Guatemala
Talento nacional: conozca estos siete avances científicos de investigadores guatemaltecos
A pesar de que el país destina al desarrollo de la ciencia e investigación apenas el 0.035% del producto interno bruto, científicos guatemaltecos están llevando a cabo investigaciones significativas que serán de gran beneficio para la sociedad.
Diseño de nanochip que se está desarrollando en la Universidad del Valle de Guatemala, un hito tecnológico para Guatemala, pues son pocos los países que tienen esta industria. (Foto Prensa Libre, cortesía de Carlos Esquit)
En todos los campos se puede aplicar los conocimientos de ciencia y tecnología para mejorar nuestra calidad de vida, ya sea en la salud, medioambiente, educación o alimentación.
Uno de los más importantes y que representa un hito en la historia del país es el nanochip que se desarrolla en la Universidad del Valle de Guatemala (UVG). Como la mayoría de personas sabe, la nanotecnología está presente en casi todos los dispositivos electrónicos.
"La nanotecnología consiste en el análisis y manipulación de materia, a nivel de escala nanométrica —millonésimas de milímetro—, casi atómica, para modificar o fabricar estructuras que permitan el desarrollo de materiales o dispositivos tecnológicos que se utilizan en cualquier ámbito de la vida —medicina, electrónica, construcción o transporte—, indica Carlos Esquit, director del Departamento de Biomédica, Electrónica y Mecatrónica de la UVG, y encargado de este proyecto. "Casi todos los dispositivos son, en esencia, ingeniería electrónica, compuesta por microchips, que tienen estos diseños a nanoescala, más pequeños que las bacterias", añade.
"Mi objetivo es que en Guatemala podamos tener industria de semiconductores —microchips—, por lo que luego de haberme especializado en Nanoelectrónica en Estados Unidos decidí regresar a Guatemala en el 2009, después de rechazar ofertas laborales en Intel y la Nasa, con el sueño de desarrollar cambios en el Departamento de Ingeniería Electrónica en UVG, para avanzar en la estructuración de las bases científico-tecnológicas y formar talento humano en este campo del conocimiento", puntualiza.
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Proceso
El diseño de ingeniería electrónica a nanoescala implica conocer la teoría y aprendizaje de herramientas de software para diseñar circuitos a esa escala, que cumplan todas las normas para la fabricación en una de las plantas de producción de dicha tecnología.
Después de que se finalice el diseño, el proceso de fabricación es en extremo complejo, pues se aplica física óptica, química, electrónica y robótica.
El diseño de este nanochip tienen funcionalidad simbólica, que consiste en una máquina de estados finitos que codifica un mensaje alusivo a este hito tecnológico, para que pueda comunicarse con una computadora y emitir el mensaje de forma sonora, al indicar que es el primer nanochip diseñado en la historia de Guatemala, expone. El diseño tiene decenas de miles de componentes de circuitos a nanoescala, en menos de 1 milímetro cuadrado.
Todo el diseño se hace en software especializado. Muy pocas universidades en el mundo tienen acceso a este, el cual Esquit gestionó con la empresa que lo vende a Intel y la Nasa, pues aprendió a utilizarlo durante sus estudios en EE. UU.
El objetivo es finalizar el diseño este año, para enviarlo a fabricación en el segundo semestre de este año o en el primer semestre del 2025. "El diseño ya está en un 99% terminado, pero dependemos de procesos y planificación en la planta de TSMC —Taiwan Semiconductor Manufacturing Company—, en Taiwán, donde lo fabricarán y también elaboran los microchips para todos los dispositivos Apple", refiere.
Fabricar un nanochip desde cero tiene un valor de US$5 millones, sin importar si se manufactura uno o millones de estos. Por ejemplo, para diseñar y fabricar unos componentes, llamados máscaras, se necesita equipo de precio muy elevado, como aceleradores de partículas. Sin embargo, Esquit logró que aprobaran el proyecto mediante una iniciativa con fondos de la Unión Europea, y así fabricar el nanochip a un costo simbólico por parte de la UVG.
Este es un diseño en el que no han participado ingenieros de ninguna empresa, sino un trabajo 100% de la UVG. Además de Esquit, los otros participantes en este proyecto son Jonathan de los Santos, catedrático de Ingeniería Electrónica y Mecatrónica, y estudiantes de dicha carrera en la UVG.
Carlos Esquit (izquierda), director del Departamento de Biomédica, Electrónica y Mecatrónica de la UVG, y el catedrático Jonathan de los Santos, encargados del desarrollo del primer nanochip guatemalteco. (Foto Prensa Libre, cortesía de Carlos Esquit)
"Nuestro proyecto es un hito fundamental y concreto que visualicé hace 15 años, y en la actualidad estamos a punto de enviar a fabricación el primer nanochip en la historia de Guatemala", destaca Esquit, al agregar que en muy pocos países se tiene esta capacidad de diseño. "Es lo más complejo que puede hacer el ser humano", asevera, citando a Intel.
