Educación matemática y guayaba paujía, investigaciones de la UNAL que representarán a Colombia en Perú

 Los estudiantes Juan David Grass Cáceres y Diana Marcela Rodríguez Solano, adscritos a semilleros de investigación de la Universidad Nacional de Colombia (UNAL) Sede Orinoquia, representarán a Colombia en el Encuentro de Círculo de Semilleros de Investigación y en Expo Esi Amlat 2024, eventos que se realizarán en Lima (Perú). Este logro destaca la calidad de las investigaciones que se desarrollan en la región, el compromiso de los estudiantes por innovar y su impacto en la comunidad científica mundial.

La participación en estos eventos internacionales es una oportunidad única para los estudiantes de Química y Matemáticas de la UNAL, ya que gracias a los encuentros previos organizados por la Fundación Red Colombiana de Semilleros de Investigación (RedCOLSI), los alumnos Grass y Rodríguez fueron seleccionados y ahora tienen la posibilidad de representar a Colombia y compartir sus investigaciones en guayaba paujía y educación matemática, respectivamente, en el ámbito internacional.

En el evento regional de la RedCOLSI los jóvenes obtuvieron una destacada calificación para el nodo de Orinoquia y Amazonia, lo que les permitió avanzar al evento nacional realizado en Cartagena en octubre de 2023; allí, donde competían con más estudiantes y sus investigaciones de colegios, el SENA, y universidades públicas y privadas, demostraron nuevamente su excelencia y fueron seleccionados entre los mejores puntajes para representar a Colombia internacionalmente; su capacidad para sustentar sus proyectos de investigación y la novedad de sus propuestas fueron fundamentales para obtener este reconocimiento.

Los innovadores proyectos

En el caso del Semillero de Investigación de la Universidad Nacional Sede Orinoquia (SIUNOR), orientado por la profesora Mary Montaño, el proyecto desarrollado por sus integrantes se centra en el potencial antioxidante de la guayaba paujía –una especie nativa de la región– y sus posibles beneficios para la salud.

En la pasada competencia nacional las investigaciones sobre esta fruta fueron sustentados por los estudiantes Juan David Grass, de la Facultad de Ciencias de la UNAL Sede Bogotá, y Nathaly Roxana Escobar Moreno, de la Facultad de Ciencias de la UNAL Sede Medellín, quienes obtuvieron uno de los mejores puntajes. Para el próximo evento internacional será Juan David quien expondrá la novedosa investigación en representación de su equipo y del país.

Las propiedades antioxidantes de la guayaba paujía tienen importantes implicaciones para la salud humana y el desarrollo agrícola de la región, por lo que la investigación para descubrir sus beneficios antioxidantes promovería su consumo y contribuiría a prevenir enfermedades relacionadas con el envejecimiento celular y el estrés oxidativo.

En cuanto al semillero Germinando Curiosidades Sede Orinoquia –orientado por los docentes Jesús Berdugo y Vladimir Angulo–, sus integrantes han desarrollado un proyecto de investigación centrado en la implementación de procesos didácticos en la educación matemática, como respuesta a las dificultades que enfrentan los estudiantes de primer semestre de la UNAL en el aprendizaje de temas como ecuaciones e inecuaciones; este será sustentado por la estudiante Rodríguez en Expo Esi Amlat 2024.

La propuesta de implementar procesos didácticos alternativos –como la codificación dual y el triángulo lógico– busca no solo abordar las dificultades en el aprendizaje, sino también fomentar la reflexión y la generación de conocimiento entre los estudiantes, pues los resultados obtenidos evidencian que la aplicación de estos procesos didácticos constituye una herramienta invaluable para apoyar la enseñanza de temas complejos en la educación superior.

Promoción del talento universitario

La participación en eventos internacionales no solo reconoce el talento y la dedicación de los estudiantes, sino que también contribuye a su formación integral. La experiencia de presentar sus investigaciones ante un público internacional y recibir retroalimentación de expertos en el campo fortalece sus habilidades académicas y la confianza en sí mismos.

