Erick Saavedra Flores tiene un intenso lazo emocional con la Universidad de Santiago. Aquí estudió Ingeniería Civil en Obras Civiles, conoció a su esposa, se transformó en académico y hoy dirige el Departamento de dicha carrera. Sin embargo, no ha descuidado su investigación en este largo camino académico. Un Fondecyt Regular y luego un Fondequip lo llevaron a implementar en nuestra Casa de Estudios una mesa de vibrar sísmica,  hito importante para la Institución por su condición única a nivel regional. Aquí se pueden realizar ensayos experimentales a gran escala, reproduciendo o simulando efectos de terremotos sobre estructuras, y evaluar el comportamiento sísmico de innovadores sistemas de construcción. De hecho, se prepara para hacer un ensayo sísmico inédito en Sudamérica con una estructura de madera contralaminada de cuatro pisos.

La mesa de vibrar sísmica representa un polo de desarrollo a nivel de ingeniería estructural, mecánica, de materiales y sísmica, como también en arquitectura, y ha abierto las puertas para investigaciones de diferentes disciplinas en nuestro Plantel.

-¿Cómo nace la semilla de la investigación en su vida?

-Buscando intereses en segundo año de la carrera de Ingeniería Civil en Obras Civiles sentí que me apasionaba estudiar y me proyecté hacia un postgrado.  Comprendí que la ingeniería del día a día, la que se hace en empresas, es una cuestión más práctica y más rápida, con menos tiempo  para analizar. Me titulé, formé mi familia, trabajé  y luego hice clases en la Usach como profesor por hora. El año 2005 ya era académico de jornada completa  gracias a un acuerdo tácito  con mi alma máter para que hiciera un postgrado en el futuro cercano. En 2007 partí a la Universidad de Swansea en  Gales, Reino Unido, para un doctorado en mecánica computacional de sólidos y estructuras. Luego seguí con un postdoctorado en un proyecto de ingeniería aeroespacial financiado por la European Research Council. Estuve 6 años en Gales. Escribí mi primer paper, hito muy importante en la carrera de cualquier investigador. Retorné al Departamento de Ingeniería en Obras Civiles con una mochila de publicaciones y experiencia; sin haber postulado nunca antes a un proyecto Fondecyt de Iniciación, postulé directamente a un proyecto Fondecyt Regular y me lo adjudiqué, y más tarde postulé a un proyecto Fondequip  de equipamiento tecnológico, para la instalación y  funcionamiento de la primera mesa de vibrar sísmica de Sudamérica, una plataforma cuadrada de acero que funciona mediante bombas hidráulicas que reciben instrucciones por computador, y donde se pueden realizar estudios de vibraciones en estructuras y conexiones, y en diversos materiales, tales como hormigón, madera y acero. Su nacimiento sería una especie de hijo adoptivo mío.

-Siguiendo esa analogía, es un hijo que está en constante crecimiento y que requiere de su atención para seguir avanzando, ¿no?

Nace en 2019 y de ahí hasta la fecha el proyecto ha comenzado un periodo de ajustes y de adquisición de conocimientos que no existían en Chile. Ahora estoy impulsando la construcción de un edificio o estructura metálica que cubrirá la mesa de vibrar y al costado otro edificio de hormigón armado de dos pisos. Espero que este 2023 iniciemos obras con financiamiento de la Universidad de Santiago.

-Entiendo que hoy sigue dedicado a la investigación relacionada con la madera contralaminada como material de construcción.

-Efectivamente hoy estamos haciendo investigación importante en el laboratorio sobre aquello. Hay un auge sobre nuevas edificaciones que se están incorporando a las ciudades en cuanto a construir con madera por un tema de sustentabilidad en el tiempo, de restricciones medio ambientales. La madera se ha impulsado con mucha fuerza como un material de construcción con un potencial que hasta hace años atrás se creía que tenía poco desarrollo tecnológico. La verdad es que nos referimos a un sistema constructivo con base en madera masiva; no hablamos de estructuras ligeras de madera que son susceptibles por ejemplo a los incendios. Paneles de madera contralaminada de espesores de 12 a 20 centímetros se pueden usar comúnmente en losas de pisos de edificios, en muros estructurales o bien, combinadas con acero u hormigón. Este material representa un futuro prometedor para la elaboración de nuevos sistemas constructivos. En Chile sigue siendo algo nuevo. Como departamento estamos a la vanguardia nacional e internacional por los académicos que tenemos en esa línea en lo que se refiere a caracterización mecánica de la madera, aplicaciones estructurales, modelos numéricos predictivos para el comportamiento estructural y sísmico de edificios de madera contralaminada cuando son sometidos a movimientos telúricos. Tenemos una plataforma de trabajo de simulación computacional estructural fuerte y además complementada con trabajo experimental de laboratorio que conjugan una alianza perfecta.

