de contaminantes atmosféricos como el NO₂ que emiten los tubos de escape de los autos.

Pero los vehículos eléctricos son tan limpios como la electricidad que los alimenta. Las recientes mejoras en la calidad del aire podrían hacerse permanentes al reemplazar la generación de combustibles fósiles con energía renovable y otras fuentes bajas en carbono. Reducir las emisiones mensuales de NO₂ de la generación de electricidad en un 10 por ciento sería el equivalente a cerrar 500 centrales eléctricas de carbón durante un año.

Irónicamente, al cerrar franjas de la economía global, el COVID-19 ha ayudado a exponer otra crisis de salud respiratoria. Los bloqueos posteriores han mostrado las mejoras en la calidad del aire que son posibles cuando las emisiones se reducen a escala global.

La pandemia podría mostrarnos cómo se vería el futuro con menos contaminación del aire, o simplemente podría indicar la magnitud del desafío que tenemos por delante. Como mínimo, debería desafiar a los gobiernos y las empresas a considerar cómo se pueden hacer las cosas de manera diferente después de la pandemia, para aferrarse a las mejoras temporales en la calidad del aire.

Fuente:

https://theconversation.com/coronavirus-lockdowns-effect-on-air-pollution-provides-rare-glimpse-of-low-carbon-future-134685

Un estimado colega de Puerto Rico nos exterioriza que sería importante compartir reseñas sobre el desarrollo de ciertas iniciativas de algunos ingenieros en todo el mundo para colaborar con las acciones de médicos y trabajadores de la salud que día a día luchan para prevenir contagios y dar atención médica a quienes se han enfermado. Nos comenta que aunque en algunos casos los desarrollos son relativamente sencillos y quizá hasta algo rudimentarios, no obstante, la realidad es que son alternativas eficaces, eficientes y bastante económicos, con una magnifica relación de costo beneficio. Nos dice nuestro querido amigo que en la medida que los desarrollos de nuestros colegas se compartan con los compañeros académicos y que los mismos se difundan y se aprovechen ampliamente en nuestros países, contribuiremos como nos corresponde en la lucha que la humanidad libra contra la pandemia.

Como ejemplo, nuestro colega nos envía un par de desarrollos que han realizado ingenieros puertorriqueños, los cuales nos comparte a continuación. Veamos de qué se trata….

Estudiantes de la Universidad de Puerto Rico (UPR) diseñan prototipo de ventilador de emergencia

El 17 de abril de 2020, La Universidad de Puerto Rico publicó en su boletín digital un artículo escrito por Mariam Ludim Rosa acerca de que un grupo de trabajo se reunió de manera remota para la creación del concepto de un dispositivo que pudiera servir de ventilador de emergencia.  La compañía Met-Pro Inc. donó y construyó los componentes mecánicos del prototipo de ventilador.

El doctor Eduardo J. Juan García, director ejecutivo del Programa de Bioingeniería y catedrático del Departamento de Ingeniería Eléctrica y Computadoras (INEL) del Recinto Universitario de Mayagüez (RUM) de la Universidad de Puerto Rico (UPR), lideró un equipo de trabajo que diseñó un prototipo de ventilador de emergencia que podría ser usado para pacientes con covid-19, en el caso de que el sistema de salud no contara con aparatos comerciales disponibles.

El grupo está compuesto por los alumnos Sergio Ruiz Vega y Esteban Juan Torres, del Departamento de Ingeniería Mecánica (INME); Miguel Ortiz López y Luis Báez Robles, de Ingeniería Eléctrica (INEL); el estudiante doctoral Jorge Castro Torres, del Programa Graduado en Bioingeniería; así como del doctor Roberto L. Bayrón Vélez, anestesiólogo del Hospital Bella Vista, quien fue el asesor clínico del proyecto; y el ingeniero Américo Rodríguez Vivaldi, presidente de Met-Pro Inc., quien donó y construyó los componentes mecánicos del prototipo de ventilador.

“Existe una preocupación genuina de que podamos tener un gran número de personas contagiadas con covid-19 que requieran ventilación artificial, y que no existan suficientes ventiladores comerciales para atender la demanda. De manera que diseñamos un equipo que cumple con los requisitos clínicos, de bajo costo, fácil de manufacturar y lo suficientemente robusto para operar dos semanas consecutivas. Este dispositivo es para ser utilizado solamente como último recurso en casos de emergencia extrema”, explicó por escrito el doctor Juan García.

Agregó que el ventilador consiste de un sistema electromecánico para comprimir un ventilador manual, conocido como Ambu Bag.

“Los Ambu Bags están mucho más disponibles en los hospitales que un ventilador. El sistema consiste de un motor eléctrico conectado a un mecanismo que convierte el movimiento rotacional continuo a un desplazamiento angular definido. El mecanismo, entonces, permite comprimir el Ambu Bag. Mientras, el volumen de aire que expulsa el ventilador manual cada vez que se comprime (conocido como Tidal Volume), se ajusta moviendo la base donde se coloca el Ambu Bag”, explicó.

Narró que el grupo de trabajo se reunió de manera remota para la creación del concepto. Los estudiantes Ruiz Vega y Juan Torres se encargaron principalmente del diseño mecánico, mientras que el resto del equipo trabajó en el componente eléctrico. Luego, el ingeniero Rodríguez Vivaldi manufacturó las piezas. Mientras, el prototipo se ensambló en la residencia del doctor Juan García.