El éxito previo de los estudiantes del SIUNOR y del Semillero Germinando Curiosidades en eventos de investigación nacionales resalta el compromiso de la UNAL Sede Orinoquia con el desarrollo científico y tecnológico de la región. Las investigaciones en matemáticas y biotecnología y productos naturales no solo impulsan la educación y economía local, sino que además posicionan a Colombia como un referente mundial en innovación.

Con el respaldo de la UNAL y el apoyo de la comunidad académica, los estudiantes se están preparando para enfrentar nuevos desafíos y seguir contribuyendo al avance científico y al bienestar de la sociedad; su participación en eventos científicos internacionales es solo el comienzo de una carrera prometedora en el campo de la investigación y la innovación.

Arquitectura multifamiliar afronta desafíos en zonas céntricas de las ciudades latinoamericanas

 Falta de vivienda asequible, expansión urbana descontrolada, desigualdad social y segregación, junto con problemas de movilidad urbana, son algunos de los desafíos que afronta São Paulo, una de las ciudades más pobladas de Brasil. En respuesta a esta problemática –que se vive especialmente en el centro de la ciudad–, la arquitecta Marta Mata Moreira y algunos de sus colegas adelantan proyectos innovadores para transformar la vida urbana y abordar las necesidades habitacionales de la población mediante mejoras en la arquitectura multifamiliar. Sus aportes se presentaron en el Seminario Internacional de Arquitectura, organizado por la Universidad Nacional de Colombia (UNAL) Sede Manizales.

La arquitectura multifamiliar en territorios poblados ofrece la ventaja de albergar múltiples viviendas independientes dentro de un mismo edificio, maximizando el uso del suelo y proporcionando eficiencia energética, ya que se comparten paredes.

Además promueve la creación de comunidades más cohesionadas al compartir espacios comunes donde incluso los costos de mantenimiento pueden ser distribuidos entre los residentes.

Sin embargo también existen desafíos, como posibles problemas por ruido y privacidad por la proximidad de las unidades, lo mismo que en la gestión y el mantenimiento complejos que requieren un enfoque cuidadoso para garantizar una experiencia positiva para todos los residentes.

Con 22,8 millones de habitantes, 19 millones ubicados en la región metropolitana, en 2023 São Paulo registraba 32.500 personas sin hogar, dato que evidencia la necesidad de crear políticas efectivas para abordar la vivienda y la inclusión social. Pese a ello, esta ciudad del sureste brasileño es un vibrante centro económico, cultural y financiero muy importante en la región y en todo el continente.

Para la reconocida arquitecta Moreira estos puntos fueron clave en su conferencia “Tantas casas sin gente y tanta gente sin casas”, que dictó en el Seminario Internacional de Arquitectura al hablar de la forma de habitar y de la construcción del lugar.

“Las viviendas multifamiliares han emergido como una solución innovadora para abordar la escasez de viviendas y revitalizar áreas urbanas subutilizadas. Hemos liderado proyectos que aprovechan la topografía accidentada de la ciudad, como las montañas, para crear comunidades habitables en terrenos antes desaprovechados”, señala la experta.

Así, la población se ha beneficiado de diversas maneras; en primer lugar, se proporciona acceso a viviendas en áreas urbanas densamente pobladas, permitiendo que más personas vivan y trabajen en el corazón de la ciudad sin tener que desplazarse largos trayectos pasando varias horas de un punto a otro; además de la integración de servicios públicos y espacios comunitarios en el diseño urbano. “No se trata de edificar hacia arriba, también es mejorar la calidad de vida al ofrecer acceso conveniente a servicios como educación, salud y recreación cercanos a estos sectores, en donde se adecuen espacios como parques o ciclorrutas”, dijo.

Al hablar de los desafíos y soluciones, la experta considera fundamental la coordinación entre las autoridades municipales y la comunidad para garantizar el uso adecuado de los espacios y servicios. También es importante abordar las preocupaciones de los residentes y asegurar su participación en el proceso de diseño y desarrollo urbano.