-¿Cómo se hace el trabajo de ensayo con este material considerando que no se pueden realizar pruebas en edificios de mucha altura?

-El modelo numérico tiene que ser alimentado con información experimental para mejorar la capacidad predictiva y por otro lado, los trabajos experimentales están supeditados a los recursos económicos que uno tiene. Es muy probable que uno no pueda ensayar edificios de gran altura en una mesa de vibrar con las características que tenemos, pero si combinamos estas dos fortalezas, tanto nuestro trabajo computacional como experimental, ambas se potencian y se genera nuevo conocimiento en cuanto a modelación computacional y trabajo experimental.

¿Cuál es el futuro de la mesa de vibrar sísmica?

-Me adjudiqué otro Fondecyt Regular que es por cuatro años y he invertido en nuevos equipos y sistemas de adquisición de datos. Son proyectos a largo plazo. Lo que viene es incorporar nuevos actuadores verticales porque lo que pasa con la mesa es que solo se mueve de manera horizontal. En un terremoto real también hay una componente vertical. Hoy en día tenemos tres grados de libertad. Aspiro a llegar a los seis grados de libertad y eso implica incorporar nuevos actuadores en la base que tengan la capacidad de aplicar  registros verticales simultáneamente. Eso significaría actualizar el sistema de control, incorporar un banco de acumuladores para incorporar más energía al sistema, una nueva unidad hidráulica y para eso vienen los nuevos proyectos. Estamos concentrados en el nuevo edificio porque necesitamos un espacio cerrado que sea modulable también.

Reducir la generación de residuos y fomentar su reutilización, reciclaje y valorización son los desafíos que fijó para los próximos años, la Ley Marco para la Gestión de Residuos, de Responsabilidad Extendida al Productor y el Fomento al Reciclaje.

Para enfrentar esos retos, la Universidad de Santiago de Chile ha impulsado diversas iniciativas, entre las cuales se encuentra “Aplicación del modelo de economía circular para la industria láctea: desarrollo de envases para alimentos a partir de poliestireno reciclado posconsumo”, liderada por la Dra. María  José Galotto, investigadora del Centro de Innovación en Envases y Embalajes, Laben Chile, y académica del Departamento de Ciencia y Tecnología de los Alimentos de la Facultad Tecnológica.

El proyecto partió en abril pasado, luego de adjudicarse financiamiento en el Concurso IDeA I+D 2021 de la ANID, apoyado por nuestra Dirección de Gestión Tecnológica de la Vridei. 

Su objetivo es crear un nuevo material para envases de yogurt, a partir del poliestireno (PS) reciclado posconsumo proveniente de potes del lácteo, con propiedades físico-mecánicas compatibles con el sistema de producción actual, que garantice la inocuidad de los alimentos envasados y la recircularidad de la estructura desarrollada.

Junto a la Dra. Galotto, participan los investigadores y las investigadoras de Laben Chile, Dr. Abel Guarda, director de este Centro; la Dra. Ana Carolina López, el Dr. Eliezer Velásquez; la profesional Ximena del Carmen Valenzuela y alumnos de pre y postgrado del área de la Ciencia, Tecnología e Ingeniería de Alimentos.

Reciclaje y economía circular con impacto en la industria láctea

Esta propuesta de investigación nace para dar una respuesta concreta a una de las disposiciones de la ley marco antes mencionada.

Se trata de la ley de Responsabilidad Extendida al Productor (REP), que “obliga a las empresas que ponen un producto en el mercado a hacerse responsable de los residuos que generan los envases y a la vez, buscar su valorización para que pasen a ser materia prima secundaria. Así, el residuo se transforma en un recurso que vuelve al mismo círculo de donde proviene y se fomenta la economía circular en la industria”, explicó la Dra. Galotto.

En esa línea, el proyecto “plantea la posibilidad de reciclar, valorizar y ocupar como materia prima secundaria el poliestireno posconsumo para crear nuevos potes”, detalló, entendiendo que hoy los envases de lácteos culminan su vida útil en el primer uso.

