Comunicaciones Estratégicas ONR Global
Hay ciencia innovadora en cada rincón del mundo. América Latina no es una excepción. La Oficina Global de Investigación Científica de la Armada de Estados Unidos (ONR Global), con oficinas regionales en Sao Paulo, Brasil y Santiago, Chile, ha estado trabajando con investigadores de diversos países desde principios de la década del 2000, financiando investigaciones revolucionarias que le han dado a la Armada de los Estados Unidos la ventaja tecnológica y apertura internacional para mantener la seguridad marítima.
Hoy, ONR Global está financiando seis proyectos dignos de destacar, gracias al nivel de innovación demostrado por los investigadores y la diversidad de disciplinas. Desde la ciencia de datos a la biología sintética, los materiales nanoestructurados, a las redes sociales, las universidades latinoamericanas, los centros de investigación y los científicos están ganando terreno rápidamente respecto a sus contrapartes en otros continentes, principalmente por la frecuencia, calidad y alcance de sus proyectos de investigación.
Biología sintética – México
El Dr. Mario Alberto Martínez de la Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM) en Yucatán, junto con su grupo de investigadores, está identificando organismos bacterianos en las áreas costeras de Yucatán para obtener nuevos chasis (estructura) para ser utilizados en biología sintética para la expresión génica de moléculas comerciales.
Hoy en día, el desarrollo de la biología sintética se centra en el uso de un pequeño grupo de organismos «domesticados» de laboratorio como Escherichia coli. Sin embargo, su empleo no puede ir más allá de entornos controlados. Por tanto, se requieren nuevos organismos que puedan ser utilizados como chasis en ambientes con condiciones extremas como temperatura y pH extremos, baja disponibilidad de recursos y competencia con otros microorganismos, entre otros.
Martínez dijo: “El desafío del presente proyecto es la identificación, aislamiento y cultivo de bacterias de zonas costeras que puedan ser utilizadas como nuevo chasis para la expresión de genes de interés biotecnológico utilizando circuitos genéticos fuera de ambientes controlados como laboratorios.
En cuanto a la aplicabilidad en la sociedad actual, agregó, “Uno de los grandes desafíos actuales es la restauración ecológica de ambientes que han sufrido procesos de contaminación. Mediante el uso de nuevos chasis bacterianos que se puedan utilizar in situ, nuestra investigación busca incidir en este campo, utilizando circuitos genéticos que puedan expresar moléculas de ramnolípidos, que sirven para descontaminar ambientes con presencia de hidrocarburos”.
El Dr. Diogenes Placencia, director científico de ONR Global Sao Paulo, afirma que “los vastos conjuntos de entornos biológicos que rodean Yucatán lo convierten en un lugar privilegiado para el descubrimiento de nuevos chasis necesarios para explorar el mundo SynBio. Investigadores como el Dr. Martínez están brindando la diversidad de pensamiento, antecedentes y capacitación necesarios para revolucionar el campo».
Ventiladores de bajo costo – Brasil
Brasil ha sido uno de los países más afectados del mundo por COVID-19. Un grupo de investigadores dirigido por el Dr. Marcelo Zuffo de la Escola Politécnica da Universidade de São Paulo tiene como objetivo estudiar el daño local al tejido pulmonar causado por la presión de distención, con el objetivo general de producir ventiladores de bajo costo para uso en los hospitales de São Paulo. El lote inicial de 40 ventiladores se suministrará a los hospitales locales.
“La alta tasa de mortalidad de la pandemia de COVID-19 está asociada con una condición secundaria, el SDRA (Síndrome de Dificultad Respiratoria Aguda), que exige maniobras pulmonares protectoras precisas promovidas a través de ventiladores pulmonares”, dijo Zuffo. “En particular, en esta propuesta, hemos diseñado un ventilador pulmonar de emergencia de código abierto y de bajo costo llamado INSPIRE. INSPIRE está construido a partir de componentes listos para usar ampliamente disponibles, incluidos microordenadores de alta gama basados en el enfoque de computadora de placa única [SBC, en inglés]».
La subvención de investigación otorgada por ONR Global se titula «Relación de la presión impulsora en el SDRA y el daño local al tejido pulmonar bajo la pandemia COVID-19 a través de ventiladores pulmonares de emergencia cibernética». Si bien tiene aplicabilidad inmediata, la comprensión de cómo abordar el SDRA a través de la ventilación mecánica es una línea de investigación relevante a largo plazo.
El Dr. Paul Sundaram, director científico de ONR Global Brasil, dijo: “Existe la preocupación de que el simple hecho de conectar a un paciente a un ventilador sin una supervisión cercana esté causando daño al tejido pulmonar, que puede ser la principal causa de muerte. El ventilador ciberfísico propuesto también permitirá al médico monitorear al paciente de forma remota. Además, el ventilador se hará lo más portátil posible para su uso en el contexto de operaciones para los combatientes heridos. Se está considerando el uso de energía solar en el campo, donde la energía eléctrica convencional puede no estar disponible».
Alertas tempranas de crisis sociales – Chile
Los sistemas de interacción social son difíciles de investigar y gestionar debido a su complejidad inherente. Pequeñas variaciones, tanto internas como externas, pueden conducir a cambios extremadamente abruptos asociados con inestabilidades y bifurcaciones en la dinámica subyacente.
Esta línea de investigación se enmarca dentro de las denominadas ‘ciencias de la complejidad’ y el estudio de sistemas adaptativos complejos (CAS, en inglés). El enfoque social de estos campos es claramente el futuro, dada la creciente complejidad que adquieren las sociedades humanas que las llevará a enfrentar con mayor frecuencia eventos críticos donde su organización es cuestionada.
Juan Pablo Cárdenas, Doctor en Física de Sistemas Complejos e investigador principal de Net-Works, centro dedicado al análisis de big data, trabaja para detectar, mediante el análisis de la información que fluye a través de las redes sociales online, señales de alerta temprana que permitan anticipar las etapas en las que un sistema social transita de un tipo de organización a otro.
Cárdenas dijo: “Los principales desafíos son encontrar esas señales de alerta temprana, que pueden ser de diversa índole. Dada la complejidad de estos sistemas, es un desafío importante debido a su imprevisibilidad. Sin embargo, estos sistemas también presentan regularidades o patrones y son precisamente esos los que queremos detectar como señales”.
Sonia Wolff, directora científica de ONR Global Chile, dijo: “Dada la complejidad inherente de los sistemas sociales, el proyecto propone aplicar métodos tomados de la biología aplicada y la ecología para modelar algoritmos para detectar cambios, o transiciones, que ocurren desde un estado ‘normal’ a un estado crítico de la sociedad. Cada vez es más evidente que muchos sistemas complejos tienen puntos críticos, los llamados puntos de inflexión, en los que el sistema cambia abruptamente de un estado a otro, de ahí la dificultad de detectar señales de alerta temprana de crisis social”.
Añadió: “Esto es muy dependiente de lo que está sucediendo ahora en todo el mundo (malestar social generalizado, desconfianza institucional, estrés ecológico, cambio climático y una sociedad empobrecida debido al COVID-19, entre otros factores estresantes), la capacidad de detectar señales de alertas tempranas es de suma importancia».
Nanoestructuras – Costa Rica
El Dr. Sergio Paniagua del Centro Nacional de Alta Tecnología (CeNAT) en San José, Costa Rica, está trabajando junto a su equipo de jóvenes investigadores para desarrollar estrategias de pasivación para mantener una superficie determinada libre de bacterias mediante el uso de nanoestructuras.
Paniagua afirmó que “tecnologías como las propuestas podrían tener aplicación para disminuir el contagio intrahospitalario al contar con superficies tratadas o dispositivos biomédicos que desactivarían o reducirían las colonias de bacterias. Podemos prever un interés del sector comercial por utilizar estas tecnologías en superficies de alto tacto”.
“El personal militar depende de la ciencia y la tecnología para mantenerlos a salvo de problemas biológicamente relacionados que pueden surgir al operar en lugares como barcos, submarinos y bases de operaciones avanzadas”, dijo Placencia de ONR Global Sao Paulo, y oficial líder del programa. “La búsqueda constante por desarrollar superficies que eviten el crecimiento de bacterias que pueden causar un caos absoluto para nuestros marineros e infantes de marina es un problema muy relevante y urgente en la Armada de los Estados Unidos y, por lo tanto, financiar investigaciones como la del Dr. Paniagua es fundamental».
Además, con la pandemia de COVID-19, ha habido interés en extender nanotecnologías similares para combatir la propagación de virus. Con base en los resultados de las bacterias, los investigadores pueden ajustar las estructuras para intentar inactivar los virus. “Al igual que con todos los enfoques nuevos, encontrar la ventana del proceso para obtener resultados reproducibles requiere una gran cantidad de experimentos, y hay un arduo trabajo asociado en la recopilación de datos confiables a nanoescala”, dijo Paniagua.
Ciencia de datos – México
Con la explosión tanto de los tipos como de la cantidad de datos en los últimos años, el desarrollo de nuevas técnicas para comprender e interpretar los datos se ha vuelto fundamental. Además, aunque los problemas de clasificación/agrupamiento de datos son relativamente simples de enunciar, científicamente han demostrado ser extremadamente difíciles.
El Dr. Antonio Rieser del Centro de Investigación en Matemáticas (CIMAT) en Guanajuato, México, está liderando un enfoque que tiene su origen en un par de perspectivas únicas sobre el problema, la primera proveniente de la topología algebraica y la segunda proveniente de la probabilidad no conmutativa y teoría de matrices aleatorias. La topología algebraica proporciona una serie de formas computables de contar el número de componentes conectados de un espacio topológico, que se puede considerar como una superficie generalizada, la mayoría de las cuales son relativamente simples.
Rieser afirma: “Lo que es menos simple, pero crítico para nuestro enfoque, es que uno de estos métodos relaciona el número de componentes conectados con las propiedades de un flujo de calor abstracto en el espacio. En términos generales, el «calor» de un componente no debería poder filtrarse a otro, por lo que si se mantiene lo suficientemente cerca de cómo viaja el calor en su espacio, debería poder identificar los componentes conectados. Nuestro principal desafío científico es desarrollar las técnicas estadísticas no conmutativas necesarias para resolver el problema específico de elegir un flujo de calor en un conjunto de datos”.
La solución de este problema abriría una serie de importantes líneas de investigación futura. Como se mencionó anteriormente, la clasificación de datos es un problema omnipresente en la vida moderna. Algunas aplicaciones posibles incluyen el reconocimiento de imágenes y voz, el diagnóstico médico asistido por computadora, el diseño de fármacos e incluso la clasificación de artefactos arqueológicos.
“Piénselo de esta manera”, dijo Placencia, “con el crecimiento exponencial constante de la información que manejan nuestras redes integradas en el contexto de operaciones, métodos para predecir vectores de datos (por ejemplo, movimiento de enemigos, focalización, procesamiento de imágenes), basados en un conjunto de información ya adquirida, es el único camino a seguir. Simplemente hay demasiada información y no hay suficiente potencia de cómputo, velocidad y recursos generales para mantener una fuerza militar sólida. No hay otra opción».
Estructuras metalorgánicas (MOF) – Argentina
La selectividad, la capacidad y la adaptabilidad a los dispositivos portátiles son factores clave para el diseño de nuevos materiales adsorbentes para dispositivos de filtración de aire. Los marcos metal-orgánicos (MOF, en inglés) están preparados para ser materiales porosos ideales para este uso y aplicaciones relacionadas debido a su porosidad ultra alta y sintonización del entorno de poros, por medio de la química reticular y modificaciones post-sintéticas.
En este proyecto de doble afiliación de la Universidad Nacional de Córdoba y el Instituto de Investigaciones en Fisicoquímica de Córdoba, el investigador principal, el Dr. Alejandro Fracaroli, propone diseñar y preparar MOF que contengan macrociclo con una selectividad extremadamente alta hacia modelos de compuestos organofosforados de toxinas del aire.
Fracaroli dijo: “La incorporación de macrociclos en estructuras sólidas extendidas como los MOF es un desafío porque las cavidades del macrociclo pueden coordinar los iones metálicos evitando que se formen estas estructuras. De hecho, en la mayoría de los ejemplos exitosos de MOF que incorporan macrociclos, la cavidad ya no es accesible, ya que participa en los vínculos de coordinación que mantienen unida la estructura».
Añadió sobre la aplicabilidad potencial: “Los polímeros amorfos ya preparados que incorporan ciclodextrinas han demostrado ser altamente eficientes para el secuestro de contaminantes del agua (es decir, bisfenol A). También hay razones para creer que los materiales preparados tendrán propiedades sobresalientes en la captura selectiva de compuestos presentes en el aire con presiones parciales bajas, impactando por lo tanto en campos relacionados con interfaces sólido-gas como dispositivos de filtración y purificación de aire”.
Placencia, químico investigador de formación, aprecia la naturaleza científica básica del programa, al mismo tiempo que es consciente de su importante impacto. “Los MOF son materiales tan versátiles, debido a las infinitas combinaciones de cationes metálicos y ligandos orgánicos que se pueden ensamblar para proporcionar una amplia gama de dispositivos funcionales como membranas de separación de gases, superficies catalíticas e incluso supercondensadores. Sin embargo, estos materiales son una línea importante de investigación para el Departamento de Defensa, debido a su capacidad para atrapar toxinas en el aire, basándose únicamente en su química de quelación. Es hermoso, básico e impactante».
ONR Global patrocina esfuerzos científicos fuera de los EE. UU., trabajando con científicos y socios de todo el mundo para descubrir y mejorar las capacidades navales.