“En este proceso también entra en juego la contribución de las comunidades locales, y sobre todo en la implementación de diseños flexibles adaptables a las necesidades cambiantes de la población. No fue lo mismo construir hace 10 o 20 años que ahora, los modos de habitar también tienen una incidencia en la arquitectura”.

“La arquitectura contemporánea está experimentando una notable transformación en la elección de materiales de construcción, y el acero se está destacando como una opción cada vez más popular, cambio que no es solo estético sino que representa una serie de bondades como la flexibilidad del material, adaptable a varios usos, facilitando modificaciones o ampliaciones durante la obra o incluso después de construido”, destacó la investigadora.

Además el acero es un material durable y resistente que proporciona una seguridad estructural superior a riesgos naturales como los terremotos. El proceso de fabricación del acero es más eficiente en términos energéticos y emite menos gases de efecto invernadero que otros materiales de construcción tradicionales, y se desperdicia menos material.

Durante el Seminario también se destacó que en São Paulo y Manizales la construcción sobre topografía accidentada presenta desafíos únicos como la inclusión de rampas en las viviendas evitando el uso de elevadores o escaleras poco prácticas y que no permiten conectar el edificio con sus ocupantes; incluso garantiza la movilidad en el interior del espacio cuando hay personas con discapacidad.

“La inclusión de rampas en el diseño urbano de viviendas multifamiliares contribuye a la integración social al garantizar que todos los residentes puedan participar plenamente en la vida comunitaria”, concluyó.

Sierra Nevada de Santa Marta, primer sitio del mundo con aves exclusivas de la región

 Atrapamoscas, hojarasquero, tapaculo, rastrojero, hormiguero, pinzón y tangara son los pájaros que gracias a su aislamiento hoy habitan la Sierra Nevada de Santa Marta, considerada como el centro de endemismo continental de aves más importante del mundo: alberga 36 especies y 55 subespecies que no habitan en ningún otro lugar del planeta. Así se dio a conocer en el foro “Entre aves perdidas, endémicas y amenazadas: hacia la conservación ornitológica del Cesar”, realizado en la Universidad Nacional de Colombia (UNAL) Sede de La Paz.

“La Sierra es como una isla, pero como es una montaña, en vez de estar rodeada de mar lo está de zonas muy secas de la Costa Caribe: el valle del Cesar y la región del Cinturón árido pericaribeño (La Guajira, Magdalena y Cesar), que aunque no son como un desierto, sí son muy similares”, explicó el ecólogo Esteban Botero Delgadillo, director de Ciencia de la Conservación de la Fundación Selva.

En medio de este ecosistema se levantan bosques húmedos. “Es una montaña que se separó de los Andes hace ya varios millones de años. Allí, en un espacio muy reducido, existe gran variedad de pisos térmicos, exposiciones al sol, humedades y ecosistemas, con una diversidad única que no hay en ningún otro lugar de Colombia ni en el resto del continente”.

“Lo interesante de los endemismos en la Sierra a es que, en el caso de las aves, ocurren especialmente entre los 1.800 y 3.300 msnm, y hay otras pocas especies que habitan entre los 800 y 1.800 msnm”.

“Podríamos decir que esas especies son muy particulares y especiales porque justo en esa franja de elevación ocurre la mayor parte de la transformación de la expansión agrícola, porque allí se concentran principalmente la producción de cacao y de café”.

Entre sus recomendaciones para propender por la conservación de las aves está hacer más amigable la biodiversidad, que en últimas será lo más conveniente para los productores y dueños de tierras.

“Con una tierra mejor manejada, por ejemplo con árboles en vez de pasto totalmente abierto, con un sistema silvopastoril o un sistema agroforestal, se protegerán el suelo y las fuentes de agua. Esto ayudará tanto a mantener corredores de árboles para que todos los animales se muevan por la Sierra como a reducir los niveles de agroquímicos que se usan; por ende, si no se contaminan el suelo y las fuentes de agua habrá mejores productos como el cacao y el café, que tendrán más posibilidades de ser un producto de alta calidad, atractivo para mercados donde le podrían pagar mejor”, enfatizó el ecólogo.