Otro de los desafíos que aborda son los procesos de reciclaje y de transformación de ese material para “obtener las mismas propiedades y resistencia mecánica que el poliestireno virgen de primer uso, además de poder garantizar su inocuidad alimentaria, a través de la definición de nuevas estructuras”, precisa.

Promoviendo la vinculación con empresas

Un aspecto clave para el avance del proyecto, es pasar de las pruebas de reciclado y medición de los niveles de contaminación del material realizadas en el laboratorio, a efectuar un escalamiento de la tecnología en una planta transformadora, lo cual tendría lugar en enero de 2023.

Para el logro de estos hitos, ha sido relevante vincularse con empresas privadas. Es el caso de Reciclajes Cono Sur, con quien se trabaja en los procesos de recolección y transformación de potes de poliestireno que han estado en contacto con yogures y que han sido material posconsumo. Estos son envases vacíos, que fueron entregados por consumidoras/es, los que posteriormente se lavaron, se reciclaron, se separaron sus distintos materiales y ahora, se busca mejorar sus propiedades.

También se trabaja con Coexpan, empresa que producirá las láminas de plástico para crear los potes y con quien se ejecutan pruebas para validar el reciclado posconsumo. Además, participan Colún, Watt´s y Soprole “que van a utilizar los nuevos envases, llenarlos con yogurt y evaluar su vida útil. 

Durante ese tiempo, se tomarán muestras para asegurar la calidad del producto entendiendo que, previamente, en el laboratorio realizamos los ensayos de inocuidad alimentaria”, comentó la Dra. Galotto.

Un aspecto clave que destacó sobre la vinculación con organizaciones, es conseguir el desarrollo de tecnologías con TRLs (Technology Readiness Level) más altos. “En los testeos de laboratorio se alcanzan TRLs  2, 3 ó 4, pero al hacerlos en las empresas, alcanzaríamos niveles de 8 ó 9. Por eso, al finalizar el proyecto y lograr los objetivos planteados, la tecnología que se va a proteger estará disponible para uso de la industria”, añadió.

Por último, puntualizó que “la Universidad, a través de Laben Chile, ha puesto a disposición del país sus capacidades y competencias para que las fábricas de envases y de alimentos, se adapten a los cambios que persigue la ley REP, en donde se requiere una reingeniería de los envases para que ayuden a disminuir el impacto medioambiental y podamos incorporar el concepto de economía circular. Somos fuertes en estas áreas y no hay otras instituciones que cuenten con esas capacidades”

Todos los proyectos y resultados de investigación del Centro LABEN-CHILE, se pueden revisar en  sus redes sociales y página web https://www.labenchile.cl

A contar de esta semana Soy Usach comienza a difundir la valiosa tarea que cumplen los académicos e investigadores de la Universidad de Santiago de Chile. Iniciamos con Leonel Medina, quien  se incorporó al Departamento de Ingeniería Informática (DIINF) como profesor asistente en 2018. Había sido investigador postdoctoral en la Universidad de Valparaíso cuando decidió dejar todo y venirse a trabajar a la Usach. 

El docente del DIINF, un apasionado del futbol y de transportarse en bicicleta recuerda que desde su juventud buscó una carrera que integrara las matemáticas, pero también la biología.  Si bien ingresó a estudiar Ingeniería  al plan común de la Universidad de Chile, a los dos años se decidió por la especialidad en eléctrica, pero el destino diría otra cosa. La ingeniería biomédica se le presentaría por azar. Fue un cartel que anunciaba un Magíster en dicha especialidad que lo impulsó a terminar la carrera, inscribirse en el postgrado y armar maletas para viajar a los Estados Unidos donde gracias a la beca Fullbright Conicyt pudo obtener el grado de doctor de la Duke University. Pareciera un proceso rápido y fácil, pero detrás hay casi 15 años de estudios. De regreso en Chile y haciendo un postdoctorado en la Universidad de Valparaíso, que quedó incompleto, decidió ser académico la Universidad de Santiago de Chile, donde se integró a un área de informática aplicada a la biología y a la medicina.

