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Jornadas de Investigación Interdisciplinaria en Ingeniería

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Descripción

Las Jornadas de Investigación Interdisciplinaria en Ingeniería (JIII) son un evento organizadopor la Facultad de Ingeniería (FACING) de la Universidad de Valparaíso desde 2020, y que

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tienen como objetivo principal incentivar la colaboración en investigación aplicada a nivel deunidades académicas de la FACING. Es una actividad anual abierta a toda la Universidad.

Durante la jornada, académicas/os de la Facultad e invitadas/os presentan distintos temas deinvestigación aplicada, no tan enfocados en los aspectos más técnicos propios de unadisciplina específica, sino que poniendo énfasis en los problemas abiertos y principalesdesafíos que podrían ser abordados desde distintas disciplinas. Se trata de charlas breves deentre 15-20 minutos, lo que da tiempo para la discusión y retroalimentación entreexpositoras/es y participantes.

Los temas pueden ser diversos, idealmente relacionados con problemáticas contingentes:medioambiente y energías renovables, ingeniería para la salud, desastres naturales,reactivación económica e innovación, educación, urbanismo, problemas relacionados coninteligencia artificial y ciencias de datos, etc.

Fechas importantes - Inicio de convocatoria: 6 de septiembre de 2021 - Cierre de convocatoria: 30 de septiembre de 2021 - Selección de propuestas: 4 de octubre de 2021 - Fecha del evento: 5 de noviembre de 2021

Coordenadas del evento -

Fecha: viernes 5 de noviembre de 2021

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Hora: 8:45-12:30 hrs.

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Lugar: Videoconferencia (Zoom)

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Programa Hora Temática Título Expositor/a 8:45-9:00 APERTURA 9:00-9:25 Salud

Avances en la medición de salud ósea con ondas guiadas ultrasónicas

Jean-Gabriel Minonzio (Ingeniería Informática)

9:25- 9:50 Salud Oftalmoscopio indirecto de bajo costo desarrollado en el Fablab UV

Esteban Ruiz-Tagle (FabLab UV)

9:50-10:15 Ingeniería de materiales Formación espontánea en aire de bicapas lipídicas soportadas (SLBs) de DPPC evaporadas a través de un proceso libre de solventes sobre sustratos de silicio

Marcelo Cisternas (Ingeniería Industrial)

10:15-10:40 Sistemas colaborativos Diversity, Fairness, and Sustainability in Population Protocols

Nicolás River a (Ingeniería Matemática)

10:40-11:00 PAUSA 11:00-11:25 Medioambiente Producción de cultivos de cianobacterias filamentosas pioneras en la formación de tapetes biológicos para recuperar suelos degradados por incendios forestales

Romina Álvarez Alarcón (Ingeniería en Medioambiente)

11:25-11:50 Medioambiente Generación de energía con Columna de Agua Oscilante (CAO) Carlos Maldonado (LHLAB) 11:50-12:15 Medioambiente

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Aplicación de modelos de dinámica de fluidos computacional para flujos medioambientales. El ejemplo de la Avenida Perú Rodrigo Campos (Ingeniería Civil Oceánica) 12:15-12:30 CIERRE

Detalle de las presentaciones

Título: Avances en la medición de salud ósea con ondas guiadas ultrasónicas

Expositor: Jean-Gabriel Minonzio (Escuela de Ingeniería Informática)

Equipo: Roberto Muñoz, Rodrigo Olivares, Ana Aguilera (Escuela de Ingeniería Informática,UV), Viviana García (Gerópolis, UV), José Luis Dinamarca (Hospital Fricke, UV), Axel Osses(Departamento Ingeniería Matemática, U. de Chile), Carlos Cristi (Educación Física, PUCV)

Resumen: La osteoporosis es una enfermedad esquelética que conduce a la fragilidad ósea yaumenta el riesgo de fracturas. Sigue siendo un problema importante de salud pública en todoel mundo. El paciente con riesgo de fracturas se identifica actualmente con osteoporosismediante la densitometría ósea (Dual-energy X-ray absorptiometry DXA). Este "gold standard"actual está limitado por la dificultad de establecer un umbral en la distribución de valoresmedidos. Los ultrasonidos cuantitativos (QUS) se han propuesto como técnicas alternativaspara la evaluación del hueso cortical. Tienen las ventajas de la portabilidad, bajo costo,ausencia de radiación y de la necesidad de un tecnólogo radiográfico o de una habitacióndesignada, y son sensibles tanto a la elasticidad como a la geometría del medio explorado por