Por su parte, el docente Carlos Esteban Lara, de la UNAL Sede de La Paz, anotó que, “por definición, el endemismo se entiende como especies que solo están en un espacio geográfico definido. Como sus rangos de distribución son tan pequeños, los animales se vuelven muy  vulnerables a la extinción. Ante una eventual catástrofe (incendio, tormenta, o incluso una transformación del uso del suelo, como deforestación o transformación de los bosques) estas especies desaparecerían para el planeta, por eso es importante conocerlas para favorecer y proponer estrategias para su conservación”.

A su turno, la bióloga Eliana Fierro Calderón, deInternational Conservation Project Officer, indicó que como la Sierra Nevada de Santa Marta está en el norte de la Costa Caribe, es importante para las aves migratorias que cruzan el océano desde Estados Unidos para buscar alimento y reponerse, bien sea para quedarse allí o para seguir el camino hacia el resto de Suramérica.

También expuso las principales amenazas que existen para las aves, entre ellas la deforestación para ampliar la frontera agrícola y ganadera o para transformar el hábitat; el cambio climático, que afecta especialmente a las especies de montaña por los aumentos de temperatura; y la cacería y el tráfico ilegal, que afecta a algunas especies grandes.

Las aves son amenazadas por diferentes causas, pero la Unión Internacional para la Conservación de la Naturaleza evalúa si hay declive poblacional medido o sospechado; según el rango de distribución de la especie qué tan espaciado está donde se encuentra, si es un área muy grande o si es un área muy pequeña; el tamaño de la población o el número de individuos; y otros criterios, que son un poco más complejos, pero a veces involucran la combinación de los anteriores.

 

Desechos industriales, materia prima para fabricar cerámica

 Los lodos galvánicos, considerados como residuos peligrosos por su alto contenido de metales pesados –entre ellos cromo, níquel y cobre–, ahora tienen un nuevo uso como materia prima en la industria cerámica, ya que sirven como encapsulantes de metales y pigmento al mismo tiempo. Estos desechos se generan en procesos en los cuales se depositan capas de metal sobre otro material para protegerlo de la corrosión, como en la fabricación de automóviles o tuberías.

En Colombia el uso de la cerámica se remonta a miles de años atrás, cuando las primeras culturas precolombinas usaban la arcilla –esa tierra especial, suave y moldeable cuando está húmeda– para fabricar vasijas, utensilios, instrumentos musicales y otros objetos, con sus propias manos. Con el tiempo, este material se ha utilizado para construir casas, como la famosa Casa Terracota en Villa de Leyva, considerada como la obra de cerámica más grande del mundo.

La arcilla surge del desgaste natural que experimentan las rocas con el tiempo y el agua. Aunque con frecuencia se conoce por su color ocre, también puede ser blanca, roja, gris, verde e incluso negra, según los minerales que contenga.

Jhon Jairo Castañeda Bocanegra, doctor en Ingeniería - Ciencia y Tecnología de Materiales de la Universidad Nacional de Colombia (UNAL), le dio un nuevo valor al lodo galvánico producido en la industria, que al desecharse de forma inadecuada puede generar contaminación ambiental porque contiene metales pesados como cromo, níquel y cobre.

Las empresas galvanoplásticas que operan en Bogotá –como las dedicadas a metalización, anodizado, cromado y niquelado, entre otras– están obligadas a cumplir con la Resolución 2115 de 2007 y demás normas ambientales vigentes que exigen el tratamiento previo de sus aguas residuales antes de verterlas al sistema de alcantarillado público.

En dicho tratamiento se eliminan sólidos suspendidos, materia orgánica y metales pesados y los lodos generados por este proceso se deben eliminar de manera adecuada.

No se compromete la calidad de las baldosas

La fase experimental de esta investigación se hizo con lodos procedentes de una planta de tratamiento de aguas residuales (PTAR) de procesos galvánicos con altos contenidos de cromo, níquel y cobre. Consistió en una serie de experimentos que evaluaron la viabilidad de incorporar los lodos galvánicos en la producción de cerámica, los cuales incluyeron pruebas de mezclado de estos desechos con arcilla en diferentes proporciones, y además se determinaron los parámetros óptimos de procesamiento.

