Para evitar tragedias, con algoritmo se diseñarían “amortiguadores” para edificios

 Fenómenos naturales como los sismos o las ráfagas de viento pueden ser una amenaza para construcciones como casas y edificios, ocasionando en los casos más extremos desplomes y tragedias humanas. Investigadores de la Universidad Nacional de Colombia (UNAL) Sede Medellín comprobaron que es posible diseñar de forma rápida y precisa mediante un algoritmo cultural, un dispositivo amortiguador eficiente llamado inerter que reduce hasta un 50 % la respuesta de edificaciones de mediana altura.

Un poco más del 80 % del territorio colombiano está clasificado bajo amenaza sísmica alta e intermedia, en ciudades como Popayán, Pasto, Manizales, Medellín y Bogotá, pues el país se encuentra sobre el Cinturón de Fuego del Pacífico y muchas de sus construcciones no cumplen con la normativa de sismorresistencia promulgada a partir de 2010.

Por eso el grupo de investigación del Centro de Proyectos e Investigaciones Sísmicas de la Facultad de Minas de la UNAL Sede Medellín estudia cómo reducir los efectos de estos fenómenos sobre las estructuras, explorando y mejorando distintos dispositivos.

Uno de sus trabajos más recientes consistió en mejorar la metodología para diseñar un dispositivo llamado amortiguador sintonizado inerter (tuned inerter damper), cuyo efecto es “amplificar” de forma aparente la masa del edificio en el que esté instalado, de manera que la energía que lo impacte por fenómenos como un temblor se disipe sin generar daño.

“De manera sencilla podemos explicar este efecto así: si una persona de 120 kg choca con una de 50 kg podría hacerle mucho daño, pero si la persona más pequeña tuviera incorporado el dispositivo, podría simular una masa más grande, como si pesara 650 kg, lo que haría menos severo el impacto. Más o menos esto es lo que hace el inerter en las edificaciones, les otorga una masa aparente”, explica el ingeniero civil Sebastián Echavarría Montaña, candidato a Doctor en Ingeniería e integrante del grupo de investigación.

Proceso más rápido, preciso y confiable

“Tradicionalmente el diseño de este tipo de amortiguadores implica realizar experimentos y búsquedas exhaustivas, combinaciones, cálculos matemáticos y pruebas de ensayo y error. Con el algoritmo logramos automatizar el proceso y obtuvimos los parámetros óptimos de diseño de forma más rápida, precisa y confiable”, destaca el investigador.

Aunque un algoritmo cultural funciona a partir de ecuaciones, está inspirado en la manera como se fortalece una cultura: algunos individuos ganan conocimiento y experiencia y se vuelven líderes para extender entre otros lo que han aprendido. Así, el programa toma los datos y los “guía” arrojando los mejores parámetros.

Los investigadores –entre ellos Yamile Valencia González, del Departamento de Ingeniería Civil de la UNAL Sede Medellín– tomaron como caso de estudio las características reales de un edificio de 12 pisos ubicado en Medellín.

“Partiendo de los ‘prediseños’ obtenidos con el algoritmo evaluamos 4 alternativas de control con 1, 2, 3 y 4 amortiguadores, y aplicamos diferentes movimientos del terreno”, precisa el profesor Luis Augusto Lara Valencia, adscrito al Departamento de Ingeniería Civil.

Así comprobaron que el algoritmo cultural sí se puede utilizar como “asistente”, con una efectividad significativa y reduciendo hasta en un 50 % las vibraciones, sobre todo al utilizar múltiples amortiguadores.

Pequeño pero poderoso, ideas a futuro

Una de las ventajas del algoritmo es su tamaño, ya que según cálculos hechos a partir de la teoría, un dispositivo con una masa de 1 kg sería capaz de producir fuerzas inerciales del orden de 200, es decir lo que produciría uno de 200 kg.

“Ahora bien, su diseño, qué tanta rigidez debe tener o dónde ubicarlo, requiere resolver un problema de optimización de forma computacionalmente eficiente y precisa. Por eso nos propusimos implementar el algoritmo cultural, para que asistiera a los ingenieros en las fases previas a la fabricación e instalación”, agrega el candidato a doctor.

A futuro el grupo tiene previsto construir prototipos para hacer pruebas experimentales en modelos reducidos. “Estamos trabajando con el Laboratorio de Mecánica y hasta ahora hemos ideado un inerter que se ubique en diagonal, conectando distintas columnas para reducir el movimiento de la estructura”, finaliza el profesor Lara.