“El objetivo de este diseño es salvar vidas. Hemos creado un concepto que se podría manufacturar con facilidad, en el caso de que sea necesario. Como Universidad, para nosotros es muy importante poder aportar soluciones para los retos que enfrente la sociedad, en este caso, una pandemia que tristemente ha tomado muchas vidas. Reconocemos la aportación de nuestros socios estratégicos en la industria y en el sector de salud que también nos han apoyado en esta misión de contribuir en este momento de emergencia”, puntualizó el también director del Programa Graduado de Bioingeniería del RUM.

El doctor Jorge Haddock, presidente de la UPR, destacó la importancia del trabajo que se está haciendo desde la academia y la comunidad científica, identificando soluciones efectivas para hacer frente a las consecuencias del covid 19, al tiempo que se busca una solución a la pandemia.

“En el contexto histórico que atravesamos apostamos a la sinergia que genera el trabajo en equipo para servir y suplir, desde la academia, una necesidad que enfrenta Puerto Rico y el mundo. En la comunidad universitaria estamos confiados en que las capacidades, talentos, aptitudes, conocimientos y experiencia de nuestra facultad y estudiantes, en unión a la clase médica de primera que labora en Puerto Rico podremos desarrollar soluciones para mitigar necesidades particulares, como es el caso de los ventiladores. Apostamos a su trabajo e impacto global. Agradezco al doctor Juan García, a sus estudiantes, y a los aliados en este proyecto por darnos esperanzas y fomentar la innovación desde el principal centro docente de Puerto Rico”, afirmó Haddock.

Por su parte, el doctor Agustín Rullán Toro, rector del Recinto Universitario de Mayagüez, agradeció el esfuerzo del equipo liderado por el doctor Juan García. “Nos sentimos honrados porque nuestra institución alberga mentes talentosas que se han conmovido para poner sus ideas e intelecto al servicio de nuestro país. Nuestros profesores, estudiantes, egresados, y aliados del Colegio de Mayagüez han dicho presente para combatir de diferentes formas los efectos de esta pandemia. Agradecemos su gran compromiso que, una vez más, coloca a la UPR al servicio de la comunidad”, indicó Rullán Toro.

A principios de este mes, el rector anunció la creación del Centro de Respuesta Técnica e Innovación (UPRM Technical Response and Innovation Center), cuya misión es facilitar la atención y gestión administrativa, de manera expedita, de cualquier propuesta que surja en la comunidad universitaria para aportar en el manejo de la crisis de salud mundial provocada por la pandemia del coronavirus.

Fabrican cajas de desinfección y esterilización de equipo médico

En la edición del miércoles del pasado abril 22, 2020 el boletín digital de Comillas.com publicó lo siguiente con redacción de ellos mismos:

Las empresas puertorriqueñas Air Logix y Technical Industrial Sales aunaron esfuerzos para fabricar cajas con luz germicida que trabaja en un espectro electromagnético de microondas logrando desinfectar y esterilizar equipo médico.

“Las necesidades de seguridad, organización y protección de nuestros profesionales de la salud son primordial para enfrentar los grandes retos que estamos viviendo debido a la atención del covid-19, teniendo presente esto en nuestra empresa nos dimos a la tarea de diseñar y construir esta caja con emisores UVC. La caja cuenta con lámparas emisoras de rayos ultravioletas tipo C, distribuidos por la empresa Technical Industrial Sales, en una caja con gaveta, para esterilizar mascarillas y equipos médicos. Esto a su vez ayuda en bajar los gastos en compras de estos equipos que actualmente están tan escasos ante esta pandemia global”, expresó Faustino García Rivera, presidente de Air Logix.

Recientemente, el Centro para el Control y la Prevención de Enfermedades (CDC, por sus siglas en inglés) publicó una nueva guía de métodos de descontaminación para situaciones de emergencia, como la que enfrentamos actualmente con el covid-19. La radiación germicida ultravioleta es uno de los métodos presentados como aceptable. Por otra parte, el fabricante de las mascarillas N95 publicó recientemente que el vapor, el peróxido de hidrogeno en vapor y la radiación UV-C, son los tres métodos efectivos para desinfectar las mascarillas y ser reutilizables.

“Nuestro negocio es de servicio de mantenimiento preventivo e instalación de aires acondicionados comerciales e industriales. Tan pronto se anunció el toque de queda, opte por organizar todos los servicios que ya ofrecemos a nuestra plantilla de clientes y crear un programa de cuatro pasos vitales para que todos ellos puedan disfrutar de una calidad de aire limpio y libre de virus y bacterias. Por tal razón creamos la unidad de trabajo para desinfección e higienización de edificios comerciales y aires acondicionados industriales”, explicó.

Fuentes:

https://www.uprm.edu/portada/2020/04/17/ventiladordeemergenciarum/

http://sincomillas.com/desarrollan-cajas-de-desinfeccion-y-esterilizacion-de-equipo-medico/

Si recordamos, el origami o papiroflexia es un arte que consiste en el plegado de papel sin usar tijeras ni pegamento para obtener figuras de formas variadas, muchas de las cuales podrían considerarse como esculturas de papel. En un sentido específico, el origami es un tipo de papiroflexia de origen japonés que incluye ciertas restricciones, (por ejemplo, no admite cortes en el papel y se parte desde ciertas bases) con lo que el origami es papiroflexia pero no toda la papiroflexia es origami (Wiki).

Un querido colega nos comparte el presente artículo escrito por Jim Morrison y publicado digitalmente el 23 de abril de 2019 por Smithsonian Magzine, donde se nos informa que científicos e ingenieros están encontrando aplicaciones prácticas para la forma de arte japonesa en el espacio, la medicina, la robótica, la arquitectura y más. Veamos de qué se trata….