Mediante un proceso ingenioso, los lodos se incorporan a la arcilla utilizada en la fabricación de productos cerámicos, actuando como un agente encapsulante de los metales pesados y previniendo su liberación al medioambiente. “Esto significa que el producto final, la baldosa cerámica, no libera metales nocivos”, señala el investigador.

Como parte del proceso se crearon piezas para pisos y paredes que ya habían sido procesadas, y luego de pasar por el horno se caracterizaron y se llevaron a la fase de evaluación, que contemplaba pruebas de resistencia mecánica, absorción de agua, densidad, porosidad y análisis microestructural para entender cómo la incorporación de los lodos afectaba las propiedades finales de los productos.

Como resultado de esas pruebas se demostró que esta nueva formulación puede representar hasta un 8 % del material utilizado en la producción cerámica sin comprometer la calidad del producto final. El experto subraya que esto no solo reduce los costos de eliminación de los desechos, sino que “también contribuye a la economía circular, al reutilizar materiales previamente considerados como residuos”.

Un aspecto destacado de la investigación es el impacto potencial en la reducción del consumo de pigmentos tradicionales utilizados en la industria cerámica. “Después de incorporar los lodos galvánicos en la matriz cerámica se evidenció un cambio en el color de los productos, lo que significaría disminuir el uso de pigmentos costosos –como el óxido de manganeso– para obtener tonos oscuros”, destaca.

La investigación aporta una solución sostenible para el manejo de desechos industriales. Así se disminuirían los costos de disposición final de los lodos galvánicos y se reduciría el consumo de pigmentos inorgánicos tradicionales, que además son costosos.

Con pequeños cristales que capturan la luz se potenciaría la computación

 Avances como fibra óptica que lleva la información más rápido, computadores que procesan velozmente los datos, cámaras con una nitidez incomparable y muchos más llegan con la cuántica, pero en especial con los cristales fotónicos, diminutos materiales que juegan con la luz como quieren y con los que un físico de la Universidad Nacional de Colombia (UNAL) descubrió la forma en que, dentro de ellos, átomos de elementos como silicio o germanio potencien la tecnología como nunca antes.

Los cristales fotónicos –que miden milmillonésimas partes de un metro– están presentes en la naturaleza, entre los ejemplos más comunes están el ópalo y las alas de algunos escarabajos o mariposas. El ópalo es una sustancia similar a los minerales que también conforma rocas de colores iridiscentes, o sea que cambian según el ángulo. Por su parte estos insectos tienen tonos luminosos y variables cuando se mueven con el viento.

También se fabrican en los laboratorios más especializados, pues dentro de sus propiedades guardan algo llamado “periodicidad”, y quizá le suene como algo que se repite o tiene intervalos definidos, y sí, básicamente es eso, en su estructura tienen una serie de orificios con distancias iguales, que son la base para que puedan “jugar” con la luz.

Para entender este proceso, tal vez valdría la pena devolverse un poco, a inicios del siglo XX, cuando recién se estaban estudiando las capacidades de algunos materiales para conducir la electricidad, y por ende los electrones, que son la materia prima de la electricidad; de ahí nació la electrónica, rama de la física aplicada gracias a la cual usted puede estar leyendo esta nota en su celular o computador.

No obstante, alrededor de 1987 los científicos se preguntaron si se podía hacer lo mismo con los fotones, que en este caso son los “legos” de la luz, y lo que descubrieron fue sorprendente, pues la respuesta estaba en pequeños cristales que podían variar en tamaño e intensidad, y a los que le denominaron “fotónicos”, por obvias razones.

Sin embargo, son más las preguntas que las certezas, y eso lo sabe bien el doctor en Física Erik Petrovish Navarro Barón, quien puso a prueba sus conocimientos teóricos para resolver ecuaciones que por mucho tiempo han tratado de describir estos fenómenos, las de James Clerk Maxwell para el estudio de las ondas electromagnéticas, y la de Erwin Schrödinger, para la cuántica, una rama de la física que se abre paso y es fundamental para que la tecnología vaya a pasos tan rápidos que su impacto en el mundo y la vida cotidiana sea inevitable.