"Este nanochip abre la posibilidad de atraer industria de semiconductores a Guatemala, con lo cual se contribuirá al desarrollo del país o, al menos, a sembrar la semilla para que sea posible más adelante", puesto que "todas las superpotencias tienen esta industria y sus estrategias de gobierno le dan prioridad, por ser la base de su posicionamiento tecnológico, concluye Esquit.
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Software NatalIA mejora atención prenatal
NatalIA es un software diseñado para la detección automática de planos fetales, durante el control prenatal, desarrollado en la Universidad Galileo.
"La idea se originó en el 2023, cuando nos dimos cuenta de la urgente necesidad de encontrar una solución innovadora y accesible para mejorar la atención prenatal en comunidades donde el acceso a la atención médica especializada es limitado. En estas áreas, el seguimiento apropiado del embarazo puede ser difícil, lo que incrementa el riesgo de complicaciones que podrían tener consecuencias graves, incluso la muerte del feto o de la madre", indica la ingeniera biomédica Andrea Lara, directora del Laboratorio de Investigación en Ingeniería Biomédica y de la maestría de esta carrera en Universidad Galileo.
Su característica más importante es que permite a profesionales de la salud, sin formación en ultrasonido, hacer estudios que luego pueden ser analizados por especialistas que no siempre están en el mismo lugar, al facilitar el seguimiento y cuidado de mujeres que debido a su ubicación geográfica tienen dificultades para ser atendidas por facultativos, añade Lara.
El software funciona a partir de un modelo de inteligencia artificial (IA) que analiza secuencias de ultrasonido y detecta de forma automática planos relevantes del feto para visualizar el cerebro, abdomen, columna vertebral o fémur, entre otros.
"El proyecto se encuentra en la actualidad en la fase de investigación y desarrollo, lo que implica que todavía estamos en el proceso de evaluación y validación de los resultados. Nuestra expectativa es iniciar las primeras pruebas en áreas rurales del país a principios del próximo año, con la intención de expandir más adelante su implementación a otros países de la región", expresa la especialista.
Por su contribución significativa a la sociedad, NatalIA obtuvo el primer lugar del premio internacional CLIAS como proyecto en Salud Sexual Reproductiva y Materna 2023. "Es un notable reconocimiento al talento que tenemos en Guatemala para el desarrollo de herramientas basadas en IA. Al haber obtenido fondos internacionales, nuestro equipo demuestra que NatalIA no solo representa un aporte a la ciencia, sino que además es una herramienta con potencial de mejorar la salud materna en la región", resalta.
Detector de rayos cósmicos
En el país se está desarrollando un detector de rayos cósmicos, los cuales son partículas subatómicas que provienen del espacio exterior. Tienen una energía muy alta y su origen aún no se comprende por completo, expone Rodrigo Sacahuí, astrofísico y profesor e investigador de la Escuela de Ciencias Físicas y Matemáticas, de la Universidad de San Carlos de Guatemala (Usac), quien dirige el proyecto.
Algunos de estos rayos cósmicos se generan por grandes erupciones solares; otros, por la explosión de estrellas masivas, como supernovas, y los de mayor energía, se cree, provienen del centro de galaxias muy distantes. Los que provienen del Sol pueden afectar las comunicaciones.
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El que se está desarrollando utiliza una técnica conocida como detector Cherenkov de Agua. Es un instrumento que detecta rayos cósmicos, al aprovechar el efecto Cherenkov, que es la luz emitida cuando una partícula cargada atraviesa el agua a una velocidad mayor que la de la luz en el mismo medio —cabe señalar que nada puede superar la velocidad de la luz en el vacío—. Consiste en un tanque lleno de agua desmineralizada, equipado con un tubo fotomultiplicador y la electrónica asociada. Lo ideal es instalarlo en lugares de gran altitud, para mayor rendimiento.
El estudio de los rayos cósmicos es de particular importancia para comprender la actividad solar, cuya área de estudio se conoce como clima espacial. Una alta actividad solar puede provocar fallos en sistemas satelitales. Además, existe una relación entre el flujo de rayos cósmicos y las variaciones en el campo magnético terrestre. Por último, permite entender la naturaleza de las partículas más energéticas que se originan en galaxias lejanas, lo que pone a prueba teorías físicas en ambientes extremos del universo.
Dicho detector se desarrolla en el marco de la colaboración internacional Latin American Giant Observatory, que consiste en instalar detectores de este tipo en Latinoamérica y España, con el fin de tener una cobertura más amplia del cielo.
Se espera que este prototipo de la Usac, financiado por Senacyt, esté recopilando datos a finales de este año.
Elevador residencial de dos niveles
Este proyecto fue diseñado por el estudiante de Ingeniería Mecánica Industrial César Saavedra, de UVG, como trabajo de graduación, con la asesoría de Rodrigo Aragón. La idea surgió luego de evaluar residencias de dos niveles de adultos mayores con indicios preliminares de limitaciones de movilidad.
Un elevador residencial puede devolver la independencia de movilidad al individuo entre dos niveles, para no mudarse a una casa de un solo nivel. El diseño consiste en cuatro módulos principales, para que puedan ser transportados en un camión liviano de 3.5 toneladas. El ensamble completo permite una carrera máxima de 3.25 metros de elevación, soportar una carga de 250 kg y una potencia de dos caballos.