Si bien la Universidad de Duke forjó su línea de investigación, fue en nuestro Plantel donde comenzó a armar equipos tras un objetivo: buscar la posibilidad de detectar el Alzheimer de manera temprana con un examen de retina. Aquí se unió al profesor Max Chacón quien le habló de la teoría de la complejidad de los sistemas biológicos y de su disminución cuando nos enfermamos o avanza la edad. Eso se podría medir en algunas variables fisiológicas. “Max sabía de esta teoría y coincidió que la Universidad de Valparaíso había hecho algunas mediciones en la retina de animales, porque querían estudiar un modelo de la enfermedad de Alzheimer. Como yo entiendo de electrofisiología del ojo se armó el equipo”, recuerda desde su oficina en el Departamento de Ingeniería Informática. “En Valparaíso se hicieron los experimentos, las mediciones, mientras que en Informática de la Usach aplicamos los algoritmos que miden la entropía de las señales electrofisiológicas. El experimento fue practicado en ratones sanos y ratones modificados genéticamente que expresan de alguna manera la enfermedad, o más bien muestran síntomas que se parecen mucho a lo que le puede suceder a una persona”. 

-Profesor, ¿es posible con este método determinar que un ser humano pueda tener Alzheimer antes que laenfermedad se manifieste?

-Hay harto que investigar, pero personalmente estoy optimista, porque la teoría de la complejidad está acumulando cada vez más evidencias a favor.  Nosotros ya lo vimos en los animales, pero en el caso de las personas hay varios desafíos. Primero no podemos llegar en el humano tan cerca como en los ratones, a los que se les saca un pedazo de retina, se le ponen los electrodos, se aplican los estímulos luminosos y hacemos la medición. Eso no lo podemos hacer en personas, pero si se puede practicar un examen clínico que se llama electroretinograma en que un electrodo se ubica muy cerca del globo ocular, ya sea en la piel o en la córnea misma, y eso captura la actividad eléctrica. Hay que ver si esa señal es suficiente para capturar esas diferencias en la complejidad.

- La investigación es un gran avance, pero ¿de qué dependen para seguir progresando en sus estudios?

-Estamos postulando a fondos de investigación para comprar los dispositivos. Uno de ellos es no invasivo, pero se necesitan los recursos para comprarlo, llevar a cabo los experimentos y hacer las mediciones en los pacientes. La empresa privada podría aportar, pero no se han motivado ni nosotros hemos ido tras ellos, pese a que esta investigación ha llamado poderosamente la atención de los medios de comunicación tras aparecer publicada en la revista Scientific Reports, de Nature.

-Parece ser una constante las trabas económicas para los científicos en Chile…

-Lamentablemente nuestro país destina muy poco de su Producto Interno Bruto a la investigación, 0,36% del PIB, muy por debajo de la media de los países más desarrollados. En el país hay investigadores que hacen ciencia de calidad.  Tenemos los Fondecyt pero siempre quedan cortos. En EE.UU el equivalente al Fondecyt es unas 10 veces más grande en monto. Allá con un Fondo de Investigación puedes financiar a un estudiante de doctorado que es súper importante  para la  ciencia, ya que es quien está día a día concentrado y desarrollando los experimentos, componentes fundamentales de la investigación.

- Hoy desde la Usach hace ciencia, ¿cómo valora el apoyo que la Universidad de Santiago entrega a sus investigadores? 

-Entré a trabajar a la Usach en 2018. Respecto a esta investigación en particular, la Universidad aportó con gente muy talentosa. Los estudiantes de la Usach son muy esforzados. Esa es una de las cosas que me gusta mucho de nuestra Casa de Estudios, de mis colegas, gente que sabe mucho de lo que está haciendo. Estoy feliz en el Plantel, quizás hay que mejorar algo la infraestructura, pero el componente humano es el gran fuerte y potencial que me hace sentir orgulloso del lugar donde estoy. La Universidad de Santiago juega un rol muy importante en la movilidad social. Muchos estudiantes son primera generación en la Educación Superior y vemos la felicidad de sus familias al presenciar cuando reciben sus títulos. Esto seguramente ocurrirá también con el primer grupo que egrese de la carrera de Ingeniería Civil Biomédica que es muy reciente y a la vez la primera que se dicta en nuestra capital; me alegra haber contribuido a su diseño. La primera generación ya está cursando el tercer año. Tengo altas expectativas de que continuarán apoyando  las investigaciones que estamos haciendo. Contribuir como profesor a la formación de los estudiantes me llena de orgullo.