Según el doctor Navarro, “con los años ha existido un problema para los cristales, y es que no se ha logrado que átomos, que liberan energía y por ende luz, puedan ser almacenados en su interior, lo cual facilitaría que los fotones potencien el dispositivo en el que se encuentran, ya sea la fibra óptica, el procesador del computador o un láser especializado”.

De cierta manera es como si el dicho popular “no se pueden ni ver”, aplicara para los átomos, pues cuando están a solo 2 nanómetros de distancia, la luz que emiten no deja que se comuniquen, pero esto cambia cuando están al interior de un cristal fotónico.

El investigador determinó que al estar en su interior hay una interacción que no se había comprobado, y se conservan las propiedades lumínicas de los átomos; un hito para los estudios físicos y teóricos de estos materiales, pues si hay intercambio de energía, quiere decir que los cristales son una capa que permite que los estados cuánticos se manifiesten, es decir, que la luz que emiten sea el recurso para que la información viaje más rápido en los dispositivos en los que se almacenan.

Pero usted se preguntará, ¿cómo se crean los cristales fotónicos?, aunque la respuesta es muy sencilla, el proceso no. Se toma un material base, que puede ser silicio, germanio o arseniuro de galio, y por medio de técnicas de litografía (convertir una forma a un tamaño de micrómetros o nanómetros), se van construyendo capas o laminas diminutas, y encima de ellas se ponen las indicaciones del tipo de cristal que se quiere obtener y se hacen los hoyos.

“Esto es importante porque según el tamaño y el orden se aplicará a tecnologías distintas, y que la velocidad de la luz se controle en diferentes grados, lo que permitiría que la aplicación esté mejor orientada en instrumentos como sensores o láseres”, indica.

Añade que aunque en Colombia se han estudiado teóricamente aplicaciones en sensores, no se cuenta con la tecnología para fabricar los cristales, por lo que aportar desde el entendimiento y la resolución de ecuaciones es un precedente para seguir desarrollando esta ciencia en el país.

La investigación se realizó con el apoyo y la guía de los profesores Herbert Vinck Posada, del Departamento de Física de la UNAL, y Alejandro González Tudela, del Instituto de Física Fundamental del CSIC (España).

Redes inalámbricas y fibra óptica mejorarían conectividad en las telecomunicaciones.

 El diseño y pruebas de un prototipo que combina elementos electrónicos y ópticos, como láseres o diodos emisores de luz (oscilador optoelectrónico), demuestra una capacidad de transmisión de hasta 41 kilómetros más allá del lugar de origen. Además, mediante la implementación de un enlace inalámbrico, su alcance puede superar dicha distancia. El hallazgo representa un aporte importante a la creciente necesidad de mejorar los sistemas de comunicación existentes.

La creciente demanda en los servicios de telecomunicaciones se ha visto impulsada por la necesidad de conectividad de una variedad de dispositivos, desde electrodomésticos como lavadoras y televisores hasta el transporte de imágenes médicas de pacientes, lo cual ha llevado a una mayor carga en los sistemas de comunicación, exigiendo un ancho de banda más amplio y una gestión más eficiente del espectro, un recurso escaso.

Todas las características mencionadas demandan un mayor ancho de banda, que no alcanza a ser suministrado por las actuales tecnologías de acceso inalámbrico, por lo que se requiere el uso de frecuencias más altas. Por ejemplo, según la Comisión de Regulación de Comunicaciones para diciembre de 2022, las conexiones de internet móvil alcanzaron los 40,11 millones con un crecimiento de 5,7 % respecto a 2021, ogotá, Cartagena y Armenia son las ciudades que lideran en descargas y conectividad de usuarios.

