Jacobo Mena

UNIVERSIDAD TÉCNICA DE AMBATO

Inventos de la Ingeniería Mecánica

Contenido

EDITORIAL....................................................................................................................................3

Desarrollan chips miniaturizados capaces de detectar enfermedades desde el interior de la célula viva.....................................................................................................................................4

Lanzan al mercado la primera impresora 3D creada en México...................................................5

Nuevas rutas hacia el láser de rayos X.........................................................................................7

Robots, a la conquista industrial................................................................................................10

EDITORIALEn la Ingeniería Mecánica las Investigaciones Científicas, han logrado miniaturizar 1.000 millones de veces un tipo de chip que se utiliza para el análisis simultáneo de diferentes moléculas. El trabajo, publicado en la revista Advanced Materials, destaca que al reducir el tamaño de estos dispositivos, se pueden introducir en una célula viva, abriendo la posibilidad a estudios más precisos en el campo de la medicina.

Siguiendo con el tema de los inventos tecnológicos tres ingenieros mexicanos desarrollaron la primera impresora completamente nacional que funciona con tecnología de filamento fundido, la cual crea capas en forma de panal de abeja, ya sea solidad o huecas y es posible definir diseños propios o seleccionar uno de los existentes.

La Universidad de Salamanca publica en ‘Science’ un artículo que abre la puerta a generar rayos X a partir de radiación ultravioleta, una posibilidad inesperada que se suma a otras recientes investigaciones con relevancia para futuras aplicaciones.

Y que cada vez más firmas adoptan desarrollos robóticos amigables con los humanos para desempeñar tareas; el desarrollo de la industria se compara con el de las computadoras en la década de los ochenta.

Desarrollan chips miniaturizados capaces de detectar enfermedades desde el interior de la célula vivaEn la investigación, los científicos han logrado reducir hasta 1.000 millones de veces el tamaño de los 'Planar array' chips

CSIC/DICYT En el estudio y detección de

enfermedades es habitual emplear Planar array chips, como, por ejemplo, los chips de ADN, con los que se comparan los niveles de expresión de genes entre células sanas y células que están desarrollando la enfermedad. Un grupo de investigadores, liderado por el Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC), ha logrado miniaturizar 1.000 millones de veces este tipo de chips que se utiliza para el análisis simultáneo de diferentes moléculas. El trabajo, publicado en la revista Advanced Materials, destaca que al reducir el tamaño de estos dispositivos, se pueden introducir en una célula viva, abriendo la posibilidad a estudios más precisos en el campo de la medicina.

“Los dispositivos que se emplean en la actualidad suelen medir unos cinco centímetros y eso obliga a destruir las células para analizar su interior. Sin embargo, al miniaturizar los chips es posible introducirlos en células vivas mediante lipofección, una técnica que consiste en recubrir el dispositivo con una

capa de lípidos que se fusiona con la membrana de la célula. De este modo, se pueden monitorizar los cambios que experimenta la célula a lo largo del tiempo sin necesidad de matarla”, explica José Antonio Plaza, científico del CSIC en el Instituto de Microelectrónica de Barcelona y coordinador del estudio.

Para fabricar estos dispositivos, que están realizados en dióxido de silicio, los expertos se han basado en técnicas empleadas en la industria de chips microelectrónicos y la estampación selectiva de biomoléculas, método en el que la tinta empleada es una disolución de moléculas. El resultado son chips que, además de permitir el análisis de células sin necesidad de destruirlas, facilitan su estudio individual. “Este tipo de análisis es de gran interés porque se ha descubierto que la heterogeneidad en una misma población celular es importante en muchos procesos fisiológicos y patológicos”, señala la investigadora Teresa Suárez, del Centro de Investigaciones Biológicas de Madrid.

Además del Instituto de Microelectrónica de Barcelona y el Centro de Investigaciones Biológicas, ambos del CSIC, en este trabajo han participado la Universidad de Barcelona y el Instituto de Bioingeniería de Cataluña, que han llevado a cabo la funcionalización química de los dispositivos para dotarlos de funcionalidad. Se trata de un proyecto financiado por el Plan Nacional de Investigación Científica y Técnica y de Innovación.