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las ondas. Entre estas técnicas, existe la transmisión axial bidireccional (BDAT) basada en lamedición de ondas guiadas en los huesos del antebrazo (radio) o de la pierna (tibia). Lamedición a través BDAT del espesor y porosidad corticales han validado ex vivo e in vivo. Elobjetivo principal del proyecto es mejorar el prototipo BDAT existente para proponer undispositivo robusto y fácil de usar para la evaluación clínica del hueso cortical en el sistema desalud público chileno. Un segundo objetivo es evaluar las capacidades de nuevos parámetrosultrasónicos, utilizando aprendizaje de máquina para apoyar a la predicción de fracturas. Esteproyecto se desarrolla en colaboración con Gerópolis, el hospital Fricke, el Doctorado enIngeniería Informática Aplicada, el Doctorado en Ciencias e Ingeniería para la Salud, el Centrode Investigación y Desarrollo en Ingeniería en Salud, la Universidad de Chile y la PontificiaUniversidad Católica de Valparaíso .

Título: Oftalmoscopio indirecto de bajo costo desarrollado en el Fablab UV

Expositor: Esteban Ruiz-Tagle (FabLab UV)

Equipo: Edén Jofré (FabLab UV), Alejandro Weinstein (Escuela de Ingeniería Civil Biomédica)

Resumen: 285 millones de personas sufren de algún tipo de discapacidad visual, entre loscuales 39 millones son ciegas (OMS, 2014). Un estudio realizado en Auckland,Nueva Zelanda en 2009 arrojó que un alto porcentaje de diagnósticos de exámenes de retinapresentan errores. El doctor Manuel Vargas y el doctor MartinHoehmann, ambos académicos de la Escuela de Medicina de la Universidad de Valparaíso, seencuentran investigando métodos más simples y eficientes para mejorar el examen de retinacon un dispositivo llamado “oftalmoscopio indirecto”. Ambos investigadores proponen unasolución más simple y a bajo costo que mejore los problemas del oftalmoscopio indirecto, peroque además pueda ser producido localmente con tecnologías abiertas, para lo cual han pedido

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ayuda al equipo de FabLab UV en el diseño y prototipado. En el proceso de investigación delas alternativas existentes en el mercado, se descubre una solución que está teniendo efectosmuy positivos en esta área y además se han detectado oportunidades de mejorar tanto aldispositivo como a las tecnologías que asisten a los especialistas en el análisis de lasimágenes, por ejemplo, con inteligencia artificial y machine learning. En esta presentaciónveremos los resultados de esta colaboración interdisciplinaria con el FabLab y lasoportunidades que se abren para la Facultad de Ingeniería.

Título: Formación espontánea en aire de bicapas lipídicas soportadas (SLBs) de DPPCevaporadas a través de un proceso libre de solventes sobre sustratos de silicio

Expositor: Marcelo Cisternas (Escuela de Ingeniería Industrial)

Equipo: Equipo de P. Universidad Católica de Chile y U. Técnica Federico Santa María

Resumen: Las membranas artificiales son importantes modelos para sistemas biológicos, quepermiten obtener una visión más profunda de las membranas biológicas, entre otras diversasaplicaciones. Introdujimos un método de autoensamblaje en seco de dos pasos que consisteen la evaporación en vacío de moléculas de fosfolípidos, específicamentedipalmitoilfosfatidilcolina (DPPC), sobre silicio monocristalino, seguido de un tratamientotérmico en aire como paso posterior. Mediciones de elipsometría de alta resolución y AFM,dependientes de la temperatura, se realizan en aire para detectar las transiciones de fasecaracterísticas de las bicapas de DPPC. Mediciones complementarias de ruptura inducida de labicapa fueron realizadas a través de espectroscopía de fuerza en AFM para detectarformaciones de una o varias capas. Estos métodos experimentales combinados confirman laformación de bicapas lipídicas soportadas en sustratos sólidos no hidratadas, a través de laobservación de 3 de sus transiciones de fases (gel/ripple, ripple/fluido-ordenado y