Elkin Andrés Ladino Ordoñez, magíster en Ingeniería De Telecomunicaciones de la Universidad Nacional de Colombia (UNAL), menciona que, “esta necesidad de mejorar los sistemas de telecomunicaciones ha llevado a explorar nuevas soluciones, presentándose las redes basadas en fibra óptica como una buena alternativa. Gracias a ellas se alcanzan anchos de banda del orden de los terahertz (THz) con velocidades del orden de los Gigabits por segundo (Gbps)”.

Sin embargo, las aplicaciones finales requieren consumir servicios de forma móvil, disfrutando de la misma experiencia, sin estar conectados a una red fija.

En ese sentido, anota que, “los sistemas de radio sobre fibra óptica (radio–over–fiber, ROF), integran las ventajas de ambas tecnologías: las fibras ópticas y las redes inalámbricas, y están siendo utilizados para satisfacer el enorme crecimiento en la industria de las telecomunicaciones, en especial en el servicio de datos inalámbricos”.

Precisamente, su propuesta consiste en la incorporación de un oscilador optoelectrónico en un sistema de radio que aporta estabilidad mediante una señal de referencia constante.

En general, los osciladores son componentes esenciales en el mundo de la electrónica, ofreciendo una amplia variedad de soluciones para diferentes aplicaciones. Desde generar señales para radios hasta mantener la hora exacta en un reloj, su presencia es omnipresente. Y un oscilador optoelectrónico se usa en tecnologías de comunicación óptica, sensores y en investigaciones científicas avanzadas

La señal constante se traduce en una mejora significativa del rendimiento general de la red combinada. Según el investigador, al unir la velocidad de transmisión eficiente de la fibra óptica con la flexibilidad de las redes inalámbricas, se logra una sinergia que optimiza la eficiencia del sistema y, al mismo tiempo, satisface la creciente demanda de conectividad en la era actual.

Simulación

Para el desarrollo de su investigación, el magíster realizó la evaluación del sistema de radio sobre fibra, para lo cual utilizó equipos de radio especializados conocidos como Universal Software Radio Peripheral” (USRP), dispositivos con capacidad para generar señales de comunicación digital, que suelen ser utilizadas en este tipo de estudios.

Luego de lograr el funcionamiento del oscilador optoelectrónico y tener en marcha el sistema de radio sobre fibra, realizó la integración de los dos sistemas con lo que obtuvo inicialmente una señal en la frecuencia de 5.8 gigahercios (GHz).

 “Para simplificar el proceso, transformé esta señal en una de banda baja, lo que significa que se redujo su frecuencia para facilitar la transmisión. Posteriormente, utilicé el oscilador optoelectrónico, ayudado por un mezclador, para elevar esta señal previamente reducida”, explica.

En el sistema de radio sobre fibra desarrollado utilizó tres tipos de modulación digital. La primera de ellas es la modulación por cuadratura de fase (QPSK), seguida por la modulación por cuadratura en 16 (QAM) y, por último, la modulación con cuadratura en 64 QAM.

Tales técnicas trabajan con símbolos, donde cada símbolo lleva consigo información codificada. Es importante destacar que, si bien la modulación 64 QAM permite transmitir una mayor cantidad de información, presenta la desventaja de tener un alcance limitado y ser más susceptible a interferencias externas como ruido, luz o vibraciones.

“Dicha característica la hace más propensa a perturbaciones que puedan afectar la calidad de la comunicación. La elección entre estas modulaciones depende, por lo tanto, de consideraciones específicas de rendimiento y entorno para lograr una transmisión eficiente y confiable”, indica el magíster.

Entre los hallazgos del trabajo se encuentra que el diseño del sistema integrado alcanzó límites notables en la conexión de fibra óptica. La distancia máxima de transmisión alcanzada fue de 41 kilómetros para la señal de QPSK, 30 kilómetros para la señal de 16QAM y 18 kilómetros para la señal de 64 QAM.

Esto significa que el sistema diseñado permite transmitir la señal hasta 41 kilómetros más allá del lugar de origen. Además, la posibilidad de extender esta distancia se da mediante la implementación de un enlace inalámbrico.