 

Bacterias del intestino de “supermosquitos” influirían en su resistencia a los insecticidas

 Estudios realizados con larvas y mosquitos del género Aedes –transmisor de virus como dengue, zika y chikunguña– capturados en Florencia (Caquetá) demuestran que algunas bacterias estarían implicadas en su resistencia a insecticidas como temefos y deltametrina, ampliamente usados en Colombia, lo que estaría poniendo en riesgo su control e influiría en el riesgo de transmisión. Un banco de 12 bacterias aisladas, caracterizadas e identificadas, es el primer paso para entender qué está ocurriendo y proponer soluciones biotecnológicas.

En lo que va de 2024 el Instituto Nacional de Salud ha registrado 55.340 casos de dengue en Colombia, de los cuales el 40 % presentó signos de alarma y un 1 % fue de cuadros graves. Así mismo, hasta el pasado 3 de marzo se habían notificado 94 muertes probables por este virus, con 10 casos confirmados y 69 en estudio.

“Se trata de una enfermedad que sigue representando retos para la salud pública. Por eso desde la academia buscamos soluciones para su control, tratando de entender nuevos mecanismos de resistencia, y enfocándonos especialmente en el estudio del mosquito Aedes aegypti, que es el principal transmisor del virus del dengue a los humanos”, explica Rafael José Vivero Gómez, investigador del grupo Micro-biodiversidad y Bioprospección de la Universidad Nacional de Colombia (UNAL) Sede Medellín.

En este sentido, el grupo de investigación adelanta un proyecto en el marco de una convocatoria de fortalecimiento, con el liderazgo de la profesora Gloria Ester Cadavid Restrepo, adscrita a la Facultad de Ciencias de la UNAL Sede Medellín, que consiste en examinar las bacterias presentes en el tracto intestinal de mosquitos Aedes, con el fin de evaluar si estas influyen en la resistencia ante algunos insecticidas y si pueden incluso ser utilizadas, por ejemplo, en biorremediación de aguas y suelos, o control biológico.

“Para esto capturamos larvas de mosquitos en Florencia, una de las zonas con mayor incidencia de dengue en el país y una de las áreas menos exploradas en relación con enfermedades transmitidas por vectores. En laboratorio, las larvas y hembras adultas se expusieron a los insecticidas temefos y deltametrina para determinar su grado de resistencia con métodos estandarizados. Así logramos confirmar que la población de Aedes presente en el área urbana es resistente a ambos”, cuenta el investigador Vivero.

Posteriormente, a las larvas y hembras adultas que sobrevivieron les extrajeron el intestino para ponerlo en medios de cultivo, con un incremento gradual de concentraciones de insecticidas y otros medios empleados como controles.

“Verificamos el crecimiento de bacterias como Serratia, Elizabethkingia y Enterobacter; observamos si toleraban o no los insecticidas, si los degradaban y cómo era su comportamiento en el tiempo (cinética). Así logramos hacer un ‘inventario’ de bacterias con gran capacidad  biotecnológica, sobre todo frente a la degradación de este tipo de compuestos”, indica la profesora Cadavid.

Tras seleccionar las de mayor potencial, y comparar también con la literatura, examinaron de nuevo su tolerancia y cinética, y evaluaron con métodos químicos y de cromatografía cómo degradan el insecticida.

Bacterias para cuidar el medioambiente

A futuro, mediante técnicas como la espectrometría de masas, los investigadores esperan estudiar si las bacterias presentes en aguas estancadas, donde se reproducen los mosquitos, estarían generando allí la resistencia por estar expuestas al insecticida (tal como ocurre con algunos antibióticos), para luego pasar a la microbiota de los mosquitos y hacerlos resistentes también a ellos.

Así mismo, esperan determinar cómo estas bacterias “rompen” o “desdoblan” la estructura química del producto. “Estos análisis nos sirven no solo para diseñar estrategias de control de los mosquitos transmisores, sino también para la biorremediación de aguas y suelos contaminados incluso con herbicidas, es decir que existe un fuerte potencial en biotecnología ambiental”, continúa el investigador Vivero.

Por último, esperan socializar los resultados de estos análisis en colegios, comunidades vulnerables y Secretarías de Salud de Caquetá, con el fin de aportar orientaciones con base científica y estimular entre los estudiantes la investigación para una aproximación a la formación superior.

En el proyecto también participan: la profesora Claudia Ximena Moreno Herrera, adscrita a la Facultad de Ciencias de la UNAL Sede Medellín; los estudiantes Daniel Felipe Largo y Kevin Andrés Pérez, del pregrado en Ingeniería Biológica, y Jennifer Danitza Viáfara, de la Maestría en Biotecnología (Regiones Minciencias) de la misma Sede. Además, cuenta con la colaboración de la Secretaría de Salud Departamental del Caquetá y del Programa de Estudio y Control de Enfermedades Tropical (Pecet) de la Universidad de Antioquia.