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fluido-ordenado/fluido-desordenado) que resultan consistentes con las reportadas para estasestructuras en ambientes acuosos y mediante la estimación de la altura de la bicapa.Encontramos que el AFM induce una reestructuración o intercalación en la bicapa que estáfuertemente relacionada con la fuerza aplicada en la punta. Estas bicapas lipídicas soportadasno hidratadas muestran estabilidad a largo plazo. Estos hallazgos son relevantes para eldesarrollo de biointerfaces funcionales, específicamente para la fabricación de biosensores yplataformas de proteínas de membrana.

Título: Diversity, Fairness, and Sustainability in Population Protocols

Expositor: Nicolás Rivera (Instituto de Ingeniería Matemática)

Equipo: Nan Kang, Frederik Mallmann-Trenn (King’s College London, Reino Unido)

Resumen: En esta presentación estudiaremos el problema de cómo distribuir tareas en unapoblación descentralizada de agentes con capacidades limitadas de computación. Nuestroobjetivo es comprender como sistemas simples de agentes como las hormigas o las abejaspueden resolver problemas muy complejos mediante la colaboración. Para esto se propone unalgoritmo computacionalmente eficiente y biológicamente plausible, que permite unadistribución cuasi-óptima de las tareas, de tal forma que estas distribución satisfaga lascondiciones para el funcionamiento de la población, mostrando que es posible, mediantehabilidades muy primitivas, resolver problemas computacionalmente complejos. El análisis denuestra solución involucra elementos clásicos y modernos de la computación como algoritmosaleatorios, estadísticas y cadenas de Markov. Este trabajo tiene conexiones con otras áreas dela informática como Ciencia de Datos, Análisis de Redes y Sistemas Multi-agente, así comocon otras ciencias como Ecología, abriendo una puerta a colaboraciones transdisciplinarias.

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Título: Generación de energía con Columna de Agua Oscilante (CAO)

Expositor: Carlos Maldonado (LHLAB)

Equipo: Alejandro Morales (Escuela de Ingeniería Civil), Héctor Olivero, Rolando Rebolledo,Leonardo Videla (Instituto de Ingeniería Matemática), Esteban Sefair (Escuela de Ingeniería Industrial), Patricio Winckler (Escuela de Ingeniería Civil Oceánica)

Resumen: Esta charla presentará los avances en el estudio de la implementación de undispositivo piloto de transformación de energía conocido como Columna de Agua Oscilante(CAO), en inglés “Oscillating Water Column (OWC)”. Éste consiste en una cámara que seinstala en la costa, de modo que su parte inferior está sumergida en el mar y la parte superior,fuera del agua, tiene dispuesta una turbina tipo Wells que rota con la presión del aire generadapor la oscilación del agua al interior de la cámara. Finalmente, la rotación de la turbina se utilizapara generar energía eléctrica. Se tiene así un ciclo de transformación energéticaundimotriz-mecánica-eléctrica. Experiencias de construcción de este tipo de dispositivo hayvarias en el mundo, en particular el equipo del profesor António Falcão en las Açores, mantuvoun prototipo funcionando por veinte años. Nuestro equipo está en contacto con ese equipoliderado hoy por el profesor Luis Gato. La especificidad de nuestro estudio radica en lossiguientes elementos: 1) Mayor nivel de energía undimotriz en nuestra región; 2) estudios delarga data de dicha energía llevados a cabo por la Escuela de Ingeniería Oceánica (EIO); 3)modelación matemática y simulación numérica original y bien validada a través de los modelosde mareas de la EIO y del funcionamiento de la cámara por el Instituto de IngenieríaMatemática; 4) experiencia en construcciones marinas de nuestra Escuela de Ingeniería Civil.Se espera concursar a fondos regionales, nacionales o internacionales para financiar unproyecto piloto en nuestra región.