Uno de los proyectos iniciales de origami del profesor de ingeniería de la Brigham Young University (BYU), Larry Howell, fue una matriz solar que se compactó a 2.7 metros durante el lanzamiento, pero una vez desplegada en el espacio alcanzó 25 metros de diámetro con el propósito de generar energía.

Cuando Anton Willis se mudó a su departamento de San Francisco, tuvo un problema de espacio: no había lugar para su amado kayak. Había crecido remando en el Pacífico así como en las aguas locales en el condado de Mendocino.  Ir hasta el almacén donde lo guardaba y traerlo para poder navegar era un inconveniente que estaba decidido a resolver.

Se inspiró en una historia neoyorquina de 2007 sobre Robert Lang, un físico de la NASA que se había convertido en un artista de origami a tiempo completo en 2001. Lang aplicó sus antecedentes matemáticos para transportar el arte de plegarse en nuevas fronteras, creando piezas que nunca antes eran posibles. Luego comenzó a explorar posibilidades prácticas como contenedores, implantes médicos y bolsas de aire.

"Empecé a pensar en si podría doblar un kayak como una hoja de papel", dice Willis, quien recientemente completó su maestría en arquitectura de la University of California at Berkeley (UCB).

Había hecho un poco de origami cuando era niño, pero nada sofisticado. Comenzó a doblar un modelo tras otro, jugando los fines de semana. Hacer una forma de kayak fue relativamente fácil, pero resultó difícil un segundo conjunto de pliegues para transformar la única hoja de material en una caja lo suficientemente pequeña como para llevarla en una mochila de gran tamaño. Dos años más tarde ya tenía 25 diseños con los que creó un prototipo funcional que lanzó Oru Kayak, una compañía de California. Oru, donde Willis es el jefe de diseño, ahora vende cuatro modelos de kayaks plegables. Uno de ellos está incluso en el Museo de Arte Moderno de San Francisco.

Si bien pensamos en el origami como arte, las empresas e investigadores lo utilizan cada vez más en el espacio, la medicina, la robótica, la arquitectura, la seguridad pública y los militares para resolver problemas de diseño molestos, a menudo para adaptar cosas grandes en espacios pequeños. La Sociedad Estadounidense de Ingenieros Mecánicos ahora incluye origami en sus conferencias anuales. También lo ha hecho la American Mathematical Society.

En el centro de esta innovación hay un pequeño número de científicos e ingenieros que promueven las aplicaciones prácticas del arte japonés. El primero de ellos es Lang, un proselitista apasionado por el arte y la ciencia del origami. Obtuvo una licenciatura en CalTech y una maestría en la Stanford University, ambas en ingeniería eléctrica, antes de terminar su doctorado en física aplicada también en CalTech. Durante sus estudios, como una forma de relajarse, se la pasó diseñando principalmente insectos y animales: un cangrejo ermitaño, un ratón en una trampa para ratones, una hormiga. Algunos le tomaron semanas para diseñar y horas para doblar. Poco después de que comenzó a trabajar en el “Jet Propulsion Laboratory” de la NASA en 1988 (Lang ha publicado más de 80 artículos científicos y tiene 50 patentes), logró doblar un reloj  “CuCu” de tamaño real.

En 2001 dejó su trabajo en la empresa de fibra óptica “JDS Uniphase” para centrarse en su arte. Escribió un documento que describe un algoritmo para el diseño de origami. Siguieron más publicaciones;  ha escrito libros, caprichosos y serios, y programas de computadora con nombres como TreeMaker y Tessellatica que toman modelos simples de figuras hechas con palitos de madera para crear patrones enormes a base de pliegues. Uno de sus artículos llamó la atención de los ingenieros del Lawrence Livermore National Laboratory que estaban trabajando en una lente telescópica que necesitaban plegar para su viaje al espacio.

Ayudó a diseñar una lente prototipo del tamaño de un campo de fútbol para el Eyeglass, que se habría extendido al tamaño de Manhattan si el proyecto hubiera sido financiado. También trabajó como consultor sobre un diseño similar con el Jet Propulsion Laboratory llamado Starshade, un inmenso iris plegable que bloquearía la luz de estrellas distantes para mejorar la capacidad de un telescopio espacial.

En estos días, Lang divide su tiempo entre el arte y la consultoría en una amplia variedad de proyectos con socios corporativos y académicos. "Todo buen científico es, en parte, un artista", dice.

Los trabajos de investigación de Lang atrajeron a Larry L. Howell, profesor de ingeniería e investigador de la BYU, luego de que un estudiante de doctorado sugiriera buscar origami para crear soluciones de ingeniería. "Nos dimos cuenta de que había muchas cosas que podríamos aprender de estos artistas de origami que podrían ayudarnos a hacer ingeniería de formas que no hubiéramos descubierto utilizando nuestros enfoques tradicionales", dice.

Han colaborado en varios proyectos. Howell admite que fue cauteloso al principio, especialmente cuando solicitó fondos federales. Al respecto lo visitó un senador preguntando por qué el dinero de la investigación federal iba a origami, algo que su nieto de 10 años sabía cómo hacer. Uno de los proyectos iniciales financiados por la National Science Foundation fue el diseño de una matriz solar que se compactó a 2.7 metros durante el lanzamiento, pero se desplegó a 25 metros de ancho en el espacio para generar energía. Eso proporcionó credibilidad para el origami en el diseño de alta tecnología. Siguieron más proyectos y más trabajos de investigación.