El cambio climático está afectando dramáticamente a la industria vitivinícola nacional. Altas concentraciones de azúcar en la uva, a consecuencia del aumento de las temperaturas, están generando productos con mayores niveles de alcohol, perjudicando la producción de vinos de alta gama.

Sin embargo, una innovadora solución a este problema podría nacer en los laboratorios de nuestra Universidad, gracias al Proyecto Fondef IDEA “Cepas de levaduras con menor eficiencia en la producción de alcohol para la elaboración de vinos de calidad”, liderado por el Dr. Claudio Martínez, académico e investigador del Centro de Estudios en Ciencia y Tecnología de Alimentos, Cecta-Usach

El proyecto de investigación aplicado se adjudicó en diciembre de 2021 y pretende dar respuesta a este desafío que está afectando la competitividad de la industria vitivinícola, no solo a nivel comercial debido al incremento de la carga impositiva producto del mayor grado alcohólico, sino que también a nivel sensorial, ya que el alcohol enmascara los sabores, olores y disminuye la percepción de dulzura y acidez.

¿El origen del problema? En los últimos años, producto del calentamiento global, ha ocurrido un desface entre la maduración adecuada de la uva para producir vino y el contenido de azúcar que posee, lo que se traduce en una uva que madura tardíamente con alta concentración de azúcar.

Posteriormente, durante el proceso fermentativo, la levadura transforma esa mayor cantidad de azúcar en más alcohol de lo normal, generando como resultado la producción de vinos con sobre 16 grados de alcohol, graduación excesiva para productos de alta gama como los denominados “gran reserva”, “premium”, “ultra premium” e “ícono”.

Mejoramiento genético

“Por razones adaptativas naturales, la levadura, que es un hongo unicelular, siempre va a tratar de consumir azúcar y producir alcohol, porque es la forma que tiene de sobrevivir y competir con el resto de los microorganismos presentes en el ambiente, por lo que la única opción es intervenirla a través de un programa de mejoramiento genético, gracias a procesos que durante años hemos ido desarrollando y perfeccionando diversos investigadores en los laboratorios del Cecta”, explicó el Dr. Claudio Martínez.

“En este sentido, la levadura que proponemos es una cepa mejorada de la especie Saccharomyces cerevisiae, la que se obtendrá por medio de un programa de mejoramiento genético, equivalente a las estrategias de mejoramiento de vegetales tradicionalmente usadas en la industria de los alimentos, que permitirá, luego de una serie de cruzamientos, obtener un microorganismo con una eficiencia 9% menor en la conversión de azúcar en alcohol que las cepas actualmente utilizadas para vinificación y que, además, utilice el azúcar residual para generar otros productos secundarios que contribuyan a la calidad del vino”, agregó el Dr. Martínez.

Hasta el momento, los productores de todo el mundo han intentado abordar el problema de la alta concentración de alcohol en el vino con distintas estrategias, siendo algunas de ellas, la dilución del mosto (zumo de la uva) con otros de menor contenido de azúcar, la adición de una fracción de agua o la intervención directa del vino por medio procesos de ósmosis inversa que permite extraer el alcohol, para luego reconstruir un producto con una menor concentración alcohólica.

“Lo anterior, si bien permite reducir el alcohol en el producto final, incrementa el riesgo de perder calidad en el vino, ya sea porque significa diluir las propiedades del mosto o del vino, o porque alteran el producto de la fermentación. En este sentido, el proceso que nosotros proponemos no afecta la producción de forma artificial, ni arriesga su calidad”, aseguró el Dr. Claudio Martínez.

Impacto en la industria

Actualmente nuestro país se ubica en el cuarto lugar dentro los países exportadores de vino y el primero en exportaciones de los países emergentes, con un aporte significativo a la economía chilena, el cual representa  0,5% del Producto Interno Bruto y 5,7% de las exportaciones no mineras.

En este contexto, el investigador del Centro de Estudios en Ciencia y Tecnología de Alimentos  señaló que “si nuestro país busca consolidarse como líder en la producción de vinos de alto segmento, sin duda se debe asegurar una mayor calidad de acuerdo con lo que demandan los mercados más exigentes, en los que se valoran comercialmente atributos como su concentración, estabilidad, aroma, sabor y un adecuado grado alcohólico”.