Lanzan al mercado la primera impresora 3D creada en MéxicoLa ha desarrollado una empresa de Guadalajara y puede ser empleada por cualquier persona

AGENCIA ID/DICYT Tres ingenieros mexicanos desarrollaron la primera impresora completamente nacional que funciona con tecnología de filamento fundido, la cual crea capas en forma de panal de abeja, ya sea solidad o huecas y es posible definir diseños propios o seleccionar uno de los existentes.

Resultado de su proyecto Ricardo Madrigal, Juan Pablo González y Francisco Martin del Campo fundaron la empresa Colibrí 3D. Los jóvenes son ingenieros del Centro de Desarrollo de InterLatin, una compañía de tecnología de Guadalajara con más de 15 años en el mercado que apuesta a que el 80 por ciento de sus ingresos sean de productos propios.

La impresora es completamente mexicana y puede ser empleada por cualquier tipo de público, incluso usarse en casa y crear artículos como tazas, botones o accesorios.

“Hemos impreso hormas de calzado, piezas de joyería, muebles, maquetas, souvenirs; por ejemplo, se puede escanear los rostros de la familia y convertirlos en moldes de repostería. Lo han ocupado universidades, hoteles y arquitectos para crear infinidad de artículos”, comentó Erika Santos, directora de marketing de la empresa Colibrí 3D.

Los ingenieros también diseñaron el software que es fácil de manipular, el usuario define sus diseños o selecciona los existentes en la página web, refirió Erika Santos.

La empresa cuenta con dos equipos: Colibrí Pro que tiene un área de impresión del tamaño de una caja de zapatos y ya está a la venta con un costo de 30 mil pesos.

La segunda, Colibrí Home se espera salga al mercado a finales de este año con un precio de seis mil pesos y el tamaño de 10x10x10. La tecnología está dirigida para usarse en el hogar, aclaró Erika Santos.

Colibrí Pro salió a venta el año paso y a la fecha cuenta con 400 impresoras colocadas en el mercado. El primer día se vendieron 200 equipos. “Con estas impresoras se puede hacer una infinidad de cosas, pero

se necesita decirle a la gente que productos pueden crear”.

Actualmente, la empresa desarrolla una aplicación para el teléfono celular, que saldrá al mercado junto con la Colibrí Home. “Desde el celular se va a poder elegir piezas prediseñada y mandar a imprimir”.

Erika Santos señaló que el producto lo han comparado con impresoras que mantienen

costos elevados; sin embargo, la calidad de Colibrí Home es superior. Platicó que la compañía trabaja en colaboración con una cadena de hoteles, quienes imprimen pequeñas piezas que faltan dentro de la habitación y que el proveedor no les brinda.

Además, la empresa originaria de Guadalajara busca desarrollar habilidades de diseño 3D con Colibrí Educación, un área que realiza cursos de diseño e impresión para niños.

Nuevas rutas hacia el láser de rayos XLa Universidad de Salamanca publica en ‘Science’ un artículo que abre la puerta a generar rayos X a partir de radiación ultravioleta, una posibilidad inesperada que se suma a otras recientes investigaciones con relevancia para futuras aplicaciones

José Pichel Andrés/DICYT Investigadores de la Universidad de Salamanca (USAL) publican hoy un artículo en la prestigiosa revista científica Science que abre la puerta a generar rayos X a partir de radiación ultravioleta, algo totalmente inesperado hasta ahora por los científicos. Este hallazgo, realizado en colaboración con la Universidad de Colorado (Estados Unidos), se suma a otras recientes publicaciones que permiten al Grupo de Investigación en Aplicaciones del Láser y Fotónica (ALF-USAL) mejorar las características de los láseres de rayos X, una de las quimeras de la óptica, con importantes aplicaciones tecnológicas.