Howell y sus estudiantes investigadores se han inmerso en el diseño de equipo para medicina, donde el uso de origami para crear dispositivos compactos es particularmente útil, sobre todo en cirugía robótica. Inventaron los oríceps, pequeños sujetadores quirúrgicos basados ​​en una idea de origami llamada chompers. Crearon un retractor para apartar un órgano durante la cirugía robótica que puede insertarse a través de una pequeña incisión y luego desplegarse dentro del cuerpo. Intuitive Surgical, la compañía que fabrica los sistemas quirúrgicos da Vinci, autorizó sus patentes.

Después de hablar con funcionarios de la Homeland Security Agency, el equipo de Howell trabajó con Lang y diseñó un escudo de Kevlar plegable que protege a dos o tres personas. Se está negociando un acuerdo de licencia.

Consultaron con una empresa ferroviaria para diseñar carenados de origami para el frente de las locomotoras que se pliegan cuando los autos están unidos, pero se despliegan cuando están al frente, lo que los hace más aerodinámicos. Los carenados ahorran un millón de dólares al año en costos de combustible, dice Howell. Y han diseñado un pañal para adultos que se ajusta mejor con origami.

Lang dice que varios investigadores estaban haciendo un trabajo similar de forma independiente. "Aunque no lo sabía en ese momento, hubo otras personas experimentado con las matemáticas, el origami y la tecnología", dice. "Creo que no fue tanto que una persona lanzara este campo, sino que llegamos a una masa crítica de ideas y personas con antecedentes matemáticos que se involucraron y que el campo floreció".

Una especialista en robots de Harvard usó origami para diseñar un instrumento para atrapar criaturas de aguas profundas de cuerpo blando como las medusas sin dañarlas. Por otro lado, investigadores de la Oxford University desarrollaron un stent cardíaco que funciona utilizando el concepto tradicional de origami de una bomba de agua. Manan Arya, ingeniero del Jet Propulsion Laboratory, tiene el título de "origamista en jefe" y escribió su tesis doctoral sobre el uso del origami en superestructuras espaciales.

Erik Demaine, profesor de ciencias de la computación en el Massachusetts Institute of Technology (MIT) e hijo de un escultor, está siguiendo el camino de Lang, buscando arte e investigación en origami. Obtuvo una beca MacArthur "genio" por su investigación sobre plegado de materiales. "En los últimos años, ha habido mucha más interés y entusiasmo en las aplicaciones de ingeniería y ciencia del origami, que pueden crear estructuras prácticas que cambien fundamentalmente su forma", dijo a un entrevistador de PBS. "El plegado te da una manera de pensar sobre la transformación de formas".

Lang cree que el atractivo va más allá de la función. "Hay una elegancia estética en las soluciones de origami para problemas que es un poco inesperada y un poco hermosa", concluye. "Cuando ves que se despliega una estructura desplegable como una matriz solar con todos estos paneles moviéndose en diferentes direcciones y de repente se expande de una manera que no parecía posible, e inevitablemente captura la imaginación de las personas".

Vean el siguiente video sobre el tema, ¡es excelente!: https://youtu.be/fEwJ6Nn5qyo

Fuentes:

https://www.smithsonianmag.com/innovation/theres-origami-revolution-industrial-design-180972019/

https://es.wikipedia.org/wiki/Origami

Un equipo internacional de físicos de partículas ha detenido su búsqueda de materia oscura para centrarse en las necesidades de las víctimas de la pandemia mundial, en particular, su necesidad de respirar. Al respecto, un estimado colega nos envía el presente artículo escrito por Liz Fuller-Wright, publicado en el boletín electrónico de Princeton University (PU) el pasado 9 de abril de 2020. Veamos de qué se trata….

En casos graves, COVID-19 puede provocar neumonía que requiere ventilación mecánica, pero el suministro mundial de ventiladores ha demostrado ser demasiado pequeño para la demanda exponencialmente creciente.

"El sistema de salud pública en Lombardía es quizás el más fuerte en Europa, pero estaba cerca del punto de inflexión", dijo Cristian Galbiati, profesor de física en PU, quien dirigió el diseño de un ventilador mecánico simplificado que puede ser producido a gran escala utilizando componentes fácilmente disponibles.

Él y sus colaboradores, más de 250 físicos, ingenieros, médicos y otros especialistas de 12 países de todo el mundo, llaman a su dispositivo el Ventilador Mecánico Milano (MVM). Su funcionamiento requiere solo electricidad y una fuente de oxígeno comprimido (o una mezcla de oxígeno y aire lavado), y la unidad de control y monitoreo en su corazón está siendo desarrollada y programada por "los mejores diseñadores" de los laboratorios nacionales de física de partículas en los Estados Unidos, Canadá, Italia y muchas otras naciones, dijo Galbiati.

Si bien puede parecer extraño que un investigador de materia oscura se haya dedicado a la fabricación médica, tiene más sentido cuando se lo expresa de otra manera: un experto en la construcción de instrumentos sensibles para argón comprimido decidió experimentar con oxígeno y nitrógeno comprimido.

Galbiati y sus colegas en el proyecto DarkSide-20k han pasado 15 años diseñando y refinando equipos que utilizan una forma líquida altamente presurizada por argón, un gas noble, para detectar una partícula de materia oscura. Pasaron de la astrofísica a la medicina solo en las últimas semanas.