De esta forma, el proyecto de investigación aplicada, que tendrá una ejecución de 24 meses, busca tener un impacto relevante en esta industria, para lo cual contempla un trabajo con actores como la Asociación de Ingenieros Agrónomos Enólogos de Chile, viñas y empresas proveedoras de insumos, tanto a nivel nacional como internacional.

Un grupo de investigadores, dirigidos por los académicos del Departamento de Física de la Usach, Dr. Leonardo Gordillo, y del Departamento de Ingeniería Química y Ciencia de los Materiales de la Universidad de Minnesota, Dr. Xiang Cheng, descubrieron por qué las gotas de agua tienen la capacidad de erosionar superficies extremadamente duras. 

Componen el equipo internacional el doctor en Física y académico de la UOH, Pablo Gutiérrez; Franco Álvarez, estudiante de Ingeniería Física Usach; Klebbert Andrade, ingeniero físico Usach; y Ting-Pi Sun, doctor en Ingeniería Química de la U. de Minnesota.

En el laboratorio, los autores vienen estudiando durante años el impacto de las gotas de agua, desde los cráteres que las gotas de lluvia crean en la arena, hasta cuán fuerte estas golpean. 

Su último avance fue un método para medir, en detalle, las fuerzas de impacto de gotas individuales, lo que fue parte de la tesis de doctorado de Ting-Pi Sun, bajo la guía de Xiang Cheng, en Minnesota.

Para los científicos, era conocido que el goteo constante puede terminar erosionando superficies. Lo que no sabían era por qué algo aparentemente suave y fluido puede tener un efecto acumulado tan grande en las superficies duras.

Con esta interrogante, desarrollaron una técnica llamada microscopía de estrés de alta velocidad para medir cantidades ocultas como la tensión de cizalle y la presión que genera el impacto de las gotas líquidas sobre las superficies.

Hasta ahora, el impacto de las gotas sólo se había analizado visualmente por medio de cámaras de alta velocidad. 

¿Qué se observa?

Con esta nueva técnica, los investigadores descubrieron que la presión que ejerce una gota no concentra su máximo en el punto central del impacto, sino que la máxima presión se irradia en forma de anillos. Asimismo, la velocidad a la que los anillos se propagan, supera la velocidad del sonido por un lapso de tiempo, creando una onda de choque en la superficie del material impactado.

Cada gota se comporta como una pequeña bomba, liberando su energía de impacto de forma explosiva e imprimiendo la fuerza necesaria para erosionar las superficies con el paso del tiempo.

“En el impacto, las partículas de agua que están en el punto más bajo de la gota quedan atrapadas entre las partículas de agua que vienen arriba, que siguen cayendo con su velocidad original, y el sólido estático de abajo”, explicó el Dr. Gordillo. 

Por ello, agregó, las partículas instaladas en el punto más bajo de la gota, intentarán escapar hacia los costados rápidamente. “Por ser un fluido, incompresible además, el agua tiene que escapar, y durante los primeros instantes del impacto, esto ocurre a una muy alta velocidad”, destaca. 

En ese sentido, el académico reveló que se produce algo similar a los aviones supersónicos, ya que cuando estas aeronaves aumentan su velocidad lo suficiente y sobrepasan la barrera del sonido, ocurre un boom sónico.

“En el caso de las gotas, al principio los anillos viajan a una velocidad mayor a la de las ondas de superficie del material acumulando energía, pero se desaceleran y son alcanzadas por las ondas, lo que hace que esa energía acumulada se escape rápidamente”, detalló el académico. 

Por lo anterior es que los investigadores sostienen que las gotas actúan como mini bombas. “Las gotas producen una onda de choque, con muy altas presiones y cizalles, y luego tienes esta otra onda del material que viene detrás, que mientras la va alcanzando va acumulando energía, hasta que en un instante la sobrepasa y escapa”, señaló el Dr. Gordillo.

Agua blanda

La primera imagen del artículo es una medida de erosión que se realizó en Chile, donde se dejaron caer 2.500 gotas de agua sobre yeso para observar su eficiencia al erosionar un material duro. 

Se repitió la medida con bolitas de acero y el hallazgo fue que las esferas sólidas no tienen la capacidad erosiva que sí tienen las gotitas de agua.

“Es evidente, que con una sola gota de agua no es posible erosionar la roca. Se necesita un gran número de ellas. Lo que no es nada evidente es el hecho de que se necesite agua, blanda o fluida, para hacerlo”, afirma el investigador.