Cabe mencionar que el oscilador es una tecnología aún se encuentra en una fase experimental, lo que implica algunas variaciones y la señal generada no es completamente estable al 100 %. No obstante, es relevante destacar que, a pesar de estas limitaciones, su señal es más estable en comparación con las señales electrónicas comúnmente utilizadas en la actualidad.

Novedosa herramienta predice comportamiento de suelos residuales

 En la actualidad es difícil predecir con exactitud cómo se comportará un suelo residual, es decir aquel que se forma cuando la roca sufre un proceso de degradación en sitio dando lugar a la formación de suelo. El modelo Hypoplastic Clay permite saber si es adecuado trabajar en este tipo de materiales o si existe riesgo de colapso, deslizamientos, o deformaciones, entre otros fenómenos.

“Los suelos residuales se diferencian de los sedimentarios porque los segundos se dan por acumulación de materiales, bien sea por deslizamientos, transporte fluvial o glaciaciones”, explica Daniel Fernando Valencia Cifuentes, magíster en Ingeniería - Geotecnia de la Universidad Nacional de Colombia (UNAL) Sede Medellín.

El comportamiento de este material dependerá de sus características físicas y resistencias particulares. “Como en el país no existe una herramienta para predecir este comportamiento específico –como sí las hay para predecir el de suelos sedimentarios–, nos propusimos encontrar una que le permita a cualquier diseñador, ingeniero o persona que vaya a trabajar en obras geotécnicas conocer con mayor precisión los problemas a los que se podría enfrentar, aumentando la capacidad predictiva del comportamiento de los materiales”, señala el investigador.

Así pues, indagó entre herramientas existentes con el fin de encontrar una que lograra modelar con precisión lo previamente mencionado. “Buscamos que fuera un trabajo práctico, sencillo, que cualquiera pudiera usar. Esto porque a nivel local no vamos a encontrar muchas empresas que hagan este tipo de modelaciones hoy, especialmente porque se requiere un músculo computacional muy robusto para el procesamiento y análisis de datos. Entonces entre más asequible fuera, mucho mejor”, explica.

Los tres modelos probados fueron: Modified Cam Clay, el más antiguo de los tres y uno de los más usados en el medio; Hardering Soil Model (HS-Small), que es un poco más complejo porque permite capturar más detalles del comportamiento del suelo, e Hipoplastic Clay, que siendo asequible también es muy completo.

“Con este último, por considerar tantos aspectos del comportamiento de los materiales, presentimos que podía funcionar con suelos residuales, incluso pese a haber sido desarrollado para suelos sedimentarios, y así fue; ese fue el ‘ganador’”, cuenta.

El modelo trabaja con parámetros específicos y valores numéricos relacionados con el ángulo de fricción, la cohesión del material y la rigidez inicial, entre otros.

“La mayoría de estos parámetros se obtienen en la etapa experimental de calibración, es decir, al pasar por análisis de campo o laboratorio. Así se determinan sus características y luego su propio comportamiento. Esta fase experimental en específico fue desarrollada por el ingeniero Diego Iván  Galeano para su tesis doctoral, tomando un suelo residual de Caldas, en el sur del Valle de Aburrá”.

La herramienta “ganadora” funciona en el software especializado Plaxis 2D, que aunque es pago sigue siendo asequible y ampliamente conocido en el medio. “El modelo sí está publicado de forma gratuita, incluso hay papers que respaldan y explican cada detalle de su funcionamiento y cómo implementarlo en rutinas numéricas. Además es posible contactar por correo a su autor, profesor de la Universidad Charles de Praga. Las facilidades son muchas”, agrega.

También se aplicó la metodología matemática “análisis inverso”, que, a grandes rasgos, permite evaluar de forma iterativa los parámetros constitutivos antes mencionados.

“Dichos parámetros se integraron de forma repetitiva hasta que llegaron a una solución numérica que coincidió con los resultados de la campaña experimental en laboratorio. Así es mucho más sencillo calibrar el modelo y prescindir de la ejecución de algunos ensayos de laboratorio –que suelen ser costosos–, pues el ‘análisis inverso’ por sí mismo permite conocer el parámetro necesario”.