Después de que los viajes de investigación a Italia atraparon a Galbiati en ese país, le envió un mensaje de texto a un amigo cuya familia es propietaria de una importante compañía de distribución de gas para felicitar a la familia por su donación para una sala rápidamente construida para pacientes con COVID-19 en Milán. Se sorprendió al saber que la orden de la familia de ventiladores en apoyo de la sala fue cancelada. Galbiati luego habló con su hermano Filippo, un médico de la sala de emergencias en el Hospital Niguarda en Milán, cuya práctica se había restringido solo a pacientes con COVID-19. El otro Dr. Galbiati explicó al profesor de física la situación cada vez más difícil que enfrentan los médicos italianos que necesitaban tratar a pacientes con falta de oxígeno con ventiladores limitados en el pico de la epidemia local.

"Estamos haciendo muchos proyectos complejos con gases técnicos", dijo el profesor Galbiati. Quise usar mi experiencia "para encontrar la mejor manera, una forma que fuera escalable, para poner oxígeno en los pulmones de las personas cuando lo necesiten".

Galbiati contactó al mismo amigo, cuya compañía también comercializa y repara ventiladores, y obtuvo el permiso del gobierno italiano para realizar pruebas en las instalaciones de su amigo. Una vez que tuvieron un diseño, obtuvo el permiso del gobierno para construir y probar un prototipo. Luego se acercó al equipo DarkSide-20k.

"Los físicos de partículas son un grupo extraño de personas", dijo Fernando Ferroni, presidente del Instituto Nacional de Física Nuclear de Italia y uno de los principales colaboradores del MVM, así como el director de comunicación del proyecto. "Tenemos una afinidad particular por los problemas intelectuales. ¿Tenemos un problema? Tenemos que resolverlo". Además, agregó, una ventaja de una colaboración global es que siempre hay alguien despierto para que el proyecto avance las 24 horas del día.

El equipo buscó la opinión de anestesiólogos italianos. "Pasaron las últimas cuatro semanas en el frente, en primera línea, atendiendo pacientes, simplemente devastados por esto", explicó Galbiati. "Tienen una experiencia increíble. Saben exactamente lo que hay que hacer para salvar a los pacientes y ayudarlos a recuperarse".

Una característica que sugirieron los médicos es el acceso con un solo botón a los procedimientos para medir parámetros que han demostrado ser cruciales para establecer la mejor ruta de recuperación para los pacientes con COVID-19. "En la mayoría de las máquinas tradicionales, diseñadas para un uso más general, estos procedimientos requieren presionar cinco o seis o siete botones, o cambiar entre diferentes modos de operación", dijo Galbiati.

"Según lo recomendado por el Dr. [Giuseppe] Foti y el Dr. [Giacomo] Bellani del Hospital San Gerardo en Monza, estamos trabajando para implementar funciones avanzadas como la medición con un solo botón de la presión, la presión alcanzada dentro de los alvéolos en el final del ciclo inspiratorio y del 'AutoPEEP', normalmente denominado captura de aire en la fase de exhalación, que puede ser cero para la mayoría de los pacientes sanos o significativamente diferente de cero para los pacientes que tienen obstrucciones en el canal de exhalación, posiblemente generado por secreciones ", dijo.

El equipo MVM ha compartido su diseño a través de los repositorios científicos de código abierto arXiv (pronunciado "archivo") y medRχiv ("archivo med"), tanto para difundir ampliamente el diseño conceptual como para acelerar la retroalimentación de la comunidad científica y médica. En este punto, han avanzado desde la fase de diseño, a través de la fase de prototipo, y en los preparativos para la fabricación en masa. Los materiales para los primeros 1,000 MVM deben llegar en una semana. Están trabajando estrechamente con la Fuerza Aérea de los Estados Unidos, la Administración de Drogas y Alimentos de los Estados Unidos, Health Canada y las agencias reguladoras italianas para asegurar las aprobaciones.

Crear algo que se construya a partir de piezas fácilmente disponibles, que sea simple pero capaz de hacer todo lo que se necesita en la forma de un ventilador, esa era la visión original de Cristian, y creo que está funcionando muy bien", dijo Arthur McDonald, un miembro clave del equipo MVM y ganador del Premio Nobel de Física 2015. Es profesor emérito de física en la Universidad de Queen en Canadá y estuvo en la facultad de Princeton de 1982 a 1989.

McDonald dijo que los primeros ventiladores irán directamente a los hospitales italianos, seguidos en breve por los de E.E.U.U. y Canadá, pero el equipo también espera obtener fondos para construir y distribuir MVM en países que no pueden permitirse el lujo de construirlos. "Todos somos muy conscientes del hecho de que, a largo plazo, las partes menos desarrolladas del mundo serán duramente afectadas por esta epidemia, y habrá una gran necesidad en todo el mundo".
Los colaboradores de Princeton en el MVM incluyen a Peter Elmer, un físico investigador sénior; Bert Harrop, técnico superior en física y el Instituto Princeton de Ciencia y Tecnología de Materiales (PRISM); Andrea Ianni, ingeniera general de Borexino en el departamento de física de Princeton; David Lange, físico computacional; Xinran Li, un estudiante graduado de física; Daniel Marlow, profesor de Física Evans Crawford 1911 de Princeton; Javier Romualdez, investigador postdoctoral en física; Mojtaba Safabakhsh, jefe del grupo de fabricación en la infraestructura técnica y de ingeniería en el Laboratorio de Física de Plasma de Princeton; y Jeff Thompson, profesor asistente de ingeniería eléctrica, facultad asociada en PRISM.

Fuente: https://www.princeton.edu/news/2020/04/09/particle-physicists-design-simplified-ventilator-covid-19-patients

La situación compleja que se ha generado debido a la pandemia del coronavirus ha puesto en marcha, como nunca, iniciativas individuales o de equipos de científicos y tecnólogos enfocadas a encontrar soluciones a los diversos problemas provocados por la enfermedad o los efectos que provoca esta situación.