Los rayos X son radiación electromagnética de alta energía y, como tal, son capaces de atravesar tejidos y proporcionar imágenes de alta resolución para fines médicos, por ejemplo, comprobar si hay una fractura de huesos. Los láseres, por otro lado, son dispositivos capaces de producir luz de forma extraordinariamente ordenada, permitiendo usar su regularidad para aplicaciones de gran precisión, como la medida de distancias de alta resolución, el almacenamiento compacto de la información, la identificación de materiales a distancia o la observación de fenómenos ultrarrápidos de la naturaleza, entre otras. La construcción de láseres de rayos X permitiría mejorar estos aspectos de forma drástica, aumentando en más de mil veces las prestaciones actuales de resolución, tanto en el espacio como en el tiempo.

Dentro de las diferentes estrategias que a día de hoy se siguen para el desarrollo de los láseres de rayos X, las investigaciones

desarrolladas por la USAL y la Universidad de Colorado persiguen métodos que permitan convertir la radiación de un láser habitual de luz infrarroja en rayos X, mediante un proceso de multiplicación de frecuencia. La clave consiste en inducir la absorción de muchos fotones de baja energía (infrarrojos) en un material, para que posteriormente emita un solo fotón de mucha mayor energía (rayos X).

“Hasta ahora parecía demostrado que el proceso más eficiente pasaba por convertir un número muy elevado de fotones infrarrojos en uno de rayos X”, explica a DiCYT Luis Plaja, investigador de la Universidad de Salamanca, "pero hemos demostrado que no siempre es así, y que la absorción de un menor número de fotones de energía mayor, ultravioleta, puede ser incluso más eficiente". Para ello los autores de este trabajo proponen iluminar un gas con un láser ultravioleta de alta intensidad (en lugar del infrarrojo), de manera que los

átomos que lo componen se vean despojados prácticamente de todos los electrones de su capa externa. El gas altamente ionizado resulta ser muy transparente, de forma que permite que la multiplicación de frecuencia se lleve a cabo en un volumen de material mucho mayor.

En los experimentos que realizó con láseres ultravioleta el Joint Institute for Laboratory Astrophysics (JILA) de la Universidad de Colorado en Boulder, los físicos “vieron que se producían rayos X de demasiada energía, era inexplicable”. Carlos Hernández García, investigador de la USAL que ha trabajado allí durante dos años, realizó las simulaciones teóricas que permitieron comprenderlo. Este hallazgo parece ir en contra de la intuición, así que constituye una auténtica sorpresa, tal y como expresa el título del artículo: Ultraviolet Surprise: Efficient Soft X-ray High Harmonic Generation in Multiply-Ionized Plasmas. “Se pensaba que la mejor forma de lograr rayos X coherentes era con láseres infrarrojos y ahora demostramos que también es muy bueno utilizar láseres intensos de radiación ultravioleta, donde los fotones son más energéticos y más numerosos, de manera que el proceso también es eficiente”, comenta el investigador.

Es el camino para generar por láser rayos X duros, los de mayor energía, que son los que tienen potenciales aplicaciones biomédicas. En cualquier caso, el dominio del láser como nueva fuente de esta radiación tiene prometedoras aplicaciones, como la medición de moléculas extremadamente pequeñas.

En el artículo de Science, además de sus socios de Boulder, han colaborado con la

USAL otros centros estadounidenses y uno de Taiwán, además de un investigador más cercano, José Antonio Pérez Hernández, del Centro de Láseres Pulsados (CLPU) de Salamanca.

Rayos X polarizados circularmente

Este importante avance no es el único que ha logrado recientemente el Grupo de Óptica Extrema de la Universidad de Salamanca en colaboración con la Universidad de Colorado. Recientemente, la revista Nature Photonics ha publicado los resultados de una nueva colaboración, que ha demostrado que el proceso de multiplicación de frecuencia permite el control de la polarización de la luz de alta energía. Generalmente la polarización, la dirección en la que la vibración electromagnética de la luz oscila, no tiene por qué estar bien definida. Existen materiales, como los cristales de las gafas polarizadas, que son capaces de filtrar la luz seleccionando sólo aquellos fotones cuya vibración electromagnética asociada tiene una dirección bien definida. Entre las diferentes posibilidades de polarización, existe aquella en la que la dirección de la vibración gira en el tiempo, como si fuera una aguja de un reloj. Este tipo de polarización del campo electromagnético se denomina circular, y se utiliza, entre otras cosas, para identificar simetrías en las moléculas de los materiales. Estas simetrías conllevan un comportamiento químico diferente en moléculas que, por lo demás, tienen la misma composición.