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Título: Producción de cultivos de cianobacterias filamentosas pioneras en la formación detapetes biológicos para recuperar suelos degradados por incendios forestales

Expositora: Romina Álvarez Alarcón (Escuela de Ingeniería en Medioambiente, Laboratorio deBiotecnología de Microalgas)

Equipo: Jairo Valencia, Daniel Undurraga, Joao Cerqueira, María Paz Varela, Ociel Cofré yYenny Olivares (Escuela de Ingeniería en Medioambiente)

Resumen: Los incendios forestales han sido uno de los mayores causantes de perturbaciónsobre los hábitats naturales en Chile, generando severos impactos sobre los hábitats nativos.La reforestación es el proceso más utilizado en la recuperación de la vegetación en áreasincendiadas cuando la regeneración natural demuestra su escasa capacidad para elestablecimiento de una nueva cobertura arbórea y arbustiva. Un factor crítico para el éxito de lareforestación es la recuperación del suelo que producto de los incendios ha perdido sucobertura orgánica y su microbiota. La restauración de estos suelos no es tarea sencilla debidoa la escasez de agua y nutrientes, por lo que para su recuperación se requiere primerocolonizar con componentes bióticos adaptados a vivir en condiciones hostiles, agrupados entapetes. Estos tapetes son comunidades de bacterias, hongos, cianobacterias, líquenes ymusgos que viven en la superficie del suelo y se ha demostrado que su presencia aumenta lafertilidad del suelo mediante la fijación de nitrógeno y carbono. Diversas investigaciones indicanque la inoculación de cianobacterias filamentosas en suelos degradados es fundamental parala formación de estos tapetes ya que pueden apoyar el establecimiento de otros organismoscomo musgos y líquenes. Por lo tanto, si se logran cultivar estas cianobacterias y luegosembrar en extensas zonas de suelos, podríamos generar un gran impacto sobre larecuperación de los suelos degradados, al propiciar la generación de los tapetes y sus servicios

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asociados al ecosistema. Para cultivar estos microorganismos en grandes volúmenes serequiere del uso de fotobiorreactores que con un adecuado manejo de las condiciones deoperación permiten obtener altas productividad volumétrica de microorganismos, por lo queparte de nuestras investigaciones están enfocadas en construir curvas de operación de estosfotobiorreactores que nos permitan identificar las variables operacionales requeridas paracultivar cianobacterias filamentosas con una alta productividad.

Título: Aplicación de modelos de dinámica de fluidos computacional para flujosmedioambientales. El ejemplo de la Avenida Perú

Expositor: Rodrigo Campos (Escuela de Ingeniería Civil Oceánica)

Equipo: Patricio Winckler, Equipo FONDEF Marejadas (Escuela Ingeniería Civil Oceánica)

Resumen: En el marco del proyecto FONDEF IDeA denominado “Desarrollo de una escala deimpacto de marejadas para la comunicación efectiva y disminución del riesgo de desastre” sebusca cumplir, entre otros, con el objetivo de cuantificar los efectos de las marejadas en elborde costero. En esta presentación analizamos una serie de modelaciones numéricasorientadas a cuantificar el caudal de sobrepaso sobre las actuales y nuevas obras deprotección de Avenida Perú, en Viña del Mar, cuya ingeniería desarrolló el Instituto Nacional deHidráulica con el apoyo de la Escuela de Ingeniería Civil Oceánica, y que se construye en laactualidad por un monto de $5.500 millones. El modelo utilizado (IH2VOF) permite evaluar laacción de las marejadas sobre las obras marítimas y los efectos sobre transeúntes, vehículos,equipamiento y edificaciones. Utilizaremos esta presentación para ilustrar herramientas tipoCFD (Computational Fluid Dynamics) que se podrían utilizar también en el análisis de procesosde mezcla, transporte y contaminación de fluidos en estado líquido y gaseoso (de interés paraIngeniería Ambiental), la interacción de flujos con estructuras costeras, lacustres y fluviales

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(Ingeniería en Construcción y Civil), flujos biofísicos (Ingeniería Biomédica) y la generación deenergía undimotriz, como actualmente se efectúa con Ingeniería Matemática.

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