Buen ejemplo es la rápida secuenciación completa del genoma del COVID-19 que realizaron científicos chinos y publicada el 11 de enero pasado. Esto es importante porque servirá de base para los métodos diagnósticos que se están utilizando en todo el mundo, también para la estrategia de diseño de nuevas vacunas, y para la evaluación de nuevos antivirales.

Por su parte, científicos mexicanos de la Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM), del Instituto Nacional de Enfermedades Respiratorias (INER), del Instituto de Diagnóstico y Referencia Epidemiológicos, y del Instituto Nacional de Nutrición Salvador Zubirán reportan que lograron secuenciar el genoma del Covid-19 del primer paciente que llegó a México con la enfermedad. Y por supuesto, este trabajo científico se sumará a una base de datos internacional donde hasta el momento 22 países diferentes han secuenciado los genomas del virus que se está  presentando en sus territorios. Esto permitirá conocer las especificidades del virus y cómo afecta la salud de las personas que lo adquieran de acuerdo con las características genéticas de la población de cada país y del virus que circule.

Otro ejemplo es un profesor de la Universidad de Sonora (Unison) que- diseñó un ventilador respiratorio, similar al que se emplea en la atención de pacientes del coronavirus COVID-19 en el mundo. El profesor indica que se han comunicado con él desde Argentina y España, para conocer el modelo del ventilador y ha compartido dicha información. Según sus propias estimaciones, una persona podría crear su propio ventilador con un costo menor a los 600 pesos. Por supuesto, el uso de estos equipos debe estar manejando por un médico.

El presente envío en particular nos lo comparte un buen amigo de la UNAM. Se trata de un artículo escrito por Jorge Salazar, publicado el 24 de marzo por el Texas Advanced Computing Center de la University of Texas at Austin y trata de un modelo informático de “todos los átomos de coronavirus” (all-atom coronavirus). Este modelo se basa en el éxito de simulaciones anteriores de todos los átomos del virus de la influenza (all-atom influenza virus). Las simulaciones de dinámica molecular para las pruebas del modelo de coronavirus se ejecutaron en hasta 4,000 nodos, o alrededor de 250,000 de los núcleos de procesamiento en la supercomputadora Frontera. El modelo completo puede ayudar a los investigadores a diseñar nuevos medicamentos y vacunas para combatir el coronavirus.

Rommie Amaro lidera los esfuerzos para construir el primer modelo completo de todos los átomos de la envoltura del coronavirus SARS-COV-2, su componente exterior. "Si tenemos un buen modelo de cómo se ve el exterior de la partícula y cómo se comporta, vamos a obtener una buena visión de los diferentes componentes que están involucrados en el reconocimiento molecular".

El reconocimiento molecular implica cómo el virus interactúa con los receptores de la enzima convertidora de angiotensina 2 (ACE2) y posiblemente otros objetivos dentro de la membrana de la célula huésped.

Amaro es profesora de química y bioquímica en la University of California at San Diego y anticipa que el modelo de coronavirus contendrá aproximadamente 200 millones de átomos, una tarea desalentadora, ya que la interacción de cada átomo entre sí debe calcularse. El flujo de trabajo de su equipo adopta un enfoque de modelado híbrido o integrador.

"Estamos tratando de combinar datos en diferentes resoluciones en un modelo cohesivo que pueda simularse en instalaciones de clase de liderazgo como las supercomputadora Frontera", dijo Amaro. "Básicamente comenzamos con los componentes individuales, donde sus estructuras se han resuelto a una resolución atómica o casi atómica. Cuidadosamente ponemos cada uno de estos componentes en funcionamiento y en un estado estable. Luego podemos introducirlos en la envoltura más grande en simulaciones con moléculas vecinas ".

Del 12 al 13 de marzo de 2020, el laboratorio de Amaro realizó simulaciones de dinámica molecular en hasta 4,000 nodos, o alrededor de 250,000 núcleos de procesamiento, en Frontera. Frontera, la supercomputadora número 5 del mundo y la supercomputadora académica número 1 según la clasificación de noviembre de 2019 de la organización Top500. Es el sistema informático de alto rendimiento de clase líder respaldado por la National Science Foundation.

"Las simulaciones de ese tamaño solo se pueden ejecutar en una máquina como Frontera o quizá en una máquina del Departamento de Energía de EUA", dijo Amaro. "Inmediatamente contactamos con el equipo de Frontera, y ellos han sido muy amables al darnos el estado de prioridad para la evaluación comparativa y tratar de optimizar el código para que estas simulaciones puedan ejecutarse de la manera más eficiente posible, una vez que el sistema esté realmente en funcionamiento".

"Por supuesto que es emocionante trabajar en una de estas máquinas nuevas. Nuestra experiencia hasta ahora ha sido muy buena. Los puntos de referencia iniciales han sido realmente impresionantes para este sistema. Continuaremos optimizando los códigos para estos sistemas ultra grandes para que podamos obtener un rendimiento aún mejor. Diría que trabajar con el equipo de Frontera también ha sido fantástico. Están listos para ayudar y han sido extremadamente receptivos durante este período de tiempo crítico. Ha sido una experiencia muy positiva", dijo Amaro.

"TACC se enorgullece de apoyar esta investigación crítica e innovadora", dijo Dan Stanzione, Director Ejecutivo de TACC e investigador principal del proyecto de supercomputadora Frontera. "Continuaremos apoyando las simulaciones de Amaro y otros trabajos importantes relacionados con la comprensión y la búsqueda de una forma de vencer esta nueva amenaza".