Por su naturaleza penetrante, es difícil diseñar filtros ópticos capaces de cambiar la polarización de los rayos X. En lugar de

ello, el equipo de investigadores ha diseñado y demostrado experimentalmente la posibilidad de generar radiación láser de alta frecuencia (cercana a los rayos X) que posea directamente polarización circular. Para ello, es necesario combinar varios haces de luz láser que, tras multiplicar su frecuencia en el blanco gaseoso, resultan en un solo haz de alta energía y de polarización circular. Al igual que en la investigación anterior, Carlos Hernández García participó en el diseño de este experimento y realizó las simulaciones cuando estaba en JILA y los resultados fueron corroborados por los experimentos.

“Otra manera de ver la materia”  

Disponer de rayos X polarizados circularmente puede servir para caracterizar materiales magnéticos que no se han podido analizar hasta ahora. Existen materiales denominados dicroicos cuyas propiedades dependen del estado de polarización de la luz que interacciona con ellos y mediante rayos X polarizados linealmente no se pueden estudiar. Aunque en los grandes aceleradores de

partículas conocidos como sincrotrones sí es posible generar radiación X polarizada circularmente, hacerlo con láser permite observar lo que pasa en la materia a velocidades ultrarrápidas. Será “otra manera de ver materia” que afectará, por ejemplo, al estudio de las moléculas quirales, que no se diferencian en su composición química pero cuyas estructuras están invertidas especularmente, como las imágenes en los espejos. El primer paso será observar y el siguiente será controlar y “el control es el primer paso hacia la tecnología”, asegura Luis Plaja.

Vórtices de luz

En cualquier caso, el tipo de haz de luz que genera un láser determina la posibilidad de manipular materiales. Una opción aún más compleja son los vórtices o remolinos de luz, así que los científicos del grupo ALF-USAL se han preguntado cómo se generarían rayos X en estas circunstancias y también han publicado hace pocas semanas los resultados, en la revista New Journal of Physics. Es la primera vez que se analiza este proceso y se ha hecho desde

un punto de vista muy parecido al de la polarización de la luz: actuar en la generación para que el haz de luz tenga la estructura deseada. Los vórtices tienen un enorme atractivo en varias disciplinas de la física y en el caso de la óptica, pueden servir para atrapar partículas dentro de un haz de luz e incluso codificar información

.

Robots, a la conquista industrialCada vez más firmas adoptan desarrollos robóticos amigables con los humanos para desempeñar

tareas; el desarrollo de la industria se compara con el de las computadoras en la década de los ochenta.

La máquina Baxter de Rethink Robotics puede trabajar codo a codo con un ser humano. (Foto: Getty Images)

Google entra a la carrera de los robots

Google, contra los 'drones' de Amazon

ATLAS, el bombero de metal del Pentágono

4Moms: Robots para cuidar a tu bebé

ENFOQUE: Cinco robots que 'te echan una mano'

NUEVA YORK — La invasión de los robots por fin llegó, al menos en el mundo empresarial estadounidense. Google y Amazon están acaparando titulares con noticias vinculadas a la robótica, mientras que Microsoft y varias otras compañías tecnológicas están construyendo robots en sus laboratorios.

¿Por qué? Los robots están destinados a ser las "vacas lecheras" del futuro, la "gallina de los huevos de oro".

"Es una industria de billones de dólares que todos tienen frente a ellos", dijo el principal investigador científico en el Instituto de Robótica de Carnegie Mellon, David Bourne.