El Dr. Gordillo lo plantea de otra forma. “Cuando un objeto duro cae, hace un pequeño agujero. Con cada golpe comprime el material, no lo saca, sólo lo aplasta. A medida que se comprime, el material, se hace más y más resistente, y después de muchos golpes, el cráter no crece y el impacto no saca el material. En cambio, el agua, con sus fuerzas de cizalle, esto es el mecanismo que hemos descubierto, lo remueve y crea un cráter considerablemente grande”, subrayó.

Sus aplicaciones

Con este descubrimiento, los ingenieros podrían diseñar superficies más resistentes a la erosión para aplicaciones que deben soportar los elementos exteriores.

Ahora, el objetivo de los investigadores será estudiar si es posible reducir o aumentar la cantidad de esfuerzo cortante de las gotas, lo que permitiría diseñar superficies especiales que puedan mitigar el estrés, o favorecerlo, por ejemplo para facilitar su limpieza.

El artículo fue publicado en Nature Communications, una revista científica revisada por pares y de acceso abierto perteneciente a Nature Research. (https://www.nature.com/articles/s41467-022-29345-x)

Tras sólo 10 días de difusión, ha suscitado un gran interés de la comunidad científica y general, ubicándolo en el 1% de las publicaciones más populares. Además ha sido ampliamente cubierto por medios internacionales.

Los turnos y las modalidades de trabajo en las mineras de Chile que se localizan en altura son variados. A veces es “4x3”, es decir, cuatro días trabajando y durmiendo en la faena, y tres días de descanso, o “7x7”, entre otras. El ir y venir, la variación de altura y la exposición a terrenos que estén sobre los 2.500 metros sobre el nivel del mar (msnm) generan ciertos cambios en el cuerpo, específicamente en el músculo cardiaco y las arterias.

Es por eso que Claudio García, investigador del Núcleo Milenio Cardio MR y director del Departamento de Ingeniería Mecánica de la Universidad de Santiago realiza una investigación para determinar cómo los cambios de altura afectan la biomecánica del sistema cardiovascular.

Primero es necesario explicar cuál es la influencia de la altura en nuestro organismo. Recordemos que el aire que respiramos tiene en su composición un 21% de oxígeno, un 79% de nitrógeno, y trazas de otros gases.

Esa composición es constante en toda la atmósfera, tanto a nivel del mar como en la cima del Monte Everest. Sin embargo, en lugares como Calama, San Pedro de Atacama, Putre y otros, sentimos que "falta el aire". “Esto se debe a que a mayor altura hay menor presión atmosférica, y por lo tanto menor presión parcial de oxígeno, la que nos produce la sensación de falta de aire”, explicó Marcelo Andía, director alterno del Núcleo Milenio Cardio MR.

Este estudio se caracteriza por ser una incursión interdisciplinaria entre la ingeniería, y su capacidad de realizar estudios biomecánicos al servicio de la Medicina. En Chile, distintos investigadores en salud realizaban con anterioridad este tipo de estudios, pero con la incorporación de una nueva mirada, una disciplina adicional, es posible llegar a conclusiones más completas.

La investigación que realiza el Dr. García surge para tratar de dar respuesta a cuáles son los efectos que tiene la altura sobre algunos elementos del sistema cardiovascular, específicamente en tres arterias: la carótida, la aorta y la femoral, para determinar de qué manera afecta en sus funciones.

Hipoxia y funciones arteriales

“Las arterias no solamente conducen la sangre, sino que también permiten regular la onda de presión que entrega el corazón, de tal manera de entregar un caudal y una presión más o menos regular de sangre. Para ello, hacen uso de sus propiedades mecánicas, elásticas que tienen, y así regulan de forma autónoma el flujo sanguíneo”, especificó Claudio García  respecto a su investigación.

La pregunta es ¿cómo la hipoxia afecta las funciones arteriales del corazón? Es sabido que muchas personas que trabajan en altura, como los mineros, están afectados por “ciclos de hipoxia'', que están por algunos días en una situación por sobre los 2.500 msnm, y luego bajan a unos días de descanso. Para adaptarse a la condición de menor presión de oxígeno, la fisiología del cuerpo humano aumenta rápidamente la frecuencia respiratoria y cardiaca, lo que puede ocasionar malestares y descompensaciones en personas que  tengan enfermedades cardiopulmonares crónicas. 