El diseño fue validado mediante simulaciones. El costo de materiales para la fabricación de este elevador asciende a Q48 mil 700, el cual también facilitaría la movilización en el hogar de personas con discapacidad.
"Para poder implementarlo todavía queda por terminar el desarrollo del interior del carro. Espero que en los próximos años se pueda tomar como base para finalizar el producto", indicó Saavedra.
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IA apoya el escultismo
Para revitalizar y actualizar el movimiento scout en el país, a cargo de la Fundación de Scouts de Guatemala, Luis Furlán, director del Centro de Estudios en Informática Aplicada de la UVG, junto con Juan Niemann, presidente de dicha entidad, amigos e involucrados en el escultismo, están trabajando en un proyecto para usar la IA con dicho propósito.
El escultismo es un programa a nivel mundial que prepara a los jóvenes en muchos aspectos de la vida, pero en años recientes se ha visto desplazado por deportes, videojuegos y la propia tecnología, señala Furlán.
Para atraer a jóvenes al movimiento, este proyecto, que durará unos dos años y se desarrollará por módulos, se basará en el uso de los Modelos Grandes de Lenguaje, como ChatGPT, y se obtendrán licencias para desarrollar APIs —interfases de programas de aplicación—.
El modelo se entrenará con material relacionado y especializado del movimiento scout. Por ejemplo, preparación de campañas de reclutamiento, capacitación de líderes, asistencia a scouts en el campo, cuando tengan dudas sobre cómo dar primeros auxilios, navegación de mapas o campamentos, y promover el escultismo a regiones del país en las cuales no hay grupos. Furlán destaca que no hay iniciativas de este tipo en la literatura científica, por lo que este podría ser el primer proyecto en el mundo.
Humedales artificiales para tratar el agua
Una investigación relevante, financiada por Concyt y Senacyt, versa sobre humedales construidos como sistemas de tratamiento de aguas residuales en varios lugares del país, que demostraron una eficiencia de remoción de nitrógeno y fósforo superior al 85%.
Además, se implementó un humedal domiciliar en la zona 16 que fue capaz de retirar contaminantes en un 96% en aguas grises, como tratamiento primario. El humedal construido en Petén tuvo un costo aproximado de Q1 mil 300 el metro cuadrado, mientras que el tipo domiciliar, Q2 mil 100 por la misma área. Los análisis fisicoquímicos y microbiológicos demuestran una eficiencia de eliminación de nutrientes, metales pesados y coliformes fecales superior al 75%.
Estos hallazgos respaldan la viabilidad de utilizar soluciones basadas en la naturaleza, como humedales, para el tratamiento de aguas residuales, al evitar la necesidad de grandes infraestructuras de concreto, costosos equipo, consumo de energía y operaciones y mantenimiento complicados, que pueden ayudar a mitigar la eutrofización y contaminación de cuerpos de agua.
Un humedal construido es un sistema de tratamiento de agua residual, poco profundo, en el que se siembran plantas acuáticas —como jacintos de agua, vetiver o tul— que deben ser nativas del lugar, de alta disponibilidad y no invasivas, cuyas raíces pueden actuar como filtros. Además, proporcionan el hábitat para la vida silvestre, son agradables a la vista y bastante fáciles de operar y mantener, lo cual los convierte en una opción viable para comunidades con recursos limitados.
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También son una alternativa rentable y sostenible a largo plazo. El proyecto fue dirigido por Jorge Iván Cifuentes, como investigador principal, y Paris Rivera y Jennyfer Paiz, como investigadores asociados, de la Usac.
Este informe está relacionado con el proyecto InterCti 01-2021, denominado Humedales naturales para sistemas de tratamiento de aguas residuales, el cual es parte del proyecto internacional Eranet LAC cWetlands Data en Guatemala. Asimismo, se publicó un folleto y el libro Book of Water engineering, en enero del 2023, escrito por los investigadores mencionados.
Mejoramiento genético del tomate
A principios de la década de 1980 se reportaron los primeros casos de virosis del tomate, cuyo principal vector es la mosca blanca, que provocaba el 100% de pérdidas.
Para combatir la enfermedad los agricultores aplicaban insecticidas, que eran de alta toxicidad, lo cual causaba perjuicios a la salud de las personas y del medioambiente, además de que las grandes poblaciones de dicho insecto eran incontrolables. Por ello, en la Facultad de Agronomía de la Usac se efectuó un mejoramiento genético convencional, por medio de polinización cruzada, para fijar los genes de resistencia en las plantas de tomate, que encontraron en parientes silvestres, explica el investigador y docente Amílcar Sánchez. En este proyecto, además de Sánchez, participaron Luis Mejía de León y Rudy Teni Cacao, con el apoyo de científicos de tres centros de investigación internacionales.
Como resultado, se obtuvieron plantas de tomate con resistencia a la virosis, las cuales se utilizan en la actualidad como parentales para la generación de híbridos que se comercializan en Guatemala, pues la enfermedad sigue latente. Un 80% del tomate que se cultiva en el país tiene resistencia al mal.