Las grandes empresas tecnológicas están a punto de abrir las compuertas de la industria de la robótica, de acuerdo con Bourne. Si comparamos la industria de la robótica con el auge de las computadoras, él cree que aún estamos en 1980. No ha llegado aún 1984, cuando Macintosh hizo que las computadoras fueran algo

convencional, pero los avances de la robótica se dirigen rápidamente en esa dirección.

Amazon atrajo los reflectores a principios de este mes tras anunciar el concepto de Amazon Prime Air, que utilizaría aviones no tripulados (drones) para entregar artículos a los clientes en 30 minutos.

Apenas la semana pasada Google compró Boston Dynamics, una empresa que trabaja en estrecha colaboración con la milicia estadounidense y es conocida por diseñar veloces robots zoomorfos. Es solo una de las ocho empresas de robótica que la firma que lidera Larry Page ha adquirido en los últimos seis meses, como parte de un plan más amplio en ese campo dirigido por el exjefe de Android, Andy Rubin. Y el más famoso proyecto de robótica de esta compañía es su automóvil sin conductor.

Los robots están comenzando a abrirse camino en las grandes empresas: desde la manufactura y la agricultura hasta el teletrabajo, máquinas quirúrgicas y drones que combaten los incendios forestales. Los expertos dicen que hay docenas de otros proyectos de robótica de los que aún no hemos oído hablar.

"Te aseguro que todos están mirando muy atentamente (al uso de robots), pero no necesariamente están anunciando sus planes", afirma el editor de la publicación de la industria The Business of Robotics, Mike Davin. "En uno o dos años, sin embargo, habrá mucho que añadir a la historia de la robótica corporativa".

Robots, a la industria

Las corporaciones estadounidenses están invirtiendo tan fuertemente en los robots porque son baratos y realizan funciones que los seres humanos no pueden o no

quieren hacer. Si los robots de búsqueda y rescate demuestran que pueden salvar miles de vidas cada año, puedes apostar a que se convertirá en un gran negocio.

"En el nivel más básico, el atractivo es obvio: los robots trabajan por 30 centavos la hora, 24/7, sin pausas para comer", apunta Tom Green, editor jefe de The Robotics Business Review. "Puedes apagar las luces y todavía seguirán trabajando, y pedirles tareas que serían imposibles para los seres humanos".

Los robots han realizado ese tipo de tareas difíciles o humanamente imposibles durante décadas, en los grandes fabricantes como las automotrices, pero los expertos dicen que una confluencia de factores ha impulsado la entrada de los robots en nuevos sectores.

La razón más clara: la tecnología es por fin lo bastante sofisticada -y asequible- para que las empresas consideren el uso de la robótica de una manera relativamente simple y rentable.

Davin atribuye este cambio a las innovaciones de la última década en la electrónica de consumo. Llevamos cámaras, chips y sensores potentes en nuestros smartphones, y "el hecho de que este tipo de tecnología está disponible a gran escala para los consumidores permite también innovar más fácilmente en una escala robótica corporativa".

Es más, ahora los robots adoptan todo tipo de formas. Muchas personas poseen robots aspiradores Roomba, y algunos están literalmente trabajado codo a codo con los humanos.

"En los viejos tiempos de la automatización industrial, los robots eran enormes máquinas en jaulas", rememoró Davin.

"Suponían un peligro para los que estaban cerca, y a las personas se les pedía mantener su distancia".

Eso ha cambiado radicalmente. Pensemos en "Baxter", un robot para el sector manufactura producido por la firma bostoniana Rethink Robotics. Los minoristas, entre ellos el fabricante de juguetes K'Nex, han puesto a la máquina de 22,000 dólares a trabajar lado a lado con empleados humanos, quienes pueden programarlo de forma manual. Baxter tiene

incluso una pantalla como rostro, lo que lo hace lucir casi adorable.

"Hay una razón para ponerle una cara linda -sus ojos tienen el propósito de indicarle a las personas en qué dirección se dirige, por ejemplo-", explicó Davin. "Este tipo de ejemplo se suma a la idea de que los robots y las personas son capaces de trabajar juntos".

Así que prepárate, tu nuevo compañero de trabajo podría ser un robot.

Julianne Pepitone