El trabajo de Amaro con el coronavirus se basa en su éxito con una simulación de todos los átomos de la envoltura del virus de la gripe, publicada en ACS Central Science, en febrero de 2020. Ella dijo que el trabajo de la gripe tendrá una notable cantidad de similitudes con lo que ahora están buscando con el coronavirus.

"Es una prueba brillante de nuestros métodos y nuestras capacidades para adaptarnos a nuevos datos y ponerlos en marcha de inmediato", dijo Amaro. "Nos llevó un año o más construir el sobre viral de la influenza y ponerlo en funcionamiento en las supercomputadoras nacionales. Para la influenza, utilizamos la supercomputadora Blue Waters, que en cierto modo fue la predecesora de Frontera. El trabajo, sin embargo, con el coronavirus obviamente está avanzando a un ritmo mucho, mucho más rápido. Esto está habilitado, en parte debido al trabajo que hicimos en Blue Waters anteriormente ".

Amaro concluyó: "Estas simulaciones nos darán nuevas ideas sobre las diferentes partes del coronavirus que se requieren para la infectividad. Y por eso nuestra preocupación es si podemos entender estas características diferentes, entonces los científicos tendrán una mejor oportunidad de diseñar nuevos medicamentos; para comprender cómo funcionan los medicamentos actuales y las posibles combinaciones de medicamentos. La información que obtendremos de estas simulaciones es multifacética y multidimensional y será de utilidad para los científicos en primera línea de inmediato y también a largo plazo. Esperemos que el público entienda que hay muchos componentes y facetas diferentes de la ciencia para avanzar en la comprensión de este virus. Estas simulaciones en Frontera son sólo uno de esos componentes, pero con suerte uno importante y provechoso ".

Fuentes:

https://www.tacc.utexas.edu/-/coronavirus-massive-simulations-completed-on-frontera-supercomputer

https://www.elimparcial.com/mexico/Coronavirus-Logran-cientificos-de-la-UNAM-secuenciar-genoma-de-cepa-mexicana-20200302-0118.html

https://noticieros.televisa.com/ultimas-noticias/coronavirus-profesor-mexicano-crea-respiradores-pacientes-bajo-costo/

Los genomas humanos globales revelan una rica diversidad genética conformada por una compleja historia evolutiva.

El presente artículo, que nos comparte un queridísimo colega, se publicó en el boletín de noticias del Wellcome Trust Sanger Instituten  (WTSI) de la University of Cambridge (UC) el 19 de marzo de 2020. Veamos de quÉ trata…

Un nuevo estudio ha proporcionado el análisis más completo de la diversidad genética humana hasta la fecha, después de la secuenciación de 929 genomas humanos por científicos del WTSI de la UC y sus colaboradores. El estudio revela una gran cantidad de variaciones genéticas no descritas anteriormente y proporciona nuevos conocimientos sobre nuestro pasado evolutivo, destacando la complejidad del proceso a través del cual nuestros antepasados ​​se diversificaron, migraron y se mezclaron en todo el mundo.

El artículo científico, publicado en Science (20 de marzo de 2020), es la representación más detallada de la diversidad genética de las poblaciones mundiales hasta la fecha. Está disponible gratuitamente para todos los investigadores para estudiar la diversidad genética humana, incluidos los estudios de susceptibilidad genética a las enfermedades en diferentes partes del mundo.

La visión consensuada de la historia humana nos dice que los antepasados ​​de los humanos de hoy en día se separaron de los antepasados ​​de grupos extintos de neandertales y denisovanos hace unos 500,000-700,000 años, antes de la aparición de humanos 'modernos' en África en los últimos cientos de miles de años.

Hace unos 50,000-70,000 años, algunos humanos se expandieron fuera de África y poco después se mezclaron con grupos arcaicos de Eurasia. Después de eso, las poblaciones crecieron rápidamente, con una extensa migración y mezcla, ya que muchos grupos hicieron la transición de cazadores-recolectores a productores de alimentos en los últimos 10,000 años.

Este estudio es el primero en aplicar la última tecnología de secuenciación de alta calidad a un conjunto tan grande y diverso de humanos, cubriendo 929 genomas de 54 poblaciones geográficamente, lingüísticamente y culturalmente diversas de todo el mundo. La secuenciación y el análisis de estos genomas, que forman parte del panel del Proyecto de Diversidad del Genoma Humano (HGDP) - CEPH, ahora proporciona detalles sin precedentes de nuestra historia genética.

El equipo encontró millones de variaciones de ADN previamente desconocidas que son exclusivas de una región geográfica continental o principal. Aunque la mayoría de estos eran raros, incluían variaciones comunes en ciertas poblaciones africanas y oceánicas que no habían sido identificadas por estudios previos.

Variaciones como estas pueden influir en la susceptibilidad de las diferentes poblaciones a la enfermedad. Sin embargo, los estudios de genética médica hasta ahora se han realizado predominantemente en poblaciones de ascendencia europea, lo que significa que no se conocen las implicaciones médicas que estas variantes podrían tener. La identificación de estas variantes novedosas representa un primer paso para expandir completamente el estudio de la genómica a poblaciones subrepresentadas.

Sin embargo, no se encontró ninguna variación de ADN en el 100 por ciento de los genomas de ninguna región geográfica importante, mientras que estaba ausente de todas las demás regiones. Este hallazgo subraya que la mayoría de la variación genética común se encuentra en todo el mundo.

El Dr. Anders Bergström, del Instituto Francis Crick y ex alumno del WTSI, dijo: "El detalle proporcionado por este estudio nos permite profundizar en la historia humana, particularmente en África, donde actualmente se sabe menos sobre la escala de tiempo de la evolución de los humano. Encontramos que los ancestros de las poblaciones actuales se diversificaron a través de un proceso gradual y complejo principalmente durante los últimos 250,000 años, con grandes cantidades de flujo de genes entre estos linajes tempranos. Pero también vemos evidencia de que pequeñas partes de ancestros humanos se remontan a grupos que se diversificaron mucho antes que esto".

Hélène Blanché, directora del “Biological Resource Centre” del Centre d'Etude du Polymorphisme Humain (CEPH) en París, Francia, dijo: "Los resultados del Proyecto de Diversidad del Genoma Humano ha facilitado muchos descubrimientos nuevos sobre la historia humana en las últimas dos décadas. Es emocionante ver que con la última tecnología de secuenciación genómica, estos genomas continuarán ayudándonos a comprender nuestra especie y cómo hemos evolucionado".

El estudio también proporciona evidencia de que la ascendencia neandertal de los humanos modernos puede explicarse por un solo “evento de mezcla '' importante, que probablemente involucre a varios individuos neandertales que entran en contacto con humanos modernos poco después de que este último se haya expandido fuera de África.

En contraste, se identificaron varios conjuntos diferentes de segmentos de ADN heredados de denisovanos en personas de Oceanía y Asia Oriental, lo que sugiere al menos dos eventos de mezcla distintos.

El descubrimiento de pequeñas cantidades de ADN neandertal en personas de África occidental, que probablemente reflejen un posterior flujo genético hacia África desde Eurasia, resalta aún más cómo la historia genética humana se caracteriza por múltiples capas de complejidad. Hasta hace poco, se pensaba que solo las personas fuera del África subsahariana tenían ADN de neandertal.

El Dr. Chris Tyler-Smith, recientemente retirado del Instituto Wellcome Sanger, dijo: "Aunque este recurso es solo el comienzo de muchas vías de investigación, ya podemos vislumbrar varias ideas tentadoras sobre la historia humana. Será particularmente importante para una mejor comprensión (de la) evolución humana en África, así como (para) facilitar la investigación médica para la diversidad completa de los ancestros humanos".

Fuente: https://www.sanger.ac.uk/news/view/global-human-genomes-reveal-rich-genetic-diversity-shaped-complex-evolutionary-history

Durante el período Jurásico Medio, la Isla de Skye en Escocia fue el hogar de una próspera comunidad de dinosaurios que deambularon por la antigua costa, según información enviada por un estimado colega sobre un estudio publicado el 11 de marzo de 2020 en la revista de acceso abierto PLOS ONE en un artículo escrito por Paige dePolo, Stephen Brusatte y otros colegas, todos  investigadores de la Universidad de Edimburgo, Escocia.

El Período Jurásico Medio es un momento de gran diversificación evolutiva en muchos grupos de dinosaurios, pero los fósiles de dinosaurios de este período son generalmente raros. La isla de Skye en Escocia es una excepción, ya que nos proporciona fósiles corporales y traza de diversos ecosistemas del Jurásico Medio, y sirve como un lugar valioso para la ciencia paleontológica y el turismo.

En ese documento, dePolo y sus colegas describen dos sitios fósiles recientemente descubiertos que conservan alrededor de 50 huellas de dinosaurios en antiguos pantanos costeros.

Estos incluyen el primer registro en la Isla de Skye de un tipo de huella llamado Deltapodus, probablemente creado por un dinosaurio estegosaurio (con placa).

Estas son las huellas  más antiguas de Deltapodus conocidas, y la primera evidencia sólida de que los dinosaurios estegosaurios eran parte de la fauna del Jurásico Medio de la isla.

Además, las huellas de tres dedos representan múltiples tamaños de terópodos carnívoros tempranos y una serie de otras huellas grandes se identifican provisionalmente como algunas de las pruebas más antiguas de dinosaurios ornitópodos herbívoros de gran calado.

A fin de cuentas, estos dos sitios amplían la diversidad conocida de lo que aparentemente era un ecosistema próspero de dinosaurios del Jurásico Medio en Escocia, incluyendo al menos un tipo de dinosaurio (estegosaurios) no conocido previamente en la región. Estos hallazgos reflejan la importancia de las huellas como fuente de información complementaria a los fósiles corporales.

Además, los autores enfatizan la importancia de volver a visitar sitios previamente explorados; estos nuevos sitios se encontraron en un área que durante mucho tiempo ha sido popular para la prospección de fósiles, pero las rutas fueron reveladas recientemente por la actividad de la tormenta.

El autor principal, dePolo, dice: "Estos nuevos sitios de pistas nos ayudan a tener una mejor idea de la variedad de dinosaurios que vivieron cerca de la costa de Skye durante el Jurásico Medio que lo que podemos obtener del registro fósil del cuerpo de la isla. En particular, las pistas de Deltapodus dan buena evidencia de que los estegosaurios vivían en Skye en este momento".

El autor Brusatte agrega: "Estas nuevas pistas nos dan una imagen mucho más clara de los dinosaurios que vivieron en Escocia hace 170 millones de años. Sabíamos que había saurópodos gigantes de cuello largo y carnívoros del tamaño de un jeep, pero ahora podemos agregar estegosaurios con respaldo de placa a esa lista, y tal vez incluso primos primitivos de los dinosaurios con pico de pato también. Estos descubrimientos están haciendo de Skye uno de los mejores lugares del mundo para comprender la evolución de los dinosaurios en el Jurásico Medio.".

Fuente: https://phys.org/news/2020-03-dinosaur-stomping-ground-scotland-reveals.html