“Es más, ese exceso de trabajo del corazón puede gatillar eventos agudos como un infarto agudo al miocardio en personas con factores de riesgo o descompensaciones en pacientes con insuficiencia cardiaca, y es por eso que la recomendación es que el ascenso a mayores alturas sea un proceso paulatino, de manera que nuestro organismo se pueda adaptar y aumente la producción de glóbulos rojos que permiten optimizar el transporte de oxígeno en nuestra sangre”, agrega el Dr. Andía. 

¿Cómo se realiza esta investigación? Según explica el Dr. García, la situación de personas que suben y descienden de zonas en altura se puede simular y escalar en un laboratorio a través de cámaras hipobáricas. “Por medio de ensayos biomecánicos podemos evaluar si la función elástica, mecánica de la arteria se ve afectada por este ciclo de hipoxia generado artificialmente”, explica el investigador de Núcleo Milenio Cardio MR. 

En esta investigación también participan como colaboradores algunos profesores de las Universidades de Chile, Católica y de O’Higgins, quienes siguen otros efectos fisiológicos que la altura pueda producir en las arterias. “Es bastante interesante el estudio, porque conjuga varios aspectos de los que suceden en los vasos sanguíneos”, destaca el docente de la Usach.

Es conocido en la literatura médica, principalmente, que algunos desarrollan patologías como la hipertensión pulmonar, ya que el sistema pulmonar se ve sobre exigido. En otros casos puede generar una apnea del sueño, y pueden llevar a pacientes a estar conectados a una máquina para que se mantengan vivos cuando duermen. 

“Ese tipo de patologías y problemas asociados a esta condición son las que buscamos responder. Nosotros hemos demostrado que a través de esta serie de ciclos que sufre un ser vivo, un mamífero, no necesariamente puede causar un daño para el organismo. Si es controlado, y es con un periodo de tiempo acotado, esto puede servir incluso para mejorar la performance del sistema cardiovascular”, destacó el Dr. García sobre los objetivos de proyecciones de su estudio. 

No obstante, el investigador agrega que si uno supera un cierto umbral de hipoxia por altura se pueden llegar a causar daños que pueden ser  irreversibles. Analizar esas patologías es también uno de los objetivos de este estudio, de acuerdo a lo dicho por el académico.

"Magnitud y duración de la respuesta inmune humoral frente a la exposición natural a SARS-CoV-2 o a las vacunas administradas en Chile en adultos con riesgo cardiovascular atendidos en atención primaria: estudio de cohorte prospectivo", es el nombre del proyecto de la Universidad de Santiago que se adjudicó un Fondo Nacional de Investigación y Desarrollo en Salud (Fonis).

El trabajo es dirigido por la académica de la Escuela de Medicina y experta en epidemiología clínica, doctora Vivienne Bachelet. Su equipo está compuesto por los/as también profesores/as de la Escuela, los/as doctores/as Ignacio Silva y Marisol Navarrete, y el kinesiólogo Patricio Gomolán.

Para la doctora Bachelet se trata de un hito para la Escuela de Medicina de la Universidad de Santiago, al ser la primera vez que se adjudican un Fonis. "Este es el fruto de tres años de trabajo en que primero armamos un equipo y luego fuimos capaces de levantar un proyecto, postular y ganar", señaló.

"Desde que asumí como profesora asociada, mi objetivo ha sido extremar esfuerzos con el fin de generar las condiciones para desarrollar e incrementar la investigación clínica de buen nivel, y este fondo da una señal al resto de la Escuela de que es posible", puntualizó.

La investigación

Con el financiamiento recibido, el equipo estudiará el impacto de las vacunas frente a la exposición al SARS-CoV-2 natural poniendo el foco sobre una población específica, que en este caso serán adultos mayores con riesgo cardiovascular que se atienden en la atención primaria.

La muestra abarcará a cerca de 1.000 pacientes del Programa de Salud Cardiovascular de dos consultorios de la comuna de Pedro Aguirre Cerda.

A este grupo se le realizarán mediciones seriadas en el tiempo de anticuerpos neutralizantes para SARS-CoV-2 y se evaluará la evolución de la respuesta inmune frente a las vacunas.

Además de los $60 millones adjudicados a través del Fonis, el estudio cuenta con instituciones patrocinadoras como Siemens Healthineers, que proporcionarán los kits para la detección de anticuerpos neutralizantes, y Bionet S.A., que va a procesar las muestras en sus